Düşük ataşman plakalarına hazırlanmış ınsan Pseudoislet 'te lentiviral aracılı gen susturulması
Summary
Kısa saç iğnesi RNA (shrna) taşıyan Lentivirus tarafından dönüştürücü olan dağınık insan Islet hücrelerinden gen modifiye insan pseudoislets oluşturmak için bir protokol sunulmuştur. Bu protokol kolay kullanılabilir enzim ve kültür gemileri kullanır, kolayca yapılabilir ve fonksiyonel ve morfolojik çalışmalar için uygun genetiği değiştirilmiş insan pseudoislets üretir.
Abstract
Çeşitli genetik araçlar diyabetik araştırma için Islet genler fonksiyonunu incelemek için kemirgenler pankreatik adacıklar genleri modüle kullanılabilir. Ancak, kemirgen izletlerden elde edilen veriler genellikle Islet yapısında ve türler arasındaki işlevlerde bilinen farklılıklar nedeniyle insan izletine tam olarak çoğaltılamaz veya uygulanabilir değildir. Şu anda, insan izletlerinin gen ifadesini manipüle etmek için kullanılabilen teknikler çok sınırlıdır. Adenovirüs, plazmid ve oligonükleotidler tarafından bozulmamış adacıklar içine transgeni giriş genellikle düşük verimlilik ve yüksek toksisite muzdarip. Düşük verimlilik, yüksek verimlilik gerektiren bozulmamış izletlerinde gen downdüzenleme çalışmalarında özellikle problemlidir. Enzitatik olarak dağınık Islet hücrelerinin kültür oluşturan kürlerin pseudoislets olarak adlandırdığı bilinmektedir. İnsan Islet hücrelerinin boyutu kontrollü reaggregation uzun süreli kültürden sonra dinamik ilk faz insülin salgılanmasını korumak ve düşük toksisite ile lentiviral kısa saç iğnesi RNA (shrna) verimli bir şekilde tanıtmak için bir pencere sağlamak pseudoislets oluşturur. Burada, ticari olarak mevcut iki multiwell plakayı kullanarak lentiviral dönüştürücüden sonra insan pseudoislets oluşturulması için ayrıntılı bir protokol açıklanmıştır. Protokol kolayca gerçekleştirilebilir ve genlerin etkin şekilde düşürülmesine ve insan Islet hücrelerini kullanarak insülin salgılanması dinamizmi değerlendirmesine olanak tanır. Böylece, lentiviral aracılı gen modülasyonu ile insan pseudoislets insan Islet hücreleri içinde gen fonksiyonunu değerlendirmek için güçlü ve çok yönlü bir model sağlar.
Introduction
Fonksiyonel beta hücre kütlesi kaybı her iki tip 1 ve tip 2 diyabet1için merkezi patolojidir. Beta hücreleri pankreas izletinde insülin üreticileri olmakla beraber, Beta hücreleri ve beta olmayan hücreler arasındaki iletişim, insülin salgılanmasını2‘ nin düzenlenmesi açısından kritik bir rol oynamaktadır. Buna ek olarak, glukagon salgılanması disregülasyon diyabette hiperglisemi katkıda3. Böylece, diyabette Islet disfonksiyon gelişiminin arkasındaki mekanizması ele pankreas izletler içinde hücrelerin gen ifadesi modüle güçlü bir ilgi vardır. Transgenik fareler de dahil olmak üzere çeşitli yaklaşımlar fare izletlerinin Gen ifadesinin modülasyonu için kullanılabilir. Ancak, insan ve fare izletleri farklı innervasyon göstermek, hücre dağılımı, Alfa hücreleri Beta oranı, ve secretagogues yanıt4. Bu nedenle, insan izletlerinde gen fonksiyonunun doğrudan değerlendirilmesi, insan pankreatik izletinin patofizyolojisini anlamak için son derece önemlidir.
Adenoviral vektör en yaygın olarak kullanılan viral vektördir pankreas izletler in vitro transduce için yüksek verimlilik nedeniyle olmayan bölünmüş hücrelerde. Ancak, adenovirüs adacıklar çekirdeğine etkili bir şekilde nüfuz etmez, özellikle insan izletinde5, ve yüksek dozlarda sitotoksisdir6. Göreceli olarak, lentiviral vektör daha az sitotoksisdir ve post-mitotik hücrelerin kromozom içine kalıcı olarak eksojen genler sunar, gen terapisi için yaygın olarak test edilmiş bir araç haline7. Ancak, Lentivirus yeteneği bozulmamış insan izletlerin çekirdeğine nüfuz de sınırlıdır, böylece transksiyon verimliliği artırmak için enzimatik sindirim tarafından kısmi dağılım gerektiren8. Bozulmamış insan izletleri dağılımı ile uyarı insan9glikoz homeostazı bakımı için kritik insülin salgılanması dinamik düzenlenmesi ödün hücre hücresi ve hücre matris iletişim, kesintiye. Bu nedenle, gen modülasyonunun bir insan izletinin modelindeki Islet işlevinin dinamik olarak düzenlenmesi üzerine etkisini değerlendirmek zor olmuştur.
