MitoCeption: Übertragen von isolierten humanen MSC Mitochondrien an Glioblastom Stammzellen
Summary
Hier wird ein Protokoll (MitoCeption) dargestellt Mitochondrien zu übertragen, isoliert aus humanen mesenchymalen Stammzellen (MSC), zu Glioblastom Stammzellen (GSC), mit dem Ziel, ihre biologischen Wirkungen auf Stoffwechsel und GSC Funktionen studieren. kann ein ähnliches Protokoll Mitochondrien zwischen anderen Zelltypen zu übertragen, angepasst werden.
Abstract
Mitochondrien spielen eine zentrale Rolle für den Zellstoffwechsel, Energieerzeugung und Kontrolle der Apoptose. Eine unzureichende Funktion der Mitochondrien ist verantwortlich für die verschiedensten Krankheiten gefunden, von neurologischen Krankheiten bis hin zum Krebs. Interessanterweise haben Mitochondrien kürzlich die Fähigkeit zur Anzeige übertragen werden zwischen Zelltypen, insbesondere von humanen mesenchymalen Stammzellen (MSC), um Krebszellen in Kokultur Bedingungen mit metabolischen und funktionellen Konsequenzen für den Mitochondrien Empfängerzellen gezeigt worden, das weiterhin den aktuellen Interesse zu verstärken für die biologischen Eigenschaften dieser Organellen.
Evaluierung der Effekte der übertragenen MSC Mitochondrien in den Zielzellen ist von vorrangiger Bedeutung, die biologische Ergebnis solcher Zell-Zell-Wechselwirkungen zu verstehen. Das MitoCeption hier beschriebene Protokoll ermöglicht die Übertragung der zuvor aus der Spenderzellen zu den Zielzellen isolierten Mitochondrien, MSC Mitochondrien unter Verwendungund Glioblastom Stammzellen (GSC) als Modellsystem. Dieses Protokoll ist zuvor verwendet worden, Mitochondrien, isoliert von MSCs zu übertragen, MDA-MB-231 Krebszellen haftend. Diese Mitochondrien – Transfer – Protokoll wird hier für GSCs angepasst, die die spezifische Besonderheit der wachsenden als Neurosphären in vitro präsentieren. Die Übertragung der isolierten Mitochondrien kann durch fluoreszenzaktivierte Zellsortierung (FACS) und konfokaler Bildgebung Mitochondrien Vitalfarbstoffen verfolgt werden. Die Verwendung von Mitochondrien Donor- und Zielzellen mit unterschiedlichen Haplotypen (SNPs) ermöglicht auch Detektion der übertragenen basierend Mitochondrien von der Konzentration ihrer Kreis mitochondriale DNA (mtDNA) in den Zielzellen. Sobald das Protokoll mit diesen Kriterien überprüft wurde, können die Zellen, die übertragenen Mitochondrien beherbergen die Wirkungen der exogenen Mitochondrien auf biologische Eigenschaften zu bestimmen, untersucht werden, wie beispielsweise Zellstoffwechsels, Plastizität, Proliferation und Ansprechen auf die Therapie.
Introduction
Mitochondrien sind Organellen in eukaryotischen Zellen zu finden, wo sie eine zentrale Rolle bei der Nährstoffaufnahme sowie in der Energie- und Stoffproduktion spielen. Diese Organellen enthalten Kreis mitochondriale DNA (mtDNA), 16,6 kb lang, die Proteine der Elektronentransportkette Komplexe, tRNAs und rRNAs 1 kodiert. Die Funktionalität dieser Organellen ist entscheidend für die Homöostase Zelle und mehreren Pathologien haben mit Mitochondrien – Dysfunktion 1, 2, 3 verbunden. Die Mitochondrien – Status hat , beispielsweise auf eine Entzündung, Infektionskrankheiten und Krebs in Verbindung gebracht worden, in diesem letzteren Fall mit Folgen für Metastasierung und Therapieresistenz 4, 5, 6, 7.
