Proliferation och differentiering av murina myeloiska föregångare 32D/G-CSF-R celler
Summary
Här presenteras detaljerade protokoll för odling av murina myeloiska föregångare 32D/G-CSF-R cellinje, utför virusinfektioner och utför proliferation och differentiering analyser. Denna cellinje är lämplig för att studera myeloida cell utveckling, och rollen av gener av intresse i myeloisk celltillväxt och neutrofil differentiering.
Abstract
Förståelse av hematopoetiska stamceller och stamceller cellbiologi har viktiga konsekvenser för regenerativ medicin och behandling av hematologiska sjukdomar. Trots de mest relevanta data som kan förvärvas med i vivo modeller eller primära kulturer, begränsar låga överflödet av hematopoetiska stamceller och stamceller celler avsevärt poolen av lämpliga tekniker för sin utredning. Därför, användningen av cellinjer tillåter tillräcklig produktion av biologiskt material för utförandet av filmvisningar eller analyser som kräver stora cell nummer. Här presenterar vi en detaljerad beskrivning, avläsning och tolkning av proliferation och differentiering analyser som används för utredning av processer för myelopoiesis och neutrofil differentiering. Dessa experiment anställa 32D/G-CSF-R cytokin beroende murina myeloiska celler linjen, som besitter förmågan att föröka sig i närvaro av IL-3 och differentiera i G-CSF. Vi tillhandahåller optimerade protokoll för hantering av 32D/G-CSF-R celler och diskutera viktiga fallgropar och nackdelar som skulle kunna äventyra den beskrivna analyser och förväntade resultat. Denna artikel innehåller dessutom protokoll för lentiviral och retrovirala produktion, titrering och transduktion 32D/G-CSF-R celler. Vi visar att genmanipulation av dessa celler kan användas för att framgångsrikt utföra funktionella och molekylära studier, som kan komplettera resultaten med primära hematopoetiska stamceller och stamceller celler eller i vivo modeller.
Introduction
Hematopoetiska stamceller och stamceller befolkningen levererar organismen med ett stort utbud av mogna celler, inklusive celler från myeloisk härstamning (neutrofiler, eosinofiler, basofiler och monocyter). Processen som driver produktion av myeloida celler från hematopoetiska stamceller kallas myelopoiesis, och tillräcklig produktion av mogen myeloida celler som svar på förändrade krav är en förutsättning för korrekt coping av organismen med stress förhållanden, såsom infektioner och blodförlust. Otillräcklig produktion av mogen myeloida celler kan leda till oförmåga att eliminera patogener, minskad koagulation och andra livshotande tillstånd1,2. Dessutom kan förändringar i myeloisk härstamning utveckling också vara associerade med hematologiska maligniteter, såsom akut myeloisk leukemi (AML)3. Förändringar i myelopoiesis kan uppstå på grund av olika skäl, såsom fel i cell surface receptorer4, förändrat uttryck av transkription faktorer5, nedsatt signalering vägar6, mutationer resulterar i bildandet / aktivering av onkogener7eller inaktivering av tumör suppressor gener8.
Olika metoder har utvecklats för att studera myeloisk utveckling och bedöma effekten av specifika genetiska förändringar i denna process. Gemensamma metoder för att studera myelopoiesis involverar primärceller och transgena möss. Om dessa modeller tillåter förvärv av biologiskt relevanta data, har de vissa begränsningar. Användning av primära celler påträffar ett begränsat antal celler och en begränsad period av kultur, förträngning möjligheterna att påverka genuttryck och efterföljande biologisk eller biokemisk analys. Transgena möss är kostsamma och kräver en rimlig grad av biologiska skäl. Arbeta med i vivo modeller lägger dessutom till en grad av komplexitet till förstå rollen som en gen av intresse för en viss process. Därför behövs alternativa sätt att kringgå dessa begränsningar. Cellinjer har obestridliga fördelar: (1) de har obegränsad spridning kapacitet som gör att generera tillräckligt med material för biokemiska och biologiska studier, (2) de är mottagliga för genetiska manipulationer (knockdown, knockout, överuttryck), (3) kostnaden är relativt låg, och (4) de tillåter en viss grad av biologiska förenkling krävs i vissa experimentella metoder.