Bu, insan ve kemirgen izletler, “pseudoislets” adı verilen Islet benzeri yapıları içine otonoid reaggregate dağınık Islet hücreleri bilinmektedir. Pseudoislets Beta ve non-beta hücre dağıtımı yerel adacıklar10,11benzer gösterir. Ayrıca, uzun dönem kültürden sonra, yerli adacıklar aşamalı olarak güçlü ilk faz insülin salgılanmasını kaybedersiniz5,10,11,12. Ancak, pseudoislets ilk faz insülin salgılanmasını glikoz yanıt olarak aynı kültür dönemi sonra yerli adaylar ile karşılaştırıldığında daha iyi korunması göstermiştir5. İnsülin salgılanmasını daha iyi korumasına ek olarak, düşük ataşman plakaları11 insan Islet hücrelerinin boyutu kontrollü reaggregation içine kendi reaggregation önce Lentivirus vektörler tanıtmak için fırsat bir pencere sağlar pseudoislets. Çeşitli çalışmalar lentiviral aracılı dönüştürücü ile birlikte pseudoislets yardımcı göstermiştir. Caton ve al.13 bu yeşil floresan protein (Gfp) Lentivirus ifade giriş insülin salgılanması üzerinde az etkisi olduğunu bildirdi, non-enfekte kontrol ile karşılaştırıldığında sıçan pseudoislets Gfp homojen ifade elde ederken. Onlar da connexins 32, 36 ve 43 Lentivirus13üzerinden Over, tarafından insülin salgılanması üzerinde farklı connexins spesifik etkisi göstermiştir. Ticari olarak kullanılabilen 96-Well Ultra düşük ataşman plakası ile hazırlanan insan pseudoislets, transkripsiyon faktörünün lentiviral aracılı ekspresyonu SIX3 statik inkübasyon ile değerlendirilen insülin salgılanmasını geliştirir14. Son zamanlarda, bir 96 ile hazırlanan insan pseudoislets-iyi Ultra-düşük ataşman plaka glukokinaz lentiviral kısa saç iğnesi RNA (shRNA) ile glikoz uyarılmış insülin salgılanması azaltılır göstermek için bir prensip kanıtı olarak, aşağı düzenlemek için kullanıldı KCl-stimüle edilmiş insülin salgılanması5. Çalışma aynı zamanda insan pseudoislets gen ifade ve salgılayan profillerde yerli izletlere benzer olduğunu göstermiştir, daha fazla Islet fonksiyon5düzenlenmesi incelemek için insan pseudoislets yardımcı destek. Perifüzyon yapılmadı olmasına rağmen, son zamanlarda ticari olarak mevcut hale gelen bir Biyomühendislik mikrowell kültür plakası, aynı zamanda lentiviral dönüştürücü için uyumlu olduğu bildirildi ve mükemmel insülin sergilenen insan pseudoislets üretilen transplantasyon sonrasında in vitro ve in vivo salgılanması11. Lentiviral dönüştürücü ile birlikte insan pseudoislet oluşumu, insan Islet patofizyolojisini araştırmak için basit ve verimli bir yaklaşımdır ve insanlar arasında mekanik çalışmalar yapmak için değerli bir araç sağlar.
Mevcut raporda, ticari olarak kullanılabilen iki platform kullanarak Lentivirus ile transdüden insan pseudoislets oluşturmak için bir protokol, bir 96-Well Ultra-düşük ataşman plakası ve bir mikrowell kültür plakası sunulmaktadır. Her ikisi de Gen ifadesinin verimli modülasyonu elde etmek ve statik inkübasyon ve perifüzyon dahil olmak üzere aşağı değerlendirme için uyumlu insan pseudoislets oluşturmak.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada, Lentivirus tarafından bir 96-Well Ultra-düşük ataşman plakası veya bir mikrokuyu kültür plakası kullanılarak dönüştürücü olan insan pseudoislets oluşturmak için ayrıntılı bir protokol sunulmuştur. Pseudoislets Morfoloji ve salgı fonksiyonları yerli insan izletlerine benzer göstermek için bildirilmiştir ve uzun süre içinde vitro5,11,18kültürsüz olabilir. Boyutu geniş bir varyasyon göstere…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma mali sağlık Ulusal Enstitüleri tarafından Y.I. (R01-DK090490) ve Amerikan Diyabet Derneği Y.I. (1-17-ıBS-132) için desteklenmektedir. Ş ve Y.I. Eagles diyabet araştırma merkezi ‘nin kardeşçe düzeni tarafından desteklenmektedir. A.B., Ulusal Sağlık Enstitüleri eğitim hibe (T32NS45549) tarafından desteklenmektedir. Yazarlar umut şehri (2uc4dk098085) niddk destekli entegre Islet dağıtım programı (IIDP) tarafından sağlanan insan pankreatik adacıklar kullanılmıştır.
Materials
| Anti-adherence rinsing solution | Stemcell technologies | 7919 | |
| Biological safety cabinet | Thermo Scientific | 1300 Series Type A2 | |
| cell strainer, 40 micrometer | Corning | 431750 | |
| CMRL-1066 | ThermoFisher | 11530037 | |
| CO2 incubator | Thermo Scientific | Heracell VIOS 160i | |
| conical centrifuge tube, 15 mL | VWR | 89039-666 | |
| conical centrifuge tube, 50 mL | VWR | 89039-658 | |
| fetal bovine serum | ThermoFisher | 26140079 | |
| guanidinium thiocyanate RNA extraction reagent | ThermoFