Özet

Eine familiäre Hypercholesterinämie menschlichen Leber chimärer Maus-Modell mit induzierten pluripotenten Stammzellen gewonnenen Hepatozyten

Published: September 15, 2018
doi:

Özet

Hier präsentieren wir ein Protokoll, um eine menschliche Leber chimärer Maus-Modell der Familiäre Hypercholesterinämie mit menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen gewonnenen Hepatozyten zu generieren. Dies ist ein wertvolles Modell zum Testen neuer Therapien für Hypercholesterinämie.

Abstract

Familiäre Hypercholesterinämie (FH) wird meist von geringer Dichte Lipoprotein (LDLR)-Rezeptor-Mutationen verursacht und führt zu einem erhöhten Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen früh einsetzende durch deutliche Erhöhung von LDL-Cholesterin (LDL-C) im Blut. Statine sind die erste Zeile von lipidsenkenden Medikamenten zur Behandlung von FH und andere Arten von Hypercholesterinämie, aber neue Ansätze entstehen in bestimmten PCSK9-Antikörpern, die nun in klinischen Studien getestet werden. Um neue therapeutische Ansätze für FH, neue Medikamente oder neue Rezepturen erforschen müssen wir in Vivo Modelle geeignet. Bestehen jedoch Unterschiede in der Lipid-Stoffwechselprofile im Vergleich zu Menschen ein zentrales Problem der verfügbaren Tiermodellen der FH. Um dieses Problem zu beheben, haben wir eine menschliche Leber chimärer Mausmodell mit FH induzierte pluripotente Stammzellen (iPSC) erzeugt-Hepatozyten (iHeps) abgeleitet. Wir verwendeten/Ldlr– / –/Rag2– / –/Il2rg– / – (LRG) Mäuse Immunabwehr von transplantierten menschlichen Zellen zu vermeiden und Beurteilung der Wirkung des LDLR-mangelhafte iHeps in ein LDLR null Hintergrund. Transplantierten FH iHeps könnte wieder zu bevölkern ca. 5-10 % der LRG Maus Leber basierend auf menschliches Albumin-Färbung. Darüber hinaus die eingepflanzt iHeps reagierte auf Lipidsenker und rekapitulierte klinische Beobachtungen der erhöhte Wirksamkeit der PCSK9 Antikörper gegenüber Statinen. Unsere menschlichen Leber Chimäre Modell könnte somit für präklinischen Erprobung neuer Therapien zur FH nützlich sein. Mit dem dasselbe Protokoll, ähnlich wie menschliche Leber chimeric Mäuse für andere FH genetische Varianten oder Mutationen, die entsprechend andere erblichen Erkrankungen der Leber kann auch generiert werden.

Introduction

Low density Lipoprotein-Rezeptor (LDLR) fängt LDL-Cholesterin (LDL-C) im Blut, Cholesterinsynthese in der Leber zu modulieren. Mutationen im LDLR-Gen sind die häufigste Ursache für Familiäre Hypercholesterinämie (FH)1. Statine wurden traditionell die erste Zeile von Medikamenten zur Behandlung von FH und andere Arten von Hypercholesterinämie (vererbt oder erworben). Statine hemmen 3-hydroxy-3-Methylglutaryl-Coenzym eine Reduktase Cholesterinsynthese in der Leber2zu senken. Darüber hinaus erhöht die Statine LDLR-Ebenen auf der Oberfläche der Hepatozyten, Plasma LDL-C-Abstand zu fördern. Eine große Einschränkung der Behandlung mit Statinen ist jedoch, dass sie gleichzeitig induzieren die Expression von proprotein Konvertase Subtilisin/hexin 9 (PCSK9), ein Enzym, das LDLR bindet seinen Abbau3zu fördern. Dieser Effekt ist verantwortlich für die unzureichende oder sogar null Reaktion auf Statine bei vielen Patienten beobachtet. Dieser Mechanismus zu studieren, unerwartet, zur Entdeckung der eine alternative Möglichkeit zur Behandlung von Hypercholesterinämie führte. PCSK9-Antikörper, die kürzlich von der FDA zugelassen sind derzeit in klinischen Studien eingesetzt und zeigen höhere Wirksamkeit und bessere Verträglichkeit als Statine4. Der Erfolg von PCSK9 Antikörpern impliziert auch, dass möglicherweise gibt es andere Therapiemöglichkeiten den LDLR-Abbau-Weg (neben PCSK9) bei Patienten mit Hypercholesterinämie zu modulieren. Ebenso gibt es Interesse an der Entwicklung neuer Inhibitoren des PCSK9 als Antikörper, z. B. SiRNA Oligos5.

