Intravital Fluorescent microscopie (IVFM) te combineren met genetische modellen om te studeren van Engraftment dynamiek van hematopoietische cellen aan het beenmerg Niches
Summary
Intravital fluorescentie microscopie (IVFM) van de calvarium wordt toegepast in combinatie met genetische diermodellen om de homing en engraftment van hematopoietische cellen in het beenmerg (BM) niches te studeren.
Abstract
Een groeiende hoeveelheid bewijs geeft aan dat normale Haematopoiese wordt geregeld door verschillende microenvironmental signalen in de BM, waaronder gespecialiseerde cellulaire niches modulerende kritische hematopoietische stamcellen (HSC) functies1,2. Inderdaad, een meer gedetailleerd beeld van de hematopoietische communicatie nu ontstaat, waarin het endosteale en de endothelial nissen vormen functionele eenheden voor de regulering van normale HSC en hun nakomelingen3,4,5 . Nieuwe studies is gebleken dat het belang van gerelateerde cellen, adipocytes en neuronale cellen in het onderhouden en reguleren van HSC functie6,7,8. Bovendien zijn er aanwijzingen dat cellen van verschillende geslachten, d.w.z. myeloïde en lymfoïde cellen, huis en wonen in specifieke niches communicatie in het BM. Echter, een volledige toewijzing van de BM-communicatie en de inzittenden is nog in volle gang.
Transgene muis stammen uiting lineage specifieke fluorescerende markers of muizen genetisch gemanipuleerde om gebrek aan geselecteerde moleculen in bepaalde cellen van de BM-niche zijn nu beschikbaar. Knock-out en afstamming bijhouden van modellen, in combinatie met de benaderingen van de transplantatie, bieden de mogelijkheid om te verfijnen van de kennis over de rol van specifieke “niche” cellen voor gedefinieerde hematopoietische populaties, zoals HSC, B-cellen, T-cellen, myeloïde cellen en erythroid cellen. Deze strategie kan verder worden Potentiation door de samenvoeging van het gebruik van twee-foton microscopie van de calvarium. Door middel van in vivo de beeldvorming van de hoge resolutie en 3D-weergave van de BM-calvarium, kunnen we nu juist de locatie waar specifieke hematopoietische deelverzamelingen thuis in de BM en evalueren van de kinetiek van hun expansie na verloop van tijd bepalen. Hier, worden Lys-GFP transgene muizen (markering myeloïde cellen)9 en RBPJ knock-out muizen (ontbreekt canonieke Notch signalering)10 gebruikt in combinatie met IVFM om te bepalen van de engraftment van myeloïde cellen een inkeping defecte BM communicatie.
Introduction
Intravital multiphoton fluorescentie microscopie (IVFM) is een krachtige beeldvormende techniek waarmee de hoge resolutie, real-time imaging van weefsels met diepte tot 1mm, afhankelijk van het weefsel. Wanneer toegepast op de calvarium van de muis, laat het observeren van het gedrag van de hematopoietische cellen binnen de BM in een niet-invasieve manier omhoog tot en met 60-100 μm11. Deze benadering wordt hier gebruikt om te bepalen van de kinetiek van de engraftment van normale myeloïde voorlopercellen in de BM van RBPJ knock-out muizen ontbreekt canonieke Notch signalering.
Recente werk van onze fractie aangetoond dat defecte canonieke Notch signalering in de BM communicatie leidt tot een myeloproliferatieve-achtige ziekte12. Verlies van Inkeping signalering werd verkregen door voorwaardelijke schrapping van het DNA-bindende domein van RBPJ, de kritische transcriptiefactor stroomafwaarts van canonieke uitsparing signalering, met behulp van de Mx1-Cre geïnduceerde recombinatie10. In deze studie werd de Mx1-Cre/RBPJlox/lox muizen model gebruikt. Voorwaardelijke schrapping van het DNA-bindende motief van RBPJ leidt tot het verlies van signalering van alle Notch receptoren. In het model van de Mx1-Cre, Cre expressie wordt gedreven door de promotor van de Mx1 geactiveerd bij toediening van polyI:C, resulterend in de inductie van verwijdering van de gerichte gen in cellen van het bloed zo goed zoals in stromale onderdelen van meerdere organen, met inbegrip van BM, de milt en de lever.
