Directo linaje reprogramación de fibroblastos de ratón adulto a progenitores eritroides
Summary
Presentamos nuestro protocolo para producir inducida por progenitores eritroides (iEPs) de fibroblastos adultos ratón usando transcripción basada en el factor dirigen linaje reprogramación (DLR).
Abstract
Diferenciación y compromiso de la célula eritroide proceden a través de la activación de una red transcripcional restringida linaje orquestada por un grupo de destino de la célula determinar y factores de maduración. Nos propusimos previamente para definir el conjunto mínimo de factores necesarios para instruir el desarrollo de glóbulos rojos con linaje directo la reprogramación de fibroblastos en inducido progenitores/los precursores eritroides (iEPs). Hemos demostrado que la sobreexpresión de Gata1, Tal1, Lmo2y c-Myc (GTLM) pueden rápidamente convertir murinas y humanas fibroblastos directamente al iEPs que se asemejan a las células eritroides de bona fide en términos de morfología, fenotipo, y expresión génica. Pretendemos que el iEPs proporcionará una valiosa herramienta para estudiar la regulación sino la eritropoyesis y de la célula. Aquí describimos el proceso gradual de conversión de fibroblastos de ratón cola punta en iEPs mediante transcripción basada en el factor directo linaje reprogramación (DLR). En este ejemplo, realizamos la reprogramación de fibroblastos de ratones de seguimiento del linaje eritroide que expresan la proteína amarilla fluorescente (YFP) bajo el control del promotor del gene (EpoR) receptor eritropoyetina, lo que permite la visualización de células eritroides inducción de destino sobre la reprogramación. Siguiendo este protocolo, pueden ser reprogramados fibroblastos en iEPs dentro de cinco a ocho días.
Mientras que todavía pueden introducirse mejoras al proceso, mostramos que GTLM-mediada reprogramación es un proceso rápido y directo, produciendo células con propiedades de buena fe las células progenitoras y precursoras eritroides.
Introduction
Glóbulos rojos (gr) son esenciales en todos los vertebrados y conforman el 84% de todas las células del cuerpo humano1. De embrión a la vida adulta, nuestra salud es altamente dependiente de la exacta regulación de la homeostasis de la RBC. La continua producción de glóbulos rojos maduros en todo el desarrollo en la edad adulta se conoce como eritropoyesis. Un desafío importante en la investigación de la eritropoyesis es definir los principales reguladores que orquestan el desarrollo de la RBC y el interruptor entre eritropoyesis primitiva y definitiva. Reprogramación de linaje directo de progenitores eritroides presenta una oportunidad para entiendo eritroides desarrollo in vivo.
Linaje directo reprogramación (DLR), también conocido como transdiferenciación, es el proceso de reprogramación de un tipo de célula directamente a otro, evitando pluripotenciales y progenitoras multipotentes etapas. DLR hasta el momento se ha utilizado para producir numerosos tipos de células incluyendo nervios2, hematopoyética3,4,5, hepática6 y nefrótico7, las células progenitoras. Para los biólogos del desarrollo, DLR se ha convertido en una herramienta importante para interrogar aspectos de linaje compromiso y procesos de diferenciación terminal8,9. DLR puede complementar y reemplazar parcialmente en vivo estudios de mecanismos de comprensión del destino celular factores determinantes durante el desarrollo. El protocolo DLR para reprogramación de progenitores eritroides que se describe en este artículo proporciona el campo un método gratuito para estudios del desarrollo de la eritropoyesis.
Previamente hemos demostrado que la sobreexpresión de un cóctel de cuatro factores, GATA1, TAL1, LMO2 y c-MYC (GTLM), es suficiente para reprogramar fibroblastos murinos y humanos directamente a progenitores eritroides inducida (iEPs) 10. las células eritroides GTLM el reprogramado mucho se asemejan a bona fide primitivo eritroides progenitores en cuanto a morfología, fenotipo y gene expresión10. Así iEPs tienen una capacidad de proliferación limitada y madurar a eritrocitos nucleados similares a los producidos transitoriamente en el embrión antes del inicio de la eritropoyesis definitiva. Al hacer cambios en las condiciones de reprogramación (p. ej., mutaciones de punto en reprogramación factores o la adición de otros factores), uno puede entender cómo esto conduce a cambios en la diferenciación y desarrollo eritroide. Por ejemplo demostramos que además de Klf1 o Myb al cóctel GTLM cambia el patrón de expresión de la globina de predominantemente embrionario (primitivos) para principalmente adultos (definitivo). Este hallazgo corrobora la validez de la utilización de DLR como una herramienta para la definición de factores de desarrollo en la eritropoyesis.
