ملامح التعبير microRNA من خلايا الجذع الإنسان، الشبكية المشتقة من الظهارة الصبغية المحفزة، والجنين الظهارة الصبغية الشبكية
Summary
والرنا الميكروي (ميرنا) لمحات من الجذعية المحفزة التي يسببها الإنسان (آي بي إس) الخلايا، والظهارة الصبغية الشبكية (RPE) المشتقة من الإنسان يسببها المحفزة الجذعية (آي بي إس) خلايا (IPS-RPE)، وRPE الجنين، وتمت مقارنة.
Abstract
الهدف من هذا التقرير هو لوصف بروتوكولات لمقارنة الرنا الميكروي (ميرنا) لمحات من الإنسان يسببها المحفزة الجذعية (آي بي إس) الخلايا، والظهارة الصبغية الشبكية (RPE) المشتقة من خلايا الجذع الإنسان (IPS-RPE)، وRPE الجنين. وتشمل البروتوكولات جمع الحمض النووي الريبي لتحليلها من قبل ميكروأري، وتحليل البيانات ميكروأري لتحديد miRNAs التي أعرب تفاضلي بين ثلاثة أنواع الخلايا. يتم شرح طرق لثقافة خلايا الجذع وRPE الجنين. كما يتم وصف بروتوكول يستخدم لتمايز RPE من الجذع الإنسان. وقد تم اختيار تقنية استخراج الحمض النووي الريبي وصفنا للسماح الانتعاش القصوى من الحمض النووي الريبي الصغيرة جدا للاستخدام في ميكروأري ميرنا. أخيرا، وأوضح مسار الخلوية وتحليل شبكة من البيانات ميكروأري. وهذه التقنيات تسهيل المقارنة بين ملامح ميرنا من ثلاثة أنواع مختلفة من الخلايا.
Introduction
الخلايا الجذعية لديها القدرة على تكرار بلا حدود والقدرة على التمايز إلى أي نوع من الخلايا الجسدية. وقد أثارت تطوير تقنيات لإعادة برمجة الخلايا الجسدية إلى خلايا الجذعية المحفزة الإثارة كبيرة في الأوساط البحثية وبين الأطباء، وظهور شخصية تجديد الأنسجة تلوح في الأفق 1. الجذعية المحفزة التي يسببها (آي بي إس) الخلايا يحمل نفس الميزات من إمكانات غير محدودة وتعدد القدرات تنسخي كما الجذعية الجنينية (ES) الخلايا في حين التحايل على المعضلات الأخلاقية المرتبطة المجالس الاقتصادية والاجتماعية. بالإضافة إلى ذلك، سوف الخلايا الجذعية المشتقة من المريض لا تحفز الاستجابة المناعية، مما يزيد كثيرا من احتمال التطبيقات العلاجية الناجحة 2-3. في ظل ظروف ثقافة محددة، وقد ثبت أن خلايا الجذع على التمايز إلى عدة أنواع مختلفة من الخلايا في المختبر، بما في ذلك العضلية، الخلايا العصبية، خلايا بيتا في البنكرياس، الكبد، وظهارة الصباغية الشبكية (RPE) 4-12.
وRPE هو عبارة عن طبقة من الخلايا الظهارية المتخصصة المصطبغة تقع في الجزء الخلفي من شبكية العين التي تنفذ العديد من الوظائف التي تعتبر أساسية للصحة البصرية وظيفة مثل امتصاص الضوء الشارد، البلعمة من شرائح مبصرة الخارجي، وتجهيز الرتينوئيدات لإنتاج من حامل اللون البصرية. خلل في RPE بسبب الضرر أو مرض يؤثر تأثيرا عميقا الصحية مبصرة وظيفة البصرية كما يتضح من الأمراض المسببة للعمى التي هي نتيجة لالكامنة علم الأمراض RPE مثل الضمور البقعي المرتبط بالعمر (AMD)، ومرض ستارغاردت، والتهاب الشبكية الصباغي (RP) 13. لم تتحقق علاجات فعالة حقا أن يمكن استعادة الرؤية، واستبدال RPE المريضة مع RPE صحية قد يكون الخيار الأفضل لمنع فقدان البصر 14-15. RPE المستمدة من الجذع (IPS-RPE) هو مصدر ممكن من الخلايا لتحل محل RPE التالفة. IPS-RPE عن characterisالبروتينات RPE التشنج الانتقال بعيد المدى المحددة، CRALBP، PEDF، وRPE65؛ يعرض الكلاسيكية المصطبغة للغاية التشكل RPE سداسية؛ ويؤدي وظائف RPE مثل البلعمة، وتجهيز ريتينويد، وإفراز 11 – 5،16 الشبكية رابطة الدول المستقلة. ولكن، قبل IPS-RPE يمكن استخدامها علاجيا، وIPS-RPE يجب أن تتسم بدقة. فهم العوامل التي تحكم RPE التمايز ضروري لتحسين المحصول والنقاء من الخلايا لاستخدامها في التطبيقات السريرية.
