骨肉腫由来細胞外小胞で治療した間葉系幹細胞のメチル化解析
Summary
ここでは、骨肉腫由来細胞外小胞で治療した間葉系幹細胞における間葉系幹細胞における、メチル化特異的プローブ増幅法を用いて、LINE-1要素のメチル化レベルを解析する。ウシ胎児血清から細胞外小胞を分離するための一般的な手順である超遠心分離も実証されている。
Abstract
メチル化特異的プローブ増幅(MSPA)は、DNAサンプルのメチル化レベルの相対的な差異を検出するために使用できる、シンプルで堅牢な手法です。それは、機知に富み、少量のDNAを必要とし、約4〜5時間の実作業を要します。提示された技術では、DNAサンプルはまず、メチル化または参照部位のいずれかでDNAを標的とするプローブに対してハイブリダイズされます。ハイブリダイズされたDNAは並列反応に分離され、1つはライゲーションのみを受け、もう1つは結紮を受け、もう1つは非メチル化GCGC配列でHhaI媒介消化を経る。得られたDNA断片はPCRにより増幅され、毛細管電気泳動によって分離される。メチル化GCGC部位はHhaIによって消化されず、ピークシグナルを生成しますが、非メチル化GCGC部位は消化され、ピーク信号は生成されません。各サンプルの消化済みおよび未消化のバージョンの制御正規化ピークを比較すると、DNAサンプルのメチル化投与量比が得られます。ここでは、MSPAは間葉系幹細胞における長い間在在核元素1(LINE-1)のメチル化状態に対する骨肉腫由来細胞外小胞(EV)の影響を検出するために使用される。LINE-1sは、通常、癌において低メチル化を受ける反復的なDNA元素であり、この能力において、バイオマーカーとして働く可能性がある。超遠心分離はまた、生物学的流体から細胞外小胞を分離するための費用対効果の高い方法として使用される(すなわち、EV枯渇した胎児ウシ血清[FBS]を調製し、骨肉腫条件化培地[差動遠心分離]からEVを単離する場合)。メチル化分析のために、カスタムLINE-1プローブは、LINE-1プロモーター配列と7つの制御部位の3つのメチル化部位を対象とするように設計されています。このプロトコルは、LINE-1メチル化分析のためのMSPAの使用を実証し、超遠心分離によるEV枯渇FBSの調製を記述する。
Introduction
DNAメチル化は、ヒト細胞で起こる主要なエピジェネティック修飾である。DNAメチル化とは、CpGジヌクレオチド中のシトシン残基に対するメチル基の結合をいう。このようなジヌクレオチドは、通常、遺伝子1の5’領域のクラスター(CpG島)に見られる。正常な細胞では、これらのジヌクレオチドの大部分は非メチル化状態で存在し、DNA転写を可能にする。なお、多くの癌は、高メチル化CpG島および転写抑制2に関連しており、特に腫瘍抑制遺伝子において、癌3の様々な特徴に寄与する。
一方、長い散在核元素-1(LINE-1またはL1)は、CpG諸島で通常高レベルのメチル化を有する反復的でトランスポーザブルなDNA元素である。LINE-1のメチル化は転位を防ぎ、ゲノムの完全性を維持するのに役立つ。いくつかのタイプの癌において、LINE−1は、低メチル化され、活性化およびそれに続く経転媒性染色体不安定性4をもたらす。LINE-1はヒトゲノム5のほぼ17%を占め、そのメチル化状態は、世界のゲノムメチル化レベル6の指標として役立つ可能性がある。グローバルLINE-1ハイメチル化は、細胞から腫瘍表現型7への移行に先立つと考えられている。したがって、早期癌発症の潜在的なマーカーとしての約束を保持する。
現在、メチル化分析には、ピロースケンシング、メチル化特異的PCR、マイクロアレイ、クロマチン免疫沈降法1など、いくつかの方法があります。次世代シーケンシングの使用により、DNAメチル化の検出にゲノム全体のアプローチを組み込むことも可能になりました。これらの方法の多くは、非メチル化シトシンがウラシルに変換され、メチル化されたシトシンが変わらないバイサルファイト処理DNAに依存しています。しかし、亜硫酸水素塩処理DNAを使用すると、非メチル化シトシンからウラシルへの不完全な変換、配列の偏った増幅、シーケンシングエラーなど、いくつかの落とし穴があります。
メチル化特異的プローブ増幅(MSPA)において、メチル化感受性制限酵素HhaI9に対する制限部位(GCGC)を含む2つのオリゴヌクレオチド標的DNA配列からなるプローブ。プローブがDNAにハイブリダイズした後、各サンプルは2つのセットに分けられます。第1セットのプローブはライゲーションを受け、第2セットではプローブがライゲーションを受け、次いでメチル化されていないCGCG部位でHhaI媒介消化を行う。その後、両方のサンプルセットをPCRで増幅し、キャピラリー電気泳動により分離します。非メチル化部位のプローブはHhaIによって消化され、PCR中に増幅されず、ピークシグナルが発生しません。これに対して、メチル化部位のプローブは消化から保護され、PCR中に増幅され、その後ピークシグナル10を生成する。
MSPAには、代替方法に対していくつかの利点があります。まず、少量のDNA(50~100ng)を必要とし、ホルマリン固定パラフィン埋込サンプル10からDNAを分析するのに適しています。これは、亜硫酸水素塩処理DNAを必要としません;実際、この方法で修飾されるDNAには適していません。同時に多くのサンプルを分析することができ、MSPAプローブは複数の遺伝子または配列を同時に標的にするように設計することができます。さらに、プローブは、HhaI制限部位がCpG島10の典型的な配列に対応するように、メチル化DNAに対して特異的かつ感受性である。