Aquí, describimos el proceso de generar iEPs de fibroblastos de punta de cola de ratón (TTF). En nuestros resultados representativos, se realizó la reprogramación en fibroblastos de los ratones de seguimiento del linaje eritroide (Epor– Cre R26– eYFP) que expresan la proteína amarilla fluorescente (eYFP) desde el locus Rosa26 en todas las células que han expresado el receptor de eritropoyetina, lo que permite la fácil visualización del compromiso del linaje eritroide. Usando este método, YFP (EpoR +) las células positivas están presentes tan pronto como cinco días después de la transducción de señales. Este protocolo, por lo tanto, ofrece una técnica rápida y robusta para la generación de progenitores eritroides en vitro.
Protocol
Representative Results
Discussion
La sobreexpresión de un cóctel de cuatro factores, GATA1, TAL1, LMO2 y c-MYC (GTLM), es suficiente para reprogramar fibroblastos murinos y humanos directamente a iEPs10. Las células eritroides reprogramado mucho se asemejó a bona fide eritroides progenitores en cuanto a morfología, fenotipo, genes y capacidad formadora de colonias. Este hallazgo corrobora el fundamento de la utili…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos a Evelyn Wang y Gregory Hyde (Whitehead Institute, Cambridge, MA) para clonación y Harvey Lodish (Whitehead Institute) para proporcionar muchos de la plásmidos utilizada para generar la biblioteca retroviral. Agradecemos a Kavitha Siva y Sofie Singbrant (Departamento de Medicina Molecular y genética Therapy, Universidad de Lund), Göran Karlsson y Shamit Soneji (Departamento de Hematología Molecular, Universidad de Lund) para sus funciones en la descripción de la iEP. También nos gustaría reconocer y agradecer a Julian Pulecio (centro de medicina regenerativa, Parque de investigación biomédica de Barcelona), Violeta rayón-Estrada (The Rockefeller University, New York), Carl Walkley (Instituto de investigación médica de San Vicente y Departamento de medicina, Hospital de San Vicente, Universidad de Melbourne), Ángel Raya (institución catalana de investigación y estudios avanzados, Barcelona) y Vijay G. Sankaran (Instituto Broad del Instituto Massachusetts de tecnología y de Harvard, Cambridge ) por sus contribuciones anteriores a este trabajo. Este trabajo fue financiado por la Fundación de Söderberg Ragnar (a j); el sueco de investigación Consejo (J.F.); Stiftelsen Olle Engkvist Byggmästare (a j); la Fundación sueca para la investigación estratégica (a j); Fundación de Åke Wiberg (J.F.); una beca de integración de Marie Curie (a J.F.).
Materials
| DMEM without sodium pyruvate | GE Life Sciences | SH30022.01 | Culturing media for PhGP cells |
| DMEM with sodium pyruvate | GE Life Sciences | SH30243.01 | Culturing media for tail tip fibroblasts |
| StemSpan Serum Free Expansion Media (SFEM) | Stem Cell Technologies | 9650 | Reprogramming media |
| Fetal Bovine Serum HyClone | GE Life Sciences | SH30071.03HI | Growth factor |
| Penicillin/Streptomycin HyClone (100x) | Ge Life Sciences | SV30010 | Antiboiotic |
| Non-Essential Amino Acids (100x) | Thermo Fisher | 11140050 | SNL media is suppplemented with this |
| Trypsin HyClone (1x) | GE Life Sciences | SH30042.01 | Cell dissociation agent |
| Murine Stem Cell Factor (mSCF) | Peprotech | 250-03 | Added to reprogramming media |
| Recombinant Murine Il-3 | Peprotech | 213-13 | Added to reprogramming media |
| human recombinant erythropoietin (hrEPO) | Peprotech | 100-64 | Added to reprogramming media |
| Dexamethasone | Sigma | 50-02-2 | Added to reprogramming media |
| Gelatin from porcine skin | Sigma | 9000-70-8 | Dissovled in dH2O and used for coating plates. Ensure sterility before use. |
| Blasticidin S hydrochloride | Sigma | 3/9/3513 | Selection antibiotic. Affects both pro- and eukaryotic cells |
| Dulbecco's Phosphate Buffered Saline (DPBS) | Ge Life Sciences | SH30850.03 | Used for washing steps |
| Polybrene | Merck | TR-1003-G | Infection / Transfection Reagent |