تمايز الخلايا هي نتيجة لدرجة عالية من التنظيم التعبير الجيني. ويلزم إعادة جينية من الجينوم وتنسيق عوامل النسخ لقرارات مصير الخلية التي تحدث أثناء تمايز والتنمية 17. تنظيم رسالة الحمض النووي الريبي (مرنا) الترجمة من قبل الرنا الميكروي (ميرنا) يقدم حتى الآن مستوى آخر من التنظيم الذي يؤثر على الخلايا مصير 1. MiRNAs قصيرة، ~ 22 الإقليم الشمالي، وأطوال من النيوكليوتيدات التي إما ترجمة قمع من قبلالربط إلى 3 'UTR مرنا أو استهداف مرنا للتدهور. تم الكشف عن MiRNAs في جميع الأنسجة تقريبا وحتى الآن تم تسجيل أكثر من 2،000 microRNAs الإنسان فريدة من نوعها في قاعدة البيانات miRBase. منذ miRNAs تتطلب التكامل الجزئي فقط لربط مرنا الهدف، يمكن ميرنا واحدة يحتمل أن ربط عشرات أو مئات من الأهداف، والعكس بالعكس، أي ومرنا واحدة يمكن أن تكون مستهدفة من قبل العديد من miRNAs مختلفة. هذه الخاصية ملزمة منحل يزيد بشكل كبير من مستوى تعقيد التنظيم وكذلك مستوى صعوبة تحديد وظائف لل miRNAs الفردية ودور كل المسرحيات في الوظائف الخلوية 18-21. ومع ذلك، فقد أظهرت الدراسات أن تهذب ميرنا التعبير الجيني أثناء تمايز عن طريق التأثير في الوضع الحامض النووي 17. في دراسة أكثر تحديدا إلى RPE، وقد تبين miR-204/211 لتعزيز النمط الظاهري الظهارية من RPE 22. مجموعة أخرى بتحليل البيانات الشخصية ميرنامن RPE خلال تمايز الخلايا الجذعية الجنينية من وكشفت مجموعات متميزة من ميرنا وأعرب خلال عملية التمايز 23. في الواقع، يمكن تمييز ملامح ميرنا دون لبس أنواع الخلايا، بما في ذلك خلايا ES، خلايا السلائف، وخلايا متباينة عضال 24،25. وأعرب أكثر من 250 miRNAs في شبكية العين. استنادا إلى هذه الدراسات، ونحن نفترض أن miRNAs تلعب دورا هاما خلال تمايز RPE من الجذع.
الهدف من هذا التقرير هو لوصف بروتوكولات للتمايز RPE من IMR90-4 خلايا الجذع، وجمع الحمض النووي الريبي لتحليلها من قبل ميكروأري، وتحليل البيانات ميكروأري لتحديد miRNAs التي أعرب تفاضلي بين ثلاثة أنواع الخلايا، وخلايا الجذع ، IPS-RPE وRPE الجنين. تم استخراج الحمض النووي الريبي مجموع من الثقافات من كل نوع من الخلايا والمهجنة لميكروأري ميرنا، التي تحتوي على تحقيقات محددة ل1،205 miRNAs الإنسان و144 miRNAs الفيروسية. تم مقارنة النتائج ميكروأريد لتحديد التي تم miRNAs وأعرب تفاضلي بين أنواع مختلفة من الخلايا. وقد تم اختيار miRNAs مع 2 أضعاف أضعاف أو أكبر تغيير في التعبير لمزيد من التحليل. تم استخدام برنامج حاسوبي لتحليل ميرنا تحديد أهداف محتملة للmiRNAs وأعرب تفاضلي لتوليد الشبكات الخلوية التي ينظمها miRNAs المحدد.