Den föräldra IL-3 (Interleukin-3) beroende 32D cellinje grundades 1983 av Greenberger och kollegor av infektion i benmärgsceller från C3H/HeJ möss med vän murina leukemi virus9. Flera 32D kloner har beskrivits i litteraturen: cl-239, cl-310och cl-1011. 32D cl-3 cellerna visades att föröka i IL-3 och genomgå neutrofil differentiering vid behandling med granulocytkolonistimulerande stimulering faktor (G-CSF)10. Tvärtom 32D cl-10 celler, samtidigt vara IL-3 anhörigen, ursprungligen inte skilja i G-CSF behandlingssvaret. 1995 sensorik gruppen av Dr. Ivo Touw retrovirally 32D cl-10 celler med vildtyp och muterade former av G-CSF-receptorn (G-CSF-R), för att identifiera funktionellt viktiga regioner av denna receptor11. Denna studie resulterade i generation av 32D/G-CSF-R cellerna, vilket är på samma sätt beroende av IL-3, men inom 6 till 10 dagar efter byte av IL-3 med G-CSF, stoppa celler för att föröka sig och differentiera irreversibelt till mogna neutrofiler. Dessa egenskaper gör 32D cl-3 och 32D/G-CSF-R celler förenklade modeller av murina neutrofil differentiering som kan moduleras av två väldefinierade tillväxt och differentiering faktorer – IL-3 och G-CSF. Under de senaste decennierna har flera grupper använt 32D/G-CSF-R celler för att studera rollen av vissa gener i proliferation och differentiering av myeloida celler i kultur12,13,14,15 , 16, och att studera G-CSF signalering17,18. Ännu viktigare, de resultat som erhålls med hjälp av denna cellinje korrelerade med data som erhållits med primära celler och transgena möss16,19,20,21. Följaktligen anser vi att 32D/G-CSF-R celler, ett allmänt använt och väletablerad modell, utgör ett värdefullt system att studera myeloisk differentiering som kan användas parallellt med andra metoder att ta itu med denna fråga.
Här, detaljerade protokoll som beskriver hanteringen av de 32D/G-CSF-R cellinje, där locket expansion, differentiering och bedömning av proliferation och differentiering av dessa celler presenteras. Detaljerad information för genetisk modifiering av 32D/G-CSF-R celler, antingen genom retrovirala eller lentiviral transduktion, samt protokoll för virustitrering tillhandahålls. Dessutom finns flera representativa resultat som visar potentiella tillämpningar av 32D/G-CSF-R celler.
Protocol
Representative Results
Discussion
Valet av en experimentell modell är en av de viktigaste frågorna i forskning. Även om primära djurs och människors celler tros producera mest biologiskt relevanta data, dessa modeller kan innebära etiska betänkligheter och förknippas ofta med dyra eller sofistikerade isolering/odling förfaranden. Primära celler är begränsade i antal och det är svårt att genetiskt manipulera dem. Dessutom utgör primära celler en heterogen befolkning består av olika celltyper som kan komplicera data tolkning<sup class="xre…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna vill tacka Prof. Ruud Delwel och Prof. Ivo Touw för att förse oss med 32D/G-CSF-R cell-linjen, och Prof. Daniel G. Tenen för att förse oss med raden Bosc23 cell. Detta arbete stöds av bidrag för Grant byrån i Tjeckien (GACR 15-03796S och GACR 17-02177S) till MA-J, stöd från Institutet för molekylär genetik av den tjeckiska vetenskapsakademin (RVO 68378050) till MA-J, ett GA UK stipendium (projekt nr 341015) från Charles University i Prag till MK och en GA UK fellowship (projekt nr 1278217) från Charles University i Prag till PD.