Mitochondria zeigen die bemerkenswerte Fähigkeit von Immer zwischen "Spender" und "Ziel" Zellen übertragen. Dies führt zu Änderungen im Energiestoffwechsel der Zielzellen sowie in andere funktionelle Modifikationen wie die Reparatur von Gewebe und Beständigkeit gegenüber chemotherapeutischen Mitteln, wie kürzlich von verschiedenen Laboratorien 8 gezeigt, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 , 16. Die humanen mesenchymalen Stammzellen (MSCs) zeigen diese Fähigkeit Mitochondrien zu einer Vielzahl von Zielzellen zu übertragen, einschließlich Kardiomyozyten, Endothelzellen, Lungen alveolaren Epithelzellen, renale tubuläre Zellen und Krebszellen, Änderungen der funktionellen Eigenschaften dieser Zellen führt 8,> 9, 10, 12, 17, 18.
Mitochondria Austausch erscheint nun als weit verbreiteter Mechanismus, der eine Reihe von verschiedenen Zelltypen ermöglicht, miteinander und ändern ihre biologischen Eigenschaften zu kommunizieren. Diese Mitochondrien Austausch kann Tunneling – Nanoröhrchen (TNT) Bildung kommen durch, an denen Connexin 43 enthaltenden gap junctions 8 oder M-Sec / TNFaip2 und die Exocyst Komplex 19. Alternativ wurde die Mitochondrien Übertragung auch durch Arrestin domain-containing protein 1-vermittelten Mikrovesikel (ARMMs) 20 vermittelt gezeigt werden. Interessanterweise wurde die Wirksamkeit der Mitochondrien Übertragung auf die Expressionsrate des Rho – GTPase 1 Miro1 21 verbunden ist , ein Schlüsselfaktor zur Erklärung der Unterschiede in den Mitochondrien Transfer Wirksamkeiten zwischen iPSC-MSCs und Erwachsenen BM-MSCs 22.
Trotz dieser Vielzahl von Daten über Zell-zu-Zell-Mitochondrien Austausch wird relativ wenig über die metabolischen und biologischen Ergebnisse dieser Mitochondrien Übertragung bekannt. Daher voll es garantiert, dass die entsprechenden Tools einrichten, um vollständig die biologischen Wirkungen dieser Übertragung beurteilen. Im Laufe der Jahre auf mehrere technische Ansätze Mitochondrien von Spender zu Akzeptor-Zellen übertragen wurden vorgeschlagen. Dazu gehören die direkte Injektion von Mitochondrien in Oozyten 23, 24, 25, Zellfusion transmitochondrial cybrids 26, 27 zu erzeugen , und in jüngster Zeit , die Übertragung von isolierten Mitochondrien Lichtwärmeumsetzmaterial Verwendung nanoblades 28.
Wir und andere haben bereits gezeigt, die Fähigkeit von isolierten mitochondria durch lebende Zellen internalisiert zu werden, sowohl in vitro als auch in vivo als beobachtet 29, 30, 31, durch Mechanismen vorgeschlagen Makropinozytose 32 einzubeziehen. Wir entwickelten außerdem ein Verfahren, genannt MitoCeption, quantitativ zu isolierten Mitochondrien übertragen (von MSCs) an die Zielzellen, wie mit dem (adhärenten) beispielhaft MDA-MB-231 Brustkrebszelllinie 31. Dieses Protokoll wurde hier für die Übertragung von isolierten humanen MSC Mitochondrien Glioblastom Stammzellen (GSCs) angepasst ist.