Mx1-Cre+/RBPJlox/lox en Mx1-Cre–/RBPJlox/lox muizen geïnduceerde met polyI:C (visualisering aangegeven als RBPJKO en RBPJWT, respectievelijk) dodelijk waren bestraald en met normale, wild type hematopoietische cellen getransplanteerd. Vanaf week 4 na de transplantatie, ontwikkeld RBPJKO ontvangers belangrijke leukocytose gevolgd door splenomegalie. Hoewel RBPJKO muizen gepresenteerd verhoogd percentage van myeloïde voorlopercellen in de BM tijdens week 8 na de transplantatie en op latere tijdstippen, openbaarde analyse van BM op weken 4 en 6 niet opvallende verschillen in hun myeloïde celinhoud in vergelijking met controle RBPJWT ontvangers. Deze observatie, samen met het feit dat de Mx1-Cre wordt uitgedrukt in verschillende hematopoietische organen, de vraag gesteld of de BM communicatie directe invloed gehad op de opening van het myeloproliferatieve fenotype.
Om te bepalen of de BM een kritieke eerste site van ziekte ontwikkeling was, werd IVFM van de muis calvarium gebruikt in combinatie met BM transplantatie (BMT), het model van de knock-out RBPJ, en een tracking systeem afkomst. Transgene muizen EGFP uiten onder de controle van de specifieke lysozym promotor (Lys-GFP)9 werden gebruikt om het verkrijgen van de donor cellen die tijdens BM imaging na BMT kon worden gevisualiseerd. Lysozym expressie is specifiek voor myeloïde cellen en Lys-GFP markeert cellen van de gemeenschappelijke myeloïde voorlopercellen (CMP) voor de volwassen granulocyt-13.
IVFM van de BM op verschillende tijdstippen aangetoond dat Lys-GFP cellen homed op dezelfde manier naar de geadresseerden BM van RBPJWT en RBPJKO, maar uitgebreid en sneller geaccepteerd in de BM van RBPJKO ontvangers. Dit verschil was dramatisch op het eerdere tijdstip (week 2) en daalde na verloop van tijd (weken 4 en 6). Echter bij deze latere tijdstippen, evaluatie van het hematopoietische compartiment in de dezelfde ontvanger toonde een gestage toename in het aantal myeloïde cellen circuleren in de PB en gelokaliseerd in de milt van RBPJKO muizen, met vermelding van een verhoogde productie van cellen van de BM in de circulatie. Onderzoek van Lys-GFP cellen lokalisatie in het BM van getransplanteerde muizen op 6 weken bleek dat myeloïde cellen verder van de therapieën in de communicatie van de RBPJKO dan in het besturingselement woonden.
Collectief, de combinatie van IVFM met deze specifieke diermodellen geboden inzichten in de dynamiek van de engraftment van myeloïde cellen in de RBPJKO BM-communicatie. De proefopzet en kwantitatieve benadering hier beschreven wordt voorgesteld als een paradigma die kan worden toegepast om soortgelijke vragen. Bijvoorbeeld, kunnen het gebruik van andere cel specifieke afstamming bijhouden van modellen, zoals RAG1-GFP14 of Gata1-GFP15 muizen, naar aanleiding van het gedrag van lymfoïde of erythroid progenitorcellen, respectievelijk in de BM.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit protocol beschrijft een experimenteel ontwerp geoptimaliseerd om te bestuderen van de kinetiek van hematopoietische cellen engraftment door Intravital TL microscopie. In deze studie, werd de uitbreiding van myeloïde voorlopercellen in een WT BM of in een inkeping signalering van defecte BM gevolgd in het bot calvarium door volgende Lys-GFP positieve myeloïde cellen na BMT in RBPJWT of RBPJKO ontvangers. Deze aanpak wordt voorgesteld als een model dat kan worden toegepast om soortgelijke vragen te stellen, bijvoorbe…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Imaging werd uitgevoerd in het midden van de Indiana voor biologische microscopie aan de Indiana University, geregisseerd door Dr. Ken Dunn. Het stereotaxic apparaat is een prototype ontworpen en gemaakt door Mark Soonpaa, Wells centrum voor pediatrisch onderzoek. Dit werk werd ondersteund door NIH/R01DK097837-09 (NC), NIH/R01HL068256-05 (NC), NIH/NIDDK1U54DK106846-01 (NC), het onderzoek van MPN Stichting (NC) en de CTSI gezamenlijke project IUSM/Notre Dame (NC).