Materials
| RPMI 1640 powder medium | Merck, Kenilworth, NJ, USA | T 121-10 | without NaHCO3, with L-glutamine |
| DMEM | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA | 15028 | |
| Opti-MEM I Reduced Serum Medium | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA | 31985-047 | L-Glutamine, Phenol Red |
| Fetal bovine serum (FBS) | PAA Laboratories (GE Healthcare,Chicago, IL, USA) | MT35011CV | For differentiation of 32D/G-CSF-R cells |
| Fetal bovine serum (FBS) | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA | 10270 | Used for culturing HEK293T, NIH3T3, BOSC23 cells |
| Penicillin | Sigma-Aldrich (Merck, Kenilworth, NJ, USA) | P3032 | |
| Streptomycin | Sigma-Aldrich (Merck, Kenilworth, NJ, USA) | S9137 | Streptomycin sulfate salt powder |
| Gentamicin | Sigma-Aldrich (Merck, Kenilworth, NJ, USA) | G1914 | |
| murine IL-3 | PeproTech, Rocky Hill, NJ, USA | 213-13 | |
| human G-CSF | PeproTech, Rocky Hill, NJ, USA | 300-23 | |
| Polyethylenimine | Polyscience, Warrington, PA, USA | 23966 | Linear, MW 25,000 (PEI 25000) |
| Polybrene | Sigma-Aldrich (Merck, Kenilworth, NJ, USA) | H9268 | |
| Trypsin | VWR Chemicals, Radnor, PA, USA | 0458 | |
| EDTA | Sigma-Aldrich (Merck, Kenilworth, NJ, USA) | E5134 | |
| Crystal violet | Sigma-Aldrich (Merck, Kenilworth, NJ, USA) | C0775 | |
| Trypan blue | Sigma-Aldrich (Merck, Kenilworth, NJ, USA) | T6146 | |
| Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich (Merck, Kenilworth, NJ, USA) | D2650 | |
| May-Grünwald Giemsa | DiaPath, Martinengo, BG, Italy | 10802 |
Riferimenti
- Bonilla, M. A., et al. Effects of recombinant human granulocyte colony-stimulating factor on neutropenia in patients with congenital agranulocytosis. N Engl J Med. 320 (24), 1574-1580 (1989).
- Bennett, C. L., Djulbegovic, B., Norris, L. B., Armitage, J. O. Colony-stimulating factors for febrile neutropenia during cancer therapy. N Engl J Med. 368 (12), 1131-1139 (2013).
- Lowenberg, B., Downing, J. R., Burnett, A. Acute myeloid leukemia. N Engl J Med. 341 (14), 1051-1062 (1999).
- Dong, F., et al. Identification of a nonsense mutation in the granulocyte-colony-stimulating factor receptor in severe congenital neutropenia. Proc Natl Acad Sci U S A. 91 (10), 4480-4484 (1994).
- Rosenbauer, F., Tenen, D. G. Transcription factors in myeloid development: balancing differentiation with transformation. Nat Rev Immunol. 7 (2), 105-117 (2007).
- Kota, J., Caceres, N., Constantinescu, S. N. Aberrant signal transduction pathways in myeloproliferative neoplasms. Leukemia. 22 (10), 1828-1840 (2008).
- Kvinlaug, B. T., et al. Common and overlapping oncogenic pathways contribute to the evolution of acute myeloid leukemias. Cancer Res. 71 (12), 4117-4129 (2011).
- Krug, U., Ganser, A., Koeffler, H. P. Tumor suppressor genes in normal and malignant hematopoiesis. Oncogene. 21 (21), 3475-3495 (2002).
- Greenberger, J. S., Sakakeeny, M. A., Humphries, R. K., Eaves, C. J., Eckner, R. J. Demonstration of permanent factor-dependent multipotential (erythroid/neutrophil/basophil) hematopoietic progenitor cell lines. Proc Natl Acad Sci U S A. 80 (10), 2931-2935 (1983).
- Valtieri, M., et al. Cytokine-dependent granulocytic differentiation. Regulation of proliferative and differentiative responses in a murine progenitor cell line. J Immunol. 138 (11), 3829-3835 (1987).
- Dong, F., et al. Mutations in the gene for the granulocyte colony-stimulating-factor receptor in patients with acute myeloid leukemia preceded by severe congenital neutropenia. N Engl J Med. 333 (8), 487-493 (1995).
- Jorda, M. A., Lowenberg, B., Delwel, R. The peripheral cannabinoid receptor Cb2, a novel oncoprotein, induces a reversible block in neutrophilic differentiation. Blood. 101 (4), 1336-1343 (2003).