Um zu testen, neue Therapien für FH und im Allgemeinen jede andere Art von Hypercholesterinämie, sind geeignete in-Vivo -Modelle notwendig. Ein Hauptproblem der aktuellen in-Vivo -Modelle, meist Mäuse6 und7, Kaninchen sind ihre physiologische Unterschiede mit den Menschen. Entscheidend ist, gehören diese Probleme eine unterschiedliche metabolische Lipidprofil. Die Generation der menschlichen Leber Chimären Tiere8 könnte helfen, diese Einschränkung zu überwinden. Die menschliche Leber Chimäre Maus ist eine Art von “humanisierte” Maus mit seiner Leber aufgefüllt mit humanen Hepatozyten, z. B. primären humanen Hepatozyten (pHH)9. Ein Problem mit pHH ist, dass sie schnell erweiterte Ex Vivo, nicht verlieren ihre Funktion bei der Isolierung und eine begrenzte Quelle sind. Eine Alternative zu pHH ist die Verwendung von induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC)-abgeleitet von Hepatozyten (iHeps)10. Vor allem iPSCs sind patientenspezifischen und auf unbestimmte Zeit, so dass iHeps on Demand produziert werden kann, ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber frischen pHH angebaut werden können. Darüber hinaus können iPSCs auch leicht gentechnisch werden mit Designer Nukleasen zu korrigieren oder Mutationen in einem isogenen Hintergrund erlauben mehr Treue Vergleiche11vorstellen.

Menschlichen Leber chimärer Maus mit eingepflanzt pHH zeigen Ähnlichkeiten zu den Menschen in der Leber Stoffwechselprofile, Medikament Antworten und Anfälligkeit für Hepatitis-Virus-Infektion-12. Dadurch haben sie ein gutes Modell, Hyperlipidämie in Vivozu studieren. Die am häufigsten verwendete Mausmodelle basieren auf der/Fah– / –/Rag2– / –/Il2rg– / – (BRD) Maus13 und der uPA transgenen Maus8, in dem bis zu 95 % der Maus Leber durch pHH ersetzt werden kann. Ein kürzlich veröffentlichter Bericht beschriebenen Interessanterweise eine menschliche Leber FH Chimäre Maus (bezogen auf die BRD-Maus) mit pHH von einem Patienten mit einem homozygot LDLR Mutation14. In diesem Modell Waldlandschaften humanen Hepatozyten hatte keine funktionale LDLR, aber die restlichen Maus Hepatozyten haben, wodurch das Dienstprogramm für die Durchführung von in-Vivo Tests von Medikamenten unter Berufung auf die LDLR-Weg.

Hier berichten wir über ein detailliertes Protokoll basierend auf unserer kürzlich veröffentlichtes Werk15 für FH-iHeps in die/Ldlr– / –/Rag2– / –/Il2rg– / – (LRG) Maus Leber Einpflanzen. Diese menschlichen Leber chimärer Maus eignet sich für die FH Modellierung und Durchführung von Drogentests in-vivo.

Protocol

Alle hier beschriebene Methoden, bei denen die Verwendung von Tieren wurden vom Ausschuss für Verwendung von Leben Tiere in Lehre und Forschung (CULATR) von der University of Hong Kong genehmigt. 1. Vorbereitung und phänotypische Tests Maus Generation von immungeschwächte Ldlr -Knockout (KO)-Mäusen. Verwenden Sie die Mäuse Stämme Ldlr- / -, Rag2- /-und Il2rg- / – (siehe Tabe…

Representative Results

Gerichtete Differenzierung der menschlichen iPSCs in iHepsBeim Zusammenfluss von 70 % zu erreichen, werden menschliche iPSCs in iHeps mit einem 3-Stufen-Protokoll16 (Abbildung 1 obere Leiste) unterschieden. Nach 3 Tagen Entoderm Differenzierung werden iPSC Kolonien gelockert und breitete sich auf volle Zusammenfluss (Abbildung 1 untere Leiste). Dann mit 2Nd Stufe Mittel, Hep…

Discussion

Frühere Studien mit iHeps bei Nagetieren haben bestätigt, dass sie ein wirksames Mittel zur Leber Erbkrankheiten17zu studieren sind. Weiter erweitern den Einsatz dieser Technologie und weil aktuelle FH Tiermodelle suboptimal sind, wir pfropfte FH iHeps in LRG Mäuse und zeigte, dass die eingepflanzt LDLR + / oder heterozygot LDLR-mutierte FH iHeps können Mäuse Plasma LDL-C Ebene reduzieren und reagieren auf Lipid-senkende Medikamente in Vivo.