Glioblastome sind aggressive bösartige Tumoren des Gehirns, die sich schnell auf die Behandlung resistent werden, vor allem wegen Glioblastom Stammzellen (GSC) , die innerhalb des Tumors 33. Diese GSCs wachsen als Neurosphären in vitro und erzeugen Tumoren in Xenotransplantatmodellen. Krebszellen innerhalb Glioblastom haben dieKapazitäts Zell-zu-Zell Verbindungen herzustellen, wie kürzlich für Astrozyten Gehirntumorzellen gezeigt , die Zwischenverbindung über erweiterte Mikroröhrchen, durch die Mitochondrien (sowie Calcium und Zellkerne) wandern kann, was zu einer Strahlentherapie festen Astrozytom Netzwerke 34. Glioblastom können viele verschiedene Zellen innerhalb der Tumor – Mikroumgebung rekrutieren, darunter MSCs 35, 36. Wir haben gezeigt, dass MSCs können Zell-Zell-Verbindungen mit GSCs in Co-Kultur machen und übertragen ihre Mitochondrien (Daten nicht gezeigt), die voraussichtlich GSC funktionelle Eigenschaften zu modifizieren. Das vorliegende Protokoll beschreibt, wie die MitoCeption Technik Mitochondrien, isoliert vorher aus menschlichen MSCs, die menschliche GSCs mit dem Zweck zu übertragen verwendet werden können, deren funktionelle biologische Ergebnis zu bestimmen. Die multi- und hoch tumorigenen Gb4 GSC Linie 37 wurde in dieser Studie verwendet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Eine wachsende Zahl von Studien zeigen, dass Zellen, die Mitochondrien austauschen können, und dass diese Mitochondrien haben tiefgreifende Auswirkungen auf die Zielzellstoffwechsel und Funktionen. Daher ist es wichtig, die Werkzeuge, zu beherrschen, um quantitativ die Mitochondrien aus den Spenderzellen zu diesen Zielzellen übertragen, um eine genaue Untersuchung ihrer biologischen Wirkungen zu ermöglichen.
Das hier beschriebene Protokoll wurde ursprünglich Mitochondrien zu übertragen …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken Andrea Parmeggiani (L2C und DIMNP, Montpellier), Benoit Charlot (IES, Montpellier) sowie Mitglieder des Labors für hilfreiche Diskussionen, Christophe Duperray für die Hilfe bei der FACS-Analyse, die Montpellier RIO Imaging Facility (MRT) für die Bereitstellung von eine angemessene Umgebung für FACS und konfokale Mikroskopie. BNM wurde durch ein Graduiertenstipendium von der LABEX Numev (convention ANR-10-LABX-20) unterstützt. AB von einem Bachelor-Stipendium der Universität Warschau und der Europäischen Union unterstützt wurde (n POKL.04.01.02-00-221 / 12 °). MLV ist ein wissenschaftlicher Mitarbeiter vom Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CNRS).
Materials
| Mitochondria Isolation Kit for Tissue | Fisher Scientific | 10579663 |
| N-2 Supplement (100X) | Fisher Scientific | 11520536 |
| B-27 Supplement W/O VIT A (50X) | Fisher Scientific | 11500446 |
| HBSS w/o Ca2+ w/o Mg2+ | Sigma | H4385 |
| poly Heme | Sigma | P3932 |
| aMEM w/o glutamine | Ozyme | BE12-169F |
| DMEM/F-12 without glutamine, | Fisher Scientific | 11540566 |
| L-Glutamine | Invitrogen | 25030-024 |
| Glucose | Sigma | G7021 |
| Insuline | Sigma | I 1882 |
| Human bFGF | R&D Systems | 233-FB-025 |
| Human EGF | Peprotech | AF-100-15 |
| Heparin | Sigma | H3149 |
| CaCl2 | MERCK | 2382 |
| Trypsine Inhibitor | Sigma | T9003 |
| DNase I | SIGMA | 10104159001 |
| Trypsine 0.25% /EDTA 1 mM | Invitrogen | 25200056 |
| Trypsin | Gibco | 15090-046 |
| Protease inhibitors EDTA free | Sigma | 4693159001 |
| Ciprofloxacine | Sigma | 17850-5G-F |
| Fungine | Invivogen | ant-fn-1 |
| Fungizone | Thermofisher | 15290018 |
| Gentamycin | Euromedex | EU0410 |
| MitoTracker Green FM | Molecular Probes | M7514 |
| MitoTracker Red CMXRos | Molecular Probes | M7512 |
| MitoTracker Deep Red FM | Molecular Probes | M22426 |
| CellTracker Green CMFDA | Molecular Probes | C7025 |
| CellTracker Blue CMF2HC | Molecular Probes | C12881 |
| RIPA | Santa Cruz | sc-24948 |
| FluoroDish Sterile Culture Dish | World Precision Instruments | FD35-100 |
| Hemacytometer | Fisher Scientific | 267110 |
| FACS tubes | Beckman Coulter | 2,523,749 |
| FACS apparatus | Gallios | 3L 10C |
| LC FAST START DNA MASTER PLUS | Roche | 3515885001 |
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