- Jorda, M. A., et al. Hematopoietic cells expressing the peripheral cannabinoid receptor migrate in response to the endocannabinoid 2-arachidonoylglycerol. Blood. 99 (8), 2786-2793 (2002).
- Abbas, S., et al. Integrated genome-wide genotyping and gene expression profiling reveals BCL11B as a putative oncogene in acute myeloid leukemia with 14q32 aberrations. Haematologica. 99 (5), 848-857 (2014).
- Zhuang, D., Qiu, Y., Kogan, S. C., Dong, F. Increased CCAAT enhancer-binding protein epsilon (C/EBPepsilon) expression and premature apoptosis in myeloid cells expressing Gfi-1 N382S mutant associated with severe congenital neutropenia. J Biol Chem. 281 (16), 10745-10751 (2006).
- Zjablovskaja, P., et al. EVI2B is a C/EBPalpha target gene required for granulocytic differentiation and functionality of hematopoietic progenitors. Cell Death Differ. 24 (4), 705-716 (2017).
- Santini, V., et al. The carboxy-terminal region of the granulocyte colony-stimulating factor receptor transduces a phagocytic signal. Blood. 101 (11), 4615-4622 (2003).
- Liu, H., Qiu, Y., Xiao, L., Dong, F. Involvement of protein kinase Cepsilon in the negative regulation of Akt activation stimulated by granulocyte colony-stimulating factor. J Immunol. 176 (4), 2407-2413 (2006).
- Kelly, L. M., et al. FLT3 internal tandem duplication mutations associated with human acute myeloid leukemias induce myeloproliferative disease in a murine bone marrow transplant model. Blood. 99 (1), 310-318 (2002).
- Pikman, Y., et al. MPLW515L is a novel somatic activating mutation in myelofibrosis with myeloid metaplasia. PLoS Med. 3 (7), e270 (2006).
- Schwaller, J., et al. Transformation of hematopoietic cell lines to growth-factor independence and induction of a fatal myelo- and lymphoproliferative disease in mice by retrovirally transduced TEL/JAK2 fusion genes. EMBO J. 17 (18), 5321-5333 (1998).
- Drobek, A., et al. PSTPIP2, a Protein Associated with Autoinflammatory Disease, Interacts with Inhibitory Enzymes SHIP1 and Csk. J Immunol. 195 (7), 3416-3426 (2015).
- Naviaux, R. K., Costanzi, E., Haas, M., Verma, I. M. The pCL vector system: rapid production of helper-free, high-titer, recombinant retroviruses. J Virol. 70 (8), 5701-5705 (1996).
- Alberich-Jorda, M., et al. C/EBPgamma deregulation results in differentiation arrest in acute myeloid leukemia. J Clin Invest. 122 (12), 4490-4504 (2012).
- Calabretta, B., Perrotti, D. The biology of CML blast crisis. Blood. 103 (11), 4010-4022 (2004).
- Ren, R. Mechanisms of BCR-ABL in the pathogenesis of chronic myelogenous leukaemia. Nat Rev Cancer. 5 (3), 172-183 (2005).
- Schuster, C., et al. The effects of Bcr-Abl on C/EBP transcription-factor regulation and neutrophilic differentiation are reversed by the Abl kinase inhibitor imatinib mesylate. Blood. 101 (2), 655-663 (2003).
- Chang, J. S., et al. High levels of the BCR/ABL oncoprotein are required for the MAPK-hnRNP-E2 dependent suppression of C/EBPalpha-driven myeloid differentiation. Blood. 110 (3), 994-1003 (2007).
- Velten, L., et al. Human haematopoietic stem cell lineage commitment is a continuous process. Nat Cell Biol. 19 (4), 271-281 (2017).
- Jorda, M. A., Rayman, N., Valk, P., De Wee, E., Delwel, R. Identification, characterization, and function of a novel oncogene: the peripheral cannabinoid receptor Cb2. Ann N Y Acad Sci. 996, 10-16 (2003).
- Wurm, A. A., et al. Disruption of the C/EBPalpha-miR-182 balance impairs granulocytic differentiation. Nat Commun. 8 (1), 46 (2017).
- Agliano, A. M., et al. On chromosomal instability: what is the karyotype of your 32D CI3 cell line. Blood. 95 (11), 3636-3637 (2000).
