Summary

Reprogrammation directe des fibroblastes de souris en mélanocytes

Published: August 27, 2021
doi:

Summary

Nous décrivons ici un système de reprogrammation directe optimisé pour les mélanocytes et un système d’emballage de virus concentré à haute efficacité qui assure une reprogrammation directe en douceur.

Abstract

La perte de fonction des mélanocytes conduit au vitiligo, qui affecte gravement la santé physique et mentale des personnes touchées. Actuellement, il n’existe pas de traitement efficace à long terme pour le vitiligo. Par conséquent, il est impératif de développer un traitement pratique et efficace pour le vitiligo. La technologie de médecine régénérative pour la reprogrammation directe des cellules de la peau en mélanocytes semble être un nouveau traitement prometteur du vitiligo. Cela implique la reprogrammation directe des cellules de la peau du patient en mélanocytes fonctionnels pour aider à améliorer la perte de mélanocytes chez les patients atteints de vitiligo. Cependant, cette méthode doit d’abord être testée sur des souris. Bien que la reprogrammation directe soit largement utilisée, il n’existe pas de protocole clair pour la reprogrammation directe en mélanocytes. De plus, le nombre de facteurs de transcription disponibles est écrasant.

Ici, un protocole de système d’emballage de lentivirus concentré est présenté pour produire des facteurs de transcription sélectionnés pour reprogrammer les cellules de la peau en mélanocytes, y compris Sox10, Mitf, Pax3, Sox2, Sox9 et Snai2. Des fibroblastes embryonnaires (MEF) de souris ont été infectés par le lentivirus concentré pour tous ces facteurs de transcription pour la reprogrammation directe des MEF en mélanocytes induits (iMels) in vitro. De plus, ces facteurs de transcription ont été examinés et le système a été optimisé pour une reprogrammation directe en mélanocytes. L’expression des marqueurs caractéristiques de la mélanine dans iMels au niveau du gène ou de la protéine a été significativement augmentée. Ces résultats suggèrent que la reprogrammation directe des fibroblastes en mélanocytes pourrait être une nouvelle stratégie thérapeutique réussie pour le vitiligo et confirmer le mécanisme de développement des mélanocytes, ce qui fournira la base d’une reprogrammation directe ultérieure des fibroblastes en mélanocytes in vivo.

Introduction

Le vitiligo est une maladie de la peau qui affecte gravement la santé physique et mentale des personnes touchées. Pour diverses raisons, y compris les anomalies métaboliques, le stress oxydatif, la génération de médiateurs inflammatoires, le détachement cellulaire et la réponse auto-immune, les mélanocytes fonctionnels sont perdus et la sécrétion de mélanine est arrêtée, conduisant au développement du vitiligo 1,2. Cette condition se produit largement et est particulièrement problématique sur le visage. Le traitement principal est l’utilisation systémique de corticostéroïdes et d’immunomodulateurs. La photothérapie peut être utilisée pour des maladies systémiques ou locales, et il existe des traitements chirurgicaux, tels que la greffe de peau perforée et la greffe de mélanocytesautologues 3,4,5. Cependant, les patients qui utilisent la pharmacothérapie et la photothérapie sont sujets aux rechutes, et ces traitements ont de faibles effets thérapeutiques à long terme. Le traitement chirurgical est traumatisant et n’est que modérément efficace 2,6. Par conséquent, une nouvelle stratégie thérapeutique efficace est nécessaire pour le vitiligo.

La reprogrammation des cellules souches pluripotentes induites (CSPi) inverse ces cellules de leur état terminal à un état pluripotent, un processus médié par les facteurs de transcription Oct4, Sox2, Klf4 et c-Myc7. Cependant, en raison de la possibilité de tumorigénicité et du long temps de production, cette technologie a été accueillie avec scepticisme lorsqu’elle est appliquée à des contextes cliniques8. La reprogrammation directe est une technologie qui transforme un type de cellule terminale en un autre type de cellule terminale9. Ce processus est réalisé par des facteurs de transcription appropriés. Diverses cellules ont déjà été directement reprogrammées avec succès, notamment les cardiomyocytes10, les neurones11 et les cellules ciliées cochléaires12. Certains chercheurs ont même reprogrammé des tissus cutanés directement in situ, qui peuvent être utilisés pour la réparation des plaies13. Les avantages de la reprogrammation directe comprennent la réduction des temps d’attente et des coûts, la réduction du risque de cancer, la réduction des problèmes éthiques et une meilleure compréhension du mécanisme sous-jacent à la détermination du devenir cellulaire9.

Bien que la méthode de reprogrammation directe soit largement utilisée, il n’existe actuellement aucune méthode précise pour la reprogrammation directe des cellules de la peau en mélanocytes, en particulier en raison des nombreux facteurs de transcription à considérer14,15. Les facteurs de transcription, Mitf, Sox10 et Pax3, ont été utilisés pour la reprogrammation directe des cellules de la peau en mélanocytes14. En revanche, la combinaison de MITF, PAX3, SOX2 et SOX9 a également été utilisée pour la reprogrammation directe des cellules de la peau en mélanocytes humains dans une autre étude15. Dans ce protocole, malgré l’utilisation d’une méthode de dépistage différente, le même résultat a été obtenu avec la combinaison de Mitf, Sox10 et Pax3 pour la reprogrammation directe des cellules de la peau en mélanocytes comme décrit précédemment14. Le développement d’un système pour générer des mélanocytes à partir d’autres cellules de la peau peut fournir un schéma pour transformer d’autres cellules cutanées de patients atteints de vitiligo en mélanocytes. Par conséquent, il est crucial de construire une méthode simple et efficace pour cette reprogrammation directe afin de générer des mélanocytes avec succès.

