Effiziente Erzeugung Menschen induzierten pluripotenten Stammzellen aus menschlichen Körperzellen mit Sendai-Virus
Summary
Hier präsentieren wir unsere etablierte Methode zur menschlichen Körperzellen in gentechnikfreien menschlichen iPS-Zellen mit Sendai-Virus, das konsequente Ergebnis-und Effizienzsteigerung zeigt neu zu programmieren.
Abstract
Vor ein paar Jahren, die Einrichtung des menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen) in eine neue Ära in der Biomedizin eingeläutet. Mögliche Verwendung von menschlichen iPS-Zellen umfassen Modellierung Pathogenese der menschlichen genetischen Erkrankungen, autologe Zelltherapie nach der Gen-Korrektur und personalisierte Wirkstoff-Screening durch eine Quelle von Patienten-spezifischen und Symptom relevanten Zellen. Allerdings gibt es einige Hürden zu überwinden, wie die Beseitigung der verbleibenden Umprogrammierung Faktor Transgen-Expression nach menschlichen iPS-Zellen-Produktion. Noch wichtiger ist, könnte Rest Transgen-Expression in undifferenzierten menschlichen iPS richtige Differenzierungen behindern und verleiten die Auslegung von krankheitsrelevanten In-vitro-Phänotypen. Mit diesem Grund haben die Integration frei und / oder Transgen-freien menschlichen iPS-Zellen mit verschiedenen Methoden, wie z. B. Adenovirus, der piggyBac System, Minicircle-Vektor, episomaler Vektoren, direkte Lieferung Protein entwickelt und synthetisiert mRNA. Jedoch Effizienz reprogrammierung mit Integration freie Verfahren ist in den meisten Fällen sehr gering.
Hier präsentieren wir eine Methode, um menschliche iPS-Zellen unter Verwendung von Sendai-Virus (RNA-Virus) auf der Basis Umprogrammierung System zu isolieren. Diese Umprogrammierung Methode zeigt, konsistente Ergebnisse und eine hohe Effizienz in kostengünstiger Weise.
Introduction
Menschliche embryonale Stammzellen (hES-Zellen) haben eine Kapazität zur Selbsterneuerung in vitro und haben Pluripotenz, die potenziell nützlich für Krankheit Modellierung sein könnte, für Wirkstoff-Screening, und zellbasierte Therapien zu entwickeln, um Krankheiten und Gewebeverletzungen zu behandeln. Allerdings haben hESCs eine Beschränkung für die Zell-Ersatztherapie wegen der immunologischen, onkologischen und ethischen Schranken, und im Zusammenhang mit Krankheit Gene studieren, konnte krankheitsspezifische hESCs durch Präimplantations-Diagnostik (PID) Ansätze isoliert werden, aber es ist immer noch eine technische Herausforderung und die Embryo-Spenden sind ziemlich selten. Diese Fragen werden an die Fortschritte in der Stammzellbiologie, die zur Entwicklung von induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSCs) geführt hat, zusammen.
Menschliche iPS sind genetisch aus menschlichen adulten somatischen Zellen umprogrammiert und Hafen pluripotente Stammzelle-ähnliche Funktionen ähnlich hESCs, der sie macht eine nützliche Quelle für die regenerative Medizin wie dTeppich Entdeckung, Krankheit Modellierung und Zelltherapie in Patienten-spezifischen Weise 1,2.
Bis jetzt gibt es mehrere Methoden, um menschliche iPS-Zellen zu generieren, einschließlich Virus-vermittelte (Retrovirus und Adenovirus) 3, nicht-Virus-vermittelte (BAC-System und Vektoren Transfektion) 4-Gen Transduktionen und Protein-Liefersystem 7.5.
Obwohl eine Lieferung von Virus-vermittelte Gene können ein gewisses Maß an Effizienz zu gewährleisten, konnte virale Vektoren genetischen Fußabdruck zu verlassen, weil sie in Wirts Chromosomen zu integrieren, um eine Anpassung Gene unkontrolliert auszudrücken. Selbst wenn virale Integration Transkriptionsfaktoren aktivieren oder inaktivieren Wirtsgene 8 kann eine unerwartete genetische Aberration und das Risiko von Tumorgenese 5,9 verursachen. Auf der anderen Seite wurden die direkte Einführung von Proteinen oder RNA in somatische Zellen berichtet, haben aber einige Nachteile, wie arbeitsintensiv, wiederholt transfbschnitt, und niedrige Niveau der Umprogrammierung 7,10. Auch episomal und nicht-integrierenden Adenovirus, Adeno-assoziiertes Virus und Plasmid-Vektoren sind noch relativ weniger effizient 11. Aus diesen Gründen ist es plausibel, Nicht-Integration Umprogrammierung Verfahren mit hoher Wirksamkeit iPSC Erzeugung und weniger genetische Anomalien zu wählen. In dieser Studie verwenden wir ein Sendai-Virus-basierten Neuprogrammierung. Diese Methode ist bekannt, dass in das Wirtsgenom nicht integrierten und konsequent produziert menschlichen iPS-Zellen ohne Transgen-Integrationen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Reprogrammierung menschlicher Körperzellen zu hiPSCs hält beispiellosen Versprechungen in Grundlagen der Biologie, persönliche Medizin, Transplantation und 12. Zuvor benötigte menschlichen iPS Generationen DNA-Virus, das Integrationsrisiko in das Wirtsgenom, die unerwünschte genetische Mutationen, die weitere klinische Anwendungen wie Arzneimittelentwicklung und Transplantationstherapien 13 begrenzen erstellen hat. Mit aus diesem Grund haben viele Studien wurde berichtet, Vektor-und gentechnik…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir möchten den Mitgliedern des Lee-Labor für wertvolle Diskussionen zum Manuskript danken. Die Arbeit im Labor Lee wurde durch Zuschüsse von Robertson Investigator Award der New York Stem Cell Foundation und von Maryland Stem Cell Research Fund (TEDCO) unterstützt.