Materials
| Ketamine cocktail | IU School of Medicine | Ketamine 90-100mg/kg, Xylazine 2.5-5.0 mg/kg, Acepromazine 1.0-2.5 mg/kg | |
| TRITC dextran | Tdb Consultancy | TD150-100mg | Other color dextran may be used. |
| Andis hair trimmer | Braintree Scientific | CLP-323 75 | |
| Gauze sponge | Med Vet International | PK224 | 4-ply, 2X2 |
| Nair depilatory cream | Commercial store | ||
| Saline | Med Vet International | RXSAL-POD1LT | 0.9% Sodium Chloride poly bottle |
| Insulin syringe | Fisher Scientific | 14-826-79 | 28g, 1/2cc |
| Fine Forceps | Fine Science Tools | 00108-11, 00109-11 | straight forcep, angled forcep |
| Scissor | Fine Science Tools | 15018-10 | |
| Needle holder | Fine Science Tools | 12002-14 | |
| 5-0 silk suture | Fisher Scientific | MV-682 | Other non-absorbable suture may be used |
| WillCo- glass bottom dish | WillCo | GWSt-5040 | |
| Optical microscope oil | Leica | ||
| Stereotaxic stage insert | IU School of Medicine | Custom design | |
| Olympus FV1000 confocal microscope system | Olympus | ||
| Olympus XLUMPLFL 20xW, NA 0.95 objective | Olympus | ||
| Small heating pad | Commercial store | Zoo Med reptile heating pad | |
| Imaris 8.1 imaging software | Bitplane | 3/4 D Image Visualization and Analysis software |
References
- Carlesso, N., Cardoso, A. A. Stem cell regulatory niches and their role in normal and malignant hematopoiesis. Curr Opin Hematol. 17 (4), 281-286 (2010).
- Lo Celso, C., Scadden, D. T. The haematopoietic stem cell niche at a glance. J Cell Sci. 124 (PT 21), 3529-3535 (2011).
- Calvi, L. M., et al. Osteoblastic cells regulate the haematopoietic stem cell niche. Nature. 425 (6960), 841-846 (2003).
- Kiel, M. J., Yilmaz, O. H., Iwashita, T., Terhorst, C., Morrison, S. J. SLAM family receptors distinguish hematopoietic stem and progenitor cells and reveal endothelial niches for stem cells. Cell. 121 (7), 1109-1121 (2005).
- Zhang, J., et al. Identification of the haematopoietic stem cell niche and control of the niche size. Nature. 425 (6960), 836-841 (2003).
- Mendez-Ferrer, S., et al. Mesenchymal and haematopoietic stem cells form a unique bone marrow niche. Nature. 466 (7308), 829-834 (2010).
- Naveiras, O., et al. Bone-marrow adipocytes as negative regulators of the haematopoietic microenvironment. Nature. 460 (7252), 259-263 (2009).
- Scheiermann, C., et al. Adrenergic nerves govern circadian leukocyte recruitment to tissues. Immunity. 37 (2), 290-301 (2012).
- Faust, N., Varas, F., Kelly, L. M., Heck, S., Graf, T. Insertion of enhanced green fluorescent protein into the lysozyme gene creates mice with fluorescent granulocytes and macrophages. Blood. 96 (2), 716-726 (2000).
- Han, H., et al. Inducible gene knockout of transcription factor recombination signal binding protein-J reveals its essential role in T versus B lineage decision. Int Immunol. 14 (6), 637-645 (2002).
- Lo Celso, C., et al. Live-animal tracking of individual haematopoietic stem/progenitor cells in their niche. Nature. 457 (7225), 92-96 (2009).
- Wang, L., et al. Notch-dependent repression of miR-155 in the bone marrow niche regulates hematopoiesis in an NF-kappaB-dependent manner. Cell Stem Cell. 15 (1), 51-65 (2014).
- Miyamoto, T., et al. Myeloid or lymphoid promiscuity as a critical step in hematopoietic lineage commitment. Dev Cell. 3 (1), 137-147 (2002).
- Luc, S., et al. Down Regulation of Mpl marks the transition to lymphoid-primed multipotent progenitors with gradual loss of granulocyte-monocyte potential. Blood. 111 (7), 3424-3434 (2008).
- Suzuki, M., Moriguchi, T., Ohneda, K., Yamamoto, M. Differential contribution of the Gata1 gene hematopoietic enhancer to erythroid differentiation. Mol Cell Biol. 29 (5), 1163-1175 (2009).
- Essers, M. A., et al. IFNalpha activates dormant haematopoietic stem cells in vivo. Nature. 458 (7240), 904-908 (2009).
- Pietras, E. M., et al. Re-entry into quiescence protects hematopoietic stem cells from the killing effect of chronic exposure to type I interferons. J Exp Med. 211 (2), 245-262 (2014).
- Scott, M. K., Akinduro, O., Lo Celso, C. In vivo 4-dimensional tracking of hematopoietic stem and progenitor cells in adult mouse calvarial bone marrow. J Vis Exp. (91), e51683 (2014).