<p class="jove_conte…

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Diese Arbeit wurde vom Shenzhen Science and Technology Rat Basic Research Program (JCYJ20150331142757383), strategische Priorität Forschungsprogramm der chinesischen Akademie der Wissenschaften (XDA16030502), Hong Kong Research Grant Rates Theme Based Research unterstützt. Schema (T12-705/11), Kooperationsprogramm von Zuschüssen Forschungsrat der Sonderverwaltungsregion Hongkong und die National Natural Science Foundation von China (N-HKU730/12 und 81261160506), Team Forschungsprojekt der Guangdong-Naturwissenschaft Stiftung (2014A030312001), Guangzhou Wissenschaft und Technologie-Programm (201607010086), Provinz Guangdong Wissenschaft und Technologieprogramm (2016B030229007 und 2017B050506007).

Materials

Materials
40 µm Cell strainer BD B4-VW-352340
6-Well plate Thermofisher 140675 Extracellular matrix coated
Accutase Millipore SCR005
Acetylcholine Sigma Aldrich A6625 Dissolve in water
Antigen retrieval solution IHC World IW-1100-1L
Calcium chloride Sigma Aldrich C8106 CaCl2
Cell dissociation enzyme Thermofisher 12604-013 TrypLE
D-glucose Sigma Aldrich D8270
Dimethyl sulfoxide Sigma Aldrich D5879 DMSO
DMEM Thermofisher 10829 Knockout DMEM
DNase I Roche 11284932001
EDTA USB 15694 0.5 M, PH=8.0
Extracellular matrix (for cell suspension) Corning 354234 Matrigel
Extracellular matrix (for iHep differentiation) Corning 354230 Matrigel
Hepatocyte basal medium Lonza CC-3199
Hepatocyte culture medium Lonza CC-3198
High-fat and high-cholesterol diet Research Diet D12079B
Human Activin A Peprotech 120-14E
Human hepatocyte growth factor Peprotech 100-39
Human iPSC maintenance medium STEMCELL Technologies 5850 mTeSR1
Human oncostatin M Peprotech 300-10
Ketamine 10% Alfasan N/A
L-glutamine Thermofisher 35050
LDL-C detection kit WAKO 993-00404 and 993-00504
Magnesium chloride VWR P25108 MgCl2
Meloxicam Boehringer Ingelheim NADA 141-213
Monopotassium phosphate USB S20227 KH2PO4
Non-essential amino acids Thermofisher 11140
PBS GE SH30256.02 Calcium and magnesium-free
PCSK9 antibodies Sanofi and Regeneron Pharmaceuticals SAR236553/REGN727 Alirocumab
Phenobarbital Alfamedic company 013003
Phenylephrine RBI P-133 Dissolve in water
Potassium chloride Sigma Aldrich P9333 KCl
Povidone-iodine Mundipharma Betadine
Recombinant mouse Wnt3a R&D Systems 1324-WN-500/CF
ROCK inhibitor Y27632 Sigma Aldrich Y0503-5MG
RPMI 1640 Thermofisher 21875
Serum replacement Thermofisher 10828
Silicone coated petri dish Dow Corning Sylgard 184 silicone elastomer kit
Simvastatin Merck Sharp & Dohme ZOCOR
Sodium bicarbonate Sigma Aldrich S6297 NaHCO3
Sodium chloride Sigma Aldrich S7653 NaCl
Trypan blue solution 0.4% Thermofisher 15250061
U-46619 Cayman 16450 Dissolve in DMSO
Xylazine 2% Alfasan N/A
β-mercaptoethanol Thermofisher 31350
Name Company Catalog Number Yorumlar
Antibodies
AAT DAKO A0012 1:400
ALB Bethyl Laboratories A80-129 1:200
ASGPR Santa Cruz Sc-28977 1:100
HNF4A Santa Cruz Sc-6557 1:35
NANOG Stemgent 09-0020 1:200
OCT4 Stemgent 09-0023 1:200
Name Company Catalog Number Yorumlar
Mice
Il2rg-/- Jacson lab 003174
Ldlr-/- Jacson lab 002077
Rag2-/- Jacson lab 008449
Name Company Catalog Number Yorumlar
Equipments
Automated cell counter Invitrogen Countess
Gamma irradiator MDS Nordion Gammacell 3000 Elan II
Insulin syringe BD 324911
Powerlab ADInstruments Model 8/30
Slides scanning system Leica biosystems Aperio scanScope system
Sliding Microtome Leica biosystems RM2125RT
Stereomicrocope Nikon SMZ800
Tissue processing system Leica biosystems ASP200S
Wire myograph DMT 610M
Name Company Catalog Number Yorumlar
Softwares
Digital slide viewing software Leica Aperio ImageScope Version 12.3.2
Image J NIH Version 1.51e
Image processing software Adobe Photoshop CC Version 2015
Microscope imaging software Carl Zeiss AxioVision LE Version 4.7