Materials
| CytoTune-iPS Reprogramming Kit | invitrogen | A1378002 | |
| CF-6,MEFs, neomycin-resistant, mitomycin C treated | Global stem | GSC-6105M | 5X105/6cm or 12.5X105/24 well plate |
| Trypsin EDTA 0.25% Trypsin with EDTA 4Na 1X | invitrogen | 25200114 | |
| DMEM/F-12 medium | invitrogen | 11330-032 | |
| 24-well Cell Culture Plate, flat-bottom with lid | BD | 353935 | |
| Y-27632 | TOCRIS | 1254 | 10 uM (Stock: 10 mM) |
| basic fibroblast growth factor | LIFE TECHNOLOGIES | PHG0263 | 10 ng (Stock : 100 ug) |
| Knock-out serum replacement | Gibco | 10828028 | |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium (D-MEM, DMEM) (1X), liquid (high glucose) | invitrogen | 11965118 | |
| Fetal bovine serum | Thermo Scientific Fermentas | SH30071.03 | |
| L-Glutamine-200 mM (100X), liquid | GIBCO | 25030-081 | 1/100 |
| MEM Non-Essential Amino Acids Solution, 100X | LIFE TECHNOLOGIES | 11140050 | 1/100 |
| 2-Mercaptoethanol (1,000X), liquid | GIBCO | 21985023 | 1/1000 |
| Hausser Phase Contrast Hemacytometers | Hausser Scientific | 02-671-54 | |
| EmbryoMax 0.1% Gelatin Solution | Millipore | ES-006-B | |
| SSEA-4 | DSHB | MC-813-70 | 1/200 |
| anti-Tra-1-81 | cell signaling | 4745S | 1/200 |
| mouse monoclonal Oct4 antibody | Santa Cruz | SC-5279 | 1/1000 |
| Nanog | R&D | AF1997 | 1/1000 |
| Alexa Flouor 488 goat anti-mouse | invitrogen | 948492 | 1/2000 |
| DPBS (Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline), 1X without calcium & magnesium | cellgro | 21-031-CV | |
| QuantiTect Reverse Transcription Kit | QIAGEN | 205313 | |
| PCR Master Mix [2X] | Thermo Scientific Fermentas | K0171 | |
| Trizol | invitrogen | 15596018 | |
| picking hood | NuAire | NU-301 | |
| dissecting scope | Nikon | SMZ745 |
Riferimenti
- Yu, J., et al. Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells. Science. 318, 1917-1920 (2007).
- Okita, K., Nakagawa, M., Hyenjong, H., Ichisaka, T., Yamanaka, S. Generation of mouse induced pluripotent stem cells without viral vectors. Science. 322, 949-953 (2008).
- Zhou, W., Freed, C. R. Adenoviral gene delivery can reprogram human fibroblasts to induced pluripotent stem cells. Stem Cells. 27, 2667-2674 (2009).
- Woltjen, K., et al. piggyBac transposition reprograms fibroblasts to induced pluripotent stem cells. Nature. 458, 766-770 (2009).
- Okita, K., et al. A more efficient method to generate integration-free human iPS cells. Nature Methods. 8, 409-412 (2011).
- Yusa, K., Rad, R., Takeda, J., Bradley, A. Generation of transgene-free induced pluripotent mouse stem cells by the piggyBac transposon. Nature Methods. 6, 363-369 (2009).
- Kim, D., et al. Generation of human induced pluripotent stem cells by direct delivery of reprogramming proteins. Cell Stem Cell. 4, 472-476 (2009).
- Yu, J., et al. Human induced pluripotent stem cells free of vector and transgene sequences. Science. 324, 797-801 (2009).
- Okita, K., Ichisaka, T., Yamanaka, S. Generation of germline-competent induced pluripotent stem cells. Nature. 448, 313-317 (2007).
- Yoshioka, N., et al. Efficient Generation of Human iPSCs by a Synthetic Self-Replicative RNA. Cell Stem Cell. 13, 246-254 (2013).
- Dowey, S. N., Huang, X., Chou, B. K., Ye, Z., Cheng, L. Generation of integration-free human induced pluripotent stem cells from postnatal blood mononuclear cells by plasmid vector expression. Nature Protocols. 7, 2013-2021 (2012).
- Fluri, D. A., et al. Derivation, expansion and differentiation of induced pluripotent stem cells in continuous suspension cultures. Nature Methods. 9, 509-516 (2012).
- Nakagawa, M., et al. Generation of induced pluripotent stem cells without Myc from mouse and human fibroblasts. Nature Biotechnology. 26, 101-106 (2008).
- Fusaki, N., Ban, H., Nishiyama, A., Saeki, K., Hasegawa, M. Efficient induction of transgene-free human pluripotent stem cells using a vector based on Sendai virus, an RNA virus that does not integrate into the host genome. P Jpn Acad B-Phys. 85, 348-362 .
- Silva, S. S., Rowntree, R. K., Mekhoubad, S., Lee, J. T. X-chromosome inactivation and epigenetic fluidity in human embryonic stem cells. P Natl Acad Sci USA. 105, 4820-4825 (2008).
- Kim, H., et al. miR-371-3 expression predicts neural differentiation propensity in human pluripotent stem cells. Cell Stem Cell. 8, 695-706 (2011).