本研究では、脂肪組織由来間葉系幹細胞(AT-MSC)におけるLINE-1メチル化に対する骨肉腫(OS)由来細胞外小胞(EV)の影響を調べた。図 1を参照してください。EVは、ほとんどの細胞タイプによって分泌されるナノスケールの膜結合小胞です。それらは、親細胞11、12からタンパク質、脂質、mRNA、マイクロRNA、および追加の分子を運びます。EVは細胞間通信を媒介し、いくつかの病態生理学的条件において重要な役割を果たす13、14。最近の研究では、癌由来のEVが能動的なLINE-1をレシピエント細胞15に移す可能性が示された。HOS-143B細胞系のEVは、他の遺伝的効果16に加えて、MSCにおけるLINE-1のメチル化状態を変化させることができることが以前に報告されている。
EV単離のために細胞を増殖させる場合、FBS由来のEVは他の供給源からのEVを妨害し、結果17、18を妨げる可能性があるため、成長培地にEV枯渇したウシ血清[FBS]を使用することが重要である。超遠心分離は、FBSからEVを枯渇させる最も一般的な方法の1つです。これは、限外濾過や商用EV枯渇FBS19などの代替手段と比較して、比較的簡単で費用対効果の高い手順です。ここで、このプロトコルは、超遠心分離によってEVで枯渇したFBSを調製する方法も示す。
この記事では、OS 細胞系からの EV の分離から、OS-EV 処理された MSC における LINE-1 のメチル化解析まで、前述の技術に関する詳細なプロトコルを紹介します (図 1)。
Protocol
Representative Results
Discussion
この研究は、MSPAを使用して特定の遺伝的要素のメチル化状態を検出し、定量化する方法を示しています。ここでの焦点はLINE-1でしたが、プローブは遺伝子や配列の範囲をターゲットに設計することができます。さらに、さまざまな用途に利用できるプローブミックスのリストが増えています。MSPAは、亜硫酸水素変換10を必要としないDNAメチル化分析のための簡単で堅牢な技…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、ヘルシンキ大学プロジェクト資金(WBS490302、WBS73714112)ヘルシンキ大学病院国立大学レベルの健康研究のための資金(Y1014SUL05、TYH2016130)、フィンランドノルウェー医療財団、セルマとマジャ・リサ・セランダー基金(ミネルバ財団)。私たちは、変更されたMSPAプロトコルを提供し、関連する技術サポートのためにウォルター・パヴィッチに感謝します。ティーム・マザリン(ヘルシンキ大学)がビデオ制作を手伝ってくれたことに感謝しています。
Materials
| 1 mL syringe | Terumo | SS+01T1 | for NTA |
| 24-well plate | Corning | 3524 | MSC cell culture |
| 3730xl DNA Analyzer | Applied Biosystems, ThermoFisher Scientific | 3730XL | |
| 50 mL centrifuge tube | Corning | 430829 | |
| Beckman Optima LE-80K Ultracentrifuge | Beckman | ||
| BlueStar Prestained Protein Marker | Nippon Genetics | MWP03 | WB: protein marker |
| Calnexin (clone C5C9) | Cell Signaling Technology | 2679 | WB, dilution 1:800 |
| CD63 (clone H5C6) | BD Biosciences | 556019 | WB, dilution 1:1000 |
| Centrifuge 5702 R | Eppendorf | 5703000010 | For conditioned media and cells |
| Centrifuge 5810 | Eppendorf | 5810000010 | For spinning down 96-well plate |
| Centrifuge tube (polyallomer, 14×95 mm) | Beckman | 331374 | Ultracentrifugation |
| DMEM/F-12 + GlutaMAX medium | Gibco, Life Technologies | 31331-028 | For AT-MSC culture |
| Fetal bovine serum | Gibco, Life Technologies | 10270-106 | |
| GeneScan 500 LIZ size standard | Applied Biosystems, Life Technologies | 4322682 | for capillary electrophoresis |