Protocol

Ce travail a été approuvé par le Comité de gestion et d’utilisation des animaux de laboratoire de l’Université du Jiangsu (UJS-IACUC-AP–20190305010). Les expériences ont été réalisées en stricte conformité avec les normes établies par l’Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care International (AAALAC International). Il n’y a pas eu d’expériences impliquant des humains, donc ce travail n’a pas eu besoin de l’approbation du comité d’éthique de la recherche humaine…

Representative Results

Cet article comprend les protocoles d’un système d’emballage de lentivirus concentré pour produire le lentivirus des facteurs de transcription pour la reprogrammation directe des fibroblastes en mélanocytes et les protocoles pour le dépistage des facteurs de transcription et la reprogrammation directe des mélanocytes à partir de MEF. Le succès de la production de lentivirus concentré a été évalué en observant l’intensité de fluorescence de la GFP (Figure…

Discussion

La qualité du virus est cruciale pour le succès de la reprogrammation directe en mélanocytes dans ce protocole. La méthode d’emballage et de concentration des virus dans ce protocole est simple et facile à répéter et ne repose sur aucun autre réactif concentré auxiliaire. Ce protocole peut être suivi avec succès dans la plupart des laboratoires. Pour garantir la qualité du virus concentré, les points suivants nécessitent une attention particulière. L’un est le statut cellulaire de HEK-293T. Bien que le…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Cette étude a été partiellement soutenue par des subventions de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (82070638 et 81770621) et de la Fondation des sciences naturelles de la province du Jiangsu (BK20180281).

Materials

0.05% Trypsin-EDTA Gibco 25300-062 Stored at -20 °C
0.45 μM filter Millipore SLHVR33RB
5 mL polystyrene round bottom tube Falcon 352052
95%/100% ethanol LANBAO 210106 Stored at RT
Adenine Sigma A2786 Stock concentration 40 mg/mL
Final concentration 24 µg/mL
Alexa Fluor 555 Goat anti-Mouse IgG2a Invitrogen A21137 Dilution of 1:500 to use
Antibiotics(Pen/Strep) Gibco 15140-122 Stored at -20 °C
Anti-TRP1/TYRP1 Antibody Millipore MABC592 Host/Isotype: Mouse IgG2a
Species reactivity: Mouse/Human
Dilution of 1:200 to use
Anti-TRP2/DCT Antibody Abcam ab74073 Host/Isotype: Rabbit IgG
Species reactivity: Mouse/Human Dilution of 1:200 to use
CHIR99021 Stemgent 04-0004 Stock concentration 10 mM
Final concentration 3 μM
Cholera toxin Sigma C8052 Stock concentration 0.3 mg/mL
Final concentration 20 pM
Cy3 Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Jackson Immunoresearch 111-165-144 Dilution of 1:500 to use
DMEM (High glucose) HyClone SH30243.01 Stored at 4 °C
DMSO  Sigma D2650 Stored at RT
FBS Gibco 10270-106 Stored at -20 °C
Heat-inactivated before use
Gelatin Sigma G9391 Stored at RT
GFP-PURO plasmids (Mitf, Sox10, Pax3, Sox2, Sox9 and Snai2) Hanheng Biological Technology Co., Ltd. pHBLPm003198 pHBLPm001143 pHBLPm002968 pHBLPm002981 pHBLPm004348 pHBLPm000325 Stored at -20 °C
Hematoxylin Abcam ab220365 Stored at RT
Human EDN3 American-Peptide 88-5-10A Stock concentration 100 μM
Final concentration 0.1 μM
Hydrocortisone Sigma H0888 Stock concentration 100 µg/mL
Final concentration 0.5 µg/mL
L-DOPA Sigma D9628 Stored at RT
Lipofectamine 2000 Invitrogen 11668-019 Transfection reagent, stored at 4 °C
Masson-Fontana staining kit Solarbio G2032 Stored at 4 °C
Neutral balsam Solarbio G8590 Stored at 4 °C
Paraformaldehyde Sigma P6148 Stored at RT
PBS (-) Gibco C10010500BT Stored at RT
Phorbol 12-myristate 13-acetate (TPA) Sigma P8139 Stock concentration 1 mM
Final concentration 200 nM
Polybrene Sigma H9268 cationic polymeric transfection reagent; Stock concentration 8 μg/µL
Final concentration 4 ng/µL
Puromycin Gibco A11138-03 Stored at -20 °C
Recombinant human bFGF Invitrogen 13256-029 Stock concentration 4 μg/mL
Final concentration 10 ng/mL
Recombinant human insulin Sigma  I3536 Stock concentration 10 mg/mL
Final concentration 5 µg/mL
Recombinant human SCF R&D 255-SC-010 Stock concentration 200 μg/mL
Final concentration 100 ng/mL
RPMI-1640 Gibco 11875-093 Stored at 4 °C
Xylene Sigma 1330-20-7 Stored at RT

References

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Cite This Article
Zhang, Y., Liu, L., Jin, M., Sun, H., Zhang, H., Li, Y. Direct Reprogramming of Mouse Fibroblasts into Melanocytes. J. Vis. Exp. (174), e62911, doi:10.3791/62911 (2021).

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