| FuGENE HD Transfection Reagent | Promega | E2311 | Transfection Reagent for PhGP cell line |
| Millex-GP Syringe Filter Unit 0.22 µm | Merck | SLGP033RS | Used for filtering virus supernatant |
| BD Emerald Hypodermic Syringe | Becton Dickinson | SKU: 307736 | Used for filtering virus supernatant |
| 100 mm Culture Dish | Corning | 430167 | Cell culture |
| 6-well plate | Falcon | 10799541 | Cell culture |
| Jeweler Forceps #5 | Sklar | 66-7642 | Used for handling small tail fragments |
| Sklarlite Iris Scissors | Sklar | 23-1149 | Used for cutting the tail into small pieces |
| Lineage Cell Depletion Kit, mouse | Miltenyi Biotec | 130-090-858 | For depletion of hematopoietic cells in fibroblast cultures |
| CD117 MicroBeads, mouse | Miltenyi Biotec | 130-091-224 | For depletion of hematopoietic cells in fibroblast cultures |
| PheonixGP cells | ATCC | CRL-3215 | retroviral packaging cell line |
| EcoPAC vector (pCL-Eco) | Novus Biologicals | NBP2-29540 | retroviral helper vector containing gag and pol genes |
| pMX-Gata1 | Cloned in-lab | ||
| pMX-Tal1 | Cloned in-lab | ||
| pMX-Lmo2 | Cloned in-lab | ||
| pMX-cMyc | Cloned in-lab | ||
| CellSens Standard 1.6 software | Cytospin analysis software |
Riferimenti
- Sender, R., Fuchs, S., Milo, R. Are We Really Vastly Outnumbered? Revisiting the Ratio of Bacterial to Host Cells in Humans. Cell. 164 (3), 337-340 (2016).
- Lujan, E., Chanda, S., Ahlenius, H., Sudhof, T. C., Wernig, M. Direct conversion of mouse fibroblasts to self-renewing, tripotent neural precursor cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (7), 2527-2532 (2012).
- Szabo, E., et al. Direct conversion of human fibroblasts to multilineage blood progenitors. Nature. 468 (7323), 521-526 (2010).
- Pereira, C. F., et al. Induction of a hemogenic program in mouse fibroblasts. Cell Stem Cell. 13 (2), 205-218 (2013).
- Batta, K., Florkowska, M., Kouskoff, V., Lacaud, G. Direct reprogramming of murine fibroblasts to hematopoietic progenitor cells. Cell Reports. 9 (5), 1871-1884 (2014).
- Yu, B., et al. Reprogramming fibroblasts into bipotential hepatic stem cells by defined factors. Cell Stem Cell. 13 (3), 328-340 (2013).
- Hendry, C. E., et al. Direct transcriptional reprogramming of adult cells to embryonic nephron progenitors. Journal of the American Society of Nephrology. 24 (9), 1424-1434 (2013).
- Vierbuchen, T., Wernig, M. Direct lineage conversions: unnatural but useful. Nature Biotechnology. 29 (10), 892-907 (2011).
- Capellera-Garcia, S., Flygare, J. Direct lineage reprogramming: a useful addition to the blood cell research toolbox. Expert Review of Hematology. 10 (2), 107-109 (2017).
- Capellera-Garcia, S., et al. Defining the Minimal Factors Required for Erythropoiesis through Direct Lineage Conversion. Cell Reports. 15 (11), 2550-2562 (2016).
- Mahmoudi, S., Brunet, A. Aging and reprogramming: a two-way street. Current Opinions in Cellular Biology. 24 (6), 744-756 (2012).
- Singbrant, S., et al. Erythropoietin couples erythropoiesis, B-lymphopoiesis, and bone homeostasis within the bone marrow microenvironment. Blood. 117 (21), 5631-5642 (2011).
- Heinrich, A. C., Pelanda, R., Klingmuller, U. A mouse model for visualization and conditional mutations in the erythroid lineage. Blood. 104 (3), 659-666 (2004).
- Gautier, E. L., et al. Gene-expression profiles and transcriptional regulatory pathways that underlie the identity and diversity of mouse tissue macrophages. Nature Immunology. 13 (11), 1118-1128 (2012).
- Psaila, B., et al. Single-cell profiling of human megakaryocyte-erythroid progenitors identifies distinct megakaryocyte and erythroid differentiation pathways. Genome Biology. 17 (1), 83 (2016).
- Pulecio, J., et al. Direct Conversion of Fibroblasts to Megakaryocyte Progenitors. Cell Reports. 17 (3), 671-683 (2016).
- Kurita, R., et al. Establishment of immortalized human erythroid progenitor cell lines able to produce enucleated red blood cells. PLoS One. 8 (3), 59890 (2013).