| GenomePlex Complete Whole Genome Amplification (WGA) Kit | Sigma | WGA2-10RXN | for MSPA negative control |
| Hi-Di formamide | Applied Biosystems, Life Technologies | 4311320 | for capillary electrophoresis |
| HOS-143B cell line | ATCC | CRL-8303 | |
| Hsp70 (clone 5G10) | BD Biosciences | 554243 | WB, dilution 1:1000 |
| IRDye 800CW Goat anti-mouse | Li-Cor | 926-32210 | WB: secondary |
| IRDye 800CW Goat anti-rabbit | Li-Cor | 926-32211 | WB: secondary |
| LINE-1 probe-mix primers | IDT | Sequences in Table 1 | |
| MicroAmp Optical 96-well reaction plate with barcode | Applied Biosystems, Life Technologies | 4306737 | also requires sealing film |
| Micro BCA Protein Assay kit | ThermoFisher Scientific | 23235 | measure protein concentration |
| MiniProtean TGX 10% gels | Bio-Rad | 456-1034 | WB: gel electrophoresis |
| NanoSight LM14C | Malvern Instruments | for NTA | |
| Nitrocellulose membrane 0.2 µm | Bio-Rad | 1620112 | WB: protein transfer |
| NucleoSpin Tissue XS | Macherey-Nagel | 740901.50 | for DNA extraction |
| Odyssey Blocking Buffer | Li-Cor | 927-40000 | WB: blocking, antibodies |
| PBS, 1X | Corning | 21-040-CVR | |
| Penicillin-streptomycin | Gibco, Life Technologies | DE17-602E | Antibiotics for culture media |
| Protein LoBind tube, 0.5 mL | Eppendorf | 22431064 | For storing Evs |
| REVERT Total Protein Stain and Wash Solution Kit | Li-Cor | 926-11015 | WB: total protein staining |
| RKO cell line | ATCC | CRL-2577 | for MSPA positive control |
| RPMI medium 1640 + GlutaMAX | Gibco, Life Technologies | 61870-010 | For HOS-143B cell culture |
| SALSA MLPA HhaI enzyme | MRC-Holland | SMR50 | |
| SALSA MLPA reagent kit | MRC-Holland | EK1-FAM | |
| SALSA MLPA P300 probe-mix | MRC-Holland | P300-100R | |
| Swinging rotor SW-28 | Beckman Coulter | 342207 | Ultracentrifugation |
| Syringe filter, 0.22 µm | Jet Biofil | FPE-204-030 | sterile filtering FBS |
| Tecnai 12 | FEI Company | equipped with Gatan Orius SC 1000B CCD-camera (Gatan Inc., USA); for TEM |
|
| TBS, 1X tablets | Medicago | 09-7500-100 | WB: buffer |
| Trans-Blot Turbo | Bio-Rad | WB: transfer | |
| Thermal cycler | ThermoFisher Scientific | TCA0096 | |
| TrypLE Express | Gibco | 12604-021 | for trypsinization of cells |
| TSG101 (clone 4A10) | Sigma | SAB2702167 | WB, dilution 1:500 |
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