Protocol
Representative Results
Discussion
في الختام، ويصف هذا التقرير والأساليب المستخدمة في الثقافة خلايا الجذع، IPS-RPE، وRPE الجنين. RPE المستمدة من الجذع هي شكليا ووظيفيا مماثلة لRPE الجنين. يعبر عن IPS-RPE أيضا الجينات RPE مميزة بما في ذلك RPE65، CRALBP، PEDF، والانتقال بعيد المدى المحددة 16. لمزيد من تميز هذه الخلايا،…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الآراء الواردة في هذه الوثيقة أو التأكيدات هي آراء خاصة للكتاب ولا يمكن تفسيره بأنه مسؤول أو كما تعكس آراء زارة الجيش أو وزارة الدفاع.
تم إجراء هذا البحث في حين أن الكتاب يتني A. غرين، ألبرتو مونيز وراميش ر Kaini عقد المجلس الوطني للبحوث ما بعد الدكتوراه البحوث الزمالة في USAISR.
أجريت فحوصات ميكروأري من قبل Greehey طفولة مرفق معهد أبحاث السرطان ميكروأري الأساسية وإدارة المعلوماتية الحيوية في مركز العلوم الصحية UT سان انطونيو.
وأيد هذا العمل من قبل الجيش الأمريكي برنامج السريرية التأهيلية الطب بحوث (CRMRP) وبرنامج بحوث الطب التشغيلية العسكرية (MOMRP).
Materials
| mTeSR1 media + 5X supplement | Stem Cell Technologies | 5850 | |
| DMEM/F12 | Life Technologies | 11330-032 | |
| 2-Mercaptoethanol | Sigma | M-7154 | |
| Non essential amino acids | Hyclone(Fisher) | SH30853.01 | |
| Knockout serum replacement | Life Technologies | 10828-028 | |
| Gentamicin | Life Technologies | 15750-060 | |
| MEM media | Life Technologies | 10370-021 | |
| N1 supplement | Sigma | N-6530-5ML | |
| Taurine | Sigma | T-8691-25G | |
| Hydrocortisone | Sigma | H0888-1G | |
| Fetal bovine serum | Hyclone(Fisher) | SH3008803HI | |
| Triiodo-l-thyronine sodium salt | Sigma | T6397 | |
| Sodium hydroxide | Sigma | S5881 | |
| Fetal RPE media RTEGM kit | Life Technologies | 195406 | |
| Dispase | Life Technologies | 17105-041 | |
| Matrigel | BD Biosciences | 354277 | |
| Phosphate buffered saline | Hyclone(Fisher) | 10010-023 | |
| Trypsin | Hyclone(Fisher) | 25200-072 | |
| Miltenyi Biotec washing buffer | StemGent | 130-092-987 | |
| Miltenyi Biotec rinsing buffer | StemGent | 130-092-222 | |
| Anti-TRA-1-60 microbead kit | StemGent | 130-095-816 | |
| Miltenyi Biotec cell sorter column | StemGent | 130-021-101 | |
| RNeasy micro kit | Qiagen | 74004 | |
| QIA shredder | Qiagen | 79654 | |
| RNA 6000 Pico LabChip kit | Agilent | G2938-90046 | |
| Human miRNA microarray v16 | Agilent | G4471A |
Referenzen
- Yu, Z., et al. miRNAs regulate stem cell self-renewal and differentiation. Front Genet. 3, 191 (2012).
- Romano, G., et al. A commentary on iPS cell biology: Potential applications in autologous tissue and cell transplantation, development of new models for the study of human pathological conditions and drug screening. J Cell Physiol. 229, 148-152 (2014).
- Almeida, P. E., et al. Immunogenicity of pluripotent stem cells and their derivatives. Circ Res. 112, 549-561 (2013).
- Buchholz, D. E., et al. Derivation of functional retinal pigmented epithelium from induced pluripotent stem cells. Stem Cells. 27, 2427-2434 (2009).