Referanslar

  1. Brown, M. S., Goldstein, J. L. A receptor-mediated pathway for cholesterol homeostasis. Science. 232 (4746), 34-47 (1986).
  2. Endo, A. The discovery and development of HMG-CoA reductase inhibitors. J Lipid Res. 33 (11), 1569-1582 (1992).
  3. Dubuc, G., et al. Statins upregulate PCSK9, the gene encoding the proprotein convertase neural apoptosis-regulated convertase-1 implicated in familial hypercholesterolemia. Arterioscler Thrombo Vasc Biol. 24 (8), 1454-1459 (2004).
  4. Robinson, J. G., et al. Efficacy and safety of alirocumab in reducing lipids and cardiovascular events. N Engl J Med. 372 (16), 1489-1499 (2015).
  5. Fitzgerald, K., et al. Effect of an RNA interference drug on the synthesis of proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (PCSK9) and the concentration of serum LDL cholesterol in healthy volunteers: a randomised, single-blind, placebo-controlled, phase 1 trial. Lancet. 383 (9911), 60-68 (2014).
  6. Ishibashi, S., et al. Hypercholesterolemia in low density lipoprotein receptor knockout mice and its reversal by adenovirus-mediated gene delivery. J Clin Invest. 92 (2), 883-893 (1993).
  7. Watanabe, Y. Serial inbreeding of rabbits with hereditary hyperlipidemia (WHHL-rabbit). Atherosclerosis. 36 (2), 261-268 (1980).
  8. Carpentier, A., et al. Engrafted human stem cell-derived hepatocytes establish an infectious HCV murine model. J Clin Invest. 124 (11), 4953-4964 (2014).
  9. Tateno, C., et al. Near completely humanized liver in mice shows human-type metabolic responses to drugs. Am J Pathol. 165 (3), 901-912 (2004).
  10. Basma, H., et al. Differentiation and transplantation of human embryonic stem cell-derived hepatocytes. Gastroenterology. 136 (3), 990-999 (2009).
  11. Soldner, F., et al. Generation of isogenic pluripotent stem cells differing exclusively at two early onset Parkinson point mutations. Cell. 146 (2), 318-331 (2011).
  12. Bissig, K. D., et al. Human liver chimeric mice provide a model for hepatitis B and C virus infection and treatment. J Clin Invest. 120 (3), 924-930 (2010).
  13. Azuma, H., et al. Robust expansion of human hepatocytes in Fah(-/-)/Rag2(-/-)/Il2rg(-/-) mice. Nat Biotechnol. 25 (8), 903-910 (2007).
  14. Bissig-Choisat, B., et al. Development and rescue of human familial hypercholesterolaemia in a xenograft mouse model. Nat Commun. 6, 7339 (2015).
  15. Yang, J., et al. Generation of human liver chimeric mice with hepatocytes from familial hypercholesterolemia induced pluripotent stem cells. Stem Cell Rep. 8 (3), 605-618 (2017).
  16. Kajiwara, M., et al. Donor-dependent variations in hepatic differentiation from human-induced pluripotent stem cells. Proc Natl Acad Sci USA. 109 (31), 12538-12543 (2012).
  17. Chen, Y., et al. Amelioration of hyperbilirubinemia in gunn rats after transplantation of human induced pluripotent stem cell-derived hepatocytes. Stem Cell Rep. 5 (1), 22-30 (2015).
  18. Ortmann, D., Vallier, L. Variability of human pluripotent stem cell lines. Curr Opin Genet Dev. 46, 179-185 (2017).
  19. Liu, H., Kim, Y., Sharkis, S., Marchionni, L., Jang, Y. Y. In vivo liver regeneration potential of human induced pluripotent stem cells from diverse origins. Sci Transl Med. 3 (82), 82ra39 (2011).

Play Video

Bu Makaleden Alıntı Yapın
Yang, J., Wong, L., Tian, X., Wei, R., Lai, W., Au, K., Luo, Z., Ward, C., Ho, W., Ibañez, D. P., Liu, H., Bao, X., Qin, B., Huang, Y., Esteban, M. A., Tse, H. A Familial Hypercholesterolemia Human Liver Chimeric Mouse Model Using Induced Pluripotent Stem Cell-derived Hepatocytes. J. Vis. Exp. (139), e57556, doi:10.3791/57556 (2018).

View Video