- Wang, G. G., et al. Quantitative production of macrophages or neutrophils ex vivo using conditional Hoxb8. Nat Methods. 3 (4), 287-293 (2006).
- Houston, I. B., Huang, K. J., Jennings, S. R., DeKoter, R. P. PU.1 immortalizes hematopoietic progenitors in a GM-CSF-dependent manner. Exp Hematol. 35 (3), 374-384 (2007).
- Calvo, K. R., Sykes, D. B., Pasillas, M., Kamps, M. P. Hoxa9 immortalizes a granulocyte-macrophage colony-stimulating factor-dependent promyelocyte capable of biphenotypic differentiation to neutrophils or macrophages, independent of enforced meis expression. Mol Cell Biol. 20 (9), 3274-3285 (2000).
- Calvo, K. R., Sykes, D. B., Pasillas, M. P., Kamps, M. P. Nup98-HoxA9 immortalizes myeloid progenitors, enforces expression of Hoxa9, Hoxa7 and Meis1, and alters cytokine-specific responses in a manner similar to that induced by retroviral co-expression of Hoxa9 and Meis1. Oncogene. 21 (27), 4247-4256 (2002).
- Fossati-Jimack, L., et al. Phagocytosis is the main CR3-mediated function affected by the lupus-associated variant of CD11b in human myeloid cells. PLoS One. 8 (2), e57082 (2013).
- Schwable, J., et al. RGS2 is an important target gene of Flt3-ITD mutations in AML and functions in myeloid differentiation and leukemic transformation. Blood. 105 (5), 2107-2114 (2005).
- Worch, J., et al. The serine-threonine kinase MNK1 is post-translationally stabilized by PML-RARalpha and regulates differentiation of hematopoietic cells. Oncogene. 23 (57), 9162-9172 (2004).
- Rowley, J. D. Letter: A new consistent chromosomal abnormality in chronic myelogenous leukaemia identified by quinacrine fluorescence and Giemsa staining. Nature. 243 (5405), 290-293 (1973).
- Stam, K., et al. Evidence of a new chimeric bcr/c-abl mRNA in patients with chronic myelocytic leukemia and the Philadelphia chromosome. N Engl J Med. 313 (23), 1429-1433 (1985).
- Holly, S. P., Larson, M. K., Parise, L. V. The unique N-terminus of R-ras is required for Rac activation and precise regulation of cell migration. Mol Biol Cell. 16 (5), 2458-2469 (2005).
- Pierce, J. H., et al. Macrophage-colony-stimulating factor (CSF-1) induces proliferation, chemotaxis, and reversible monocytic differentiation in myeloid progenitor cells transfected with the human c-fms/CSF-1 receptor cDNA. Proc Natl Acad Sci U S A. 87 (15), 5613-5617 (1990).
- Pierce, J. H., et al. Signal transduction through the EGF receptor transfected in IL-3-dependent hematopoietic cells. Science. 239 (4840), 628-631 (1988).
- Oomen, S. P., et al. Somatostatin modulates G-CSF-induced but not interleukin-3-induced proliferative responses in myeloid 32D cells via activation of somatostatin receptor subtype 2. Hematol J. 2 (5), 322-329 (2001).
- Oomen, S. P., et al. Somatostatin is a selective chemoattractant for primitive (CD34(+)) hematopoietic progenitor cells. Exp Hematol. 30 (2), 116-125 (2002).
- Nogami, A., et al. FLT3-ITD confers resistance to the PI3K/Akt pathway inhibitors by protecting the mTOR/4EBP1/Mcl-1 pathway through STAT5 activation in acute myeloid leukemia. Oncotarget. 6 (11), 9189-9205 (2015).
- Rodel, J. E., Link, D. C. Suppression of apoptosis during cytokine deprivation of 32D cells is not sufficient to induce complete granulocytic differentiation. Blood. 87 (3), 858-864 (1996).
- Daley, G. Q., Baltimore, D. Transformation of an interleukin 3-dependent hematopoietic cell line by the chronic myelogenous leukemia-specific P210bcr/abl protein. Proc Natl Acad Sci U S A. 85 (23), 9312-9316 (1988).