- Kokkinaki, M., et al. Human induced pluripotent stem-derived retinal pigment epithelium (RPE) cells exhibit ion transport, membrane potential, polarized vascular endothelial growth factor secretion, and gene expression pattern similar to native RPE. Stem Cells. 29, 825-835 (2011).
- Bharti, K., et al. The new paradigm: retinal pigment epithelium cells generated from embryonic or induced pluripotent stem cells. Pigment Cell Melanoma Res. 24, 21-34 (2011).
- Park, I. H., et al. Reprogramming of human somatic cells to pluripotency with defined factors. Nature. 451, 141-146 (2008).
- Pera, M. F. Stem cells. A new year and a new era. Nature. 451, 135-136 (2008).
- Subba Rao, M., et al. Thinking outside the liver: Induced pluripotent stem cells for hepatic applications. World J Gastroenterol. 19, 3385-3396 (2013).
- Yoshida, Y., Yamanaka, S. iPS cells: a source of cardiac regeneration. J Mol Cell Cardiol. 50, 327-332 (2011).
- Lee, K. S., et al. Human sensory neurons derived from induced pluripotent stem cells support varicella-zoster virus infection. PLoS One. 7, (2012).
- Alipio, Z., et al. Reversal of hyperglycemia in diabetic mouse models using induced-pluripotent stem (iPS)-derived pancreatic beta-like cells. Proc Natl Acad Sci U S A. 107, 13426-13431 (2010).
- la Cour, M., Tezel, T. The retinal pigment epithelium. Adv Organ Biol. 10, 253-272 (2005).
- Carr, A. J., et al. Protective effects of human iPS-derived retinal pigment epithelium cell transplantation in the retinal dystrophic rat. PLoS One. 4, (2009).
- Schwartz, S. D., et al. Embryonic stem cell trials for macular degeneration: a preliminary report. Lancet. 379, 713-720 (2012).
- Muniz, A., et al. Retinoid uptake, processing and secretion in human iPS-RPE support the visual cycle. Invest Ophthalmol Vis Sci. 55, 198-209 (2014).
- Leonardo, T. R., et al. The functions of microRNAs in pluripotency and reprogramming. Nat Cell Biol. 14, 1114-1121 (2012).
- Arora, A., et al. Prediction of microRNAs affecting mRNA expression during retinal development. BMC Dev Biol. 10, (2010).
- Huntzinger, E., Izaurralde, E. Gene silencing by microRNAs: contributions of translational repression and mRNA decay. Nat Rev Genet. 12, 99-110 (2011).
- Mallanna, S. K., Rizzino, A. Emerging roles of microRNAs in the control of embryonic stem cells and the generation of induced pluripotent stem cells. Dev Biol. 344, 16-25 (2010).
- Guo, H., et al. Mammalian microRNAs predominantly act to decrease target mRNA levels. Nature. 466, 835-840 (2010).
- Adijanto, J., et al. Microphthalmia-associated transcription factor (MITF) promotes differentiation of human retinal pigment epithelium (RPE) by regulating microRNAs-204/211 expression. J Biol Chem. 287, 20491-20503 (2012).
- Hu, G., et al. Identification of miRNA signatures during the differentiation of hESCs into retinal pigment epithelial cells. PLoS One. 7, (2012).
- Wilson, K. D., et al. MicroRNA profiling of human-induced pluripotent stem cells. Stem Cells Dev. 18, 749-758 (2009).
- Neveu, P., et al. MicroRNA profiling reveals two distinct p53-related human pluripotent stem cell states. Cell Stem Cell. 7, 671-681 (2010).
- Maminishkis, A., et al. Confluent monolayers of cultured human fetal retinal pigment epithelium exhibit morphology and physiology of native tissue. Invest Ophthalmol Vis Sci. 47, 3612-3624 (2006).
- Qiagen, miRNeasy Mini Handbook. Sample and Assay Technologies. , (2013).
- . Microarray System with miRNA Complete Labeling and Hyb Kit. Agilent Technologies. , (2011).
- . Maintenance of hESCs and hiPSCs in mTESR1 and mTESR2. Stem Cell Technologies. , (2010).
- . The Analysis of DNA or RNA using its wavelengths: 230 nm, 260 nm, 280 nm. About Biotechnology. , (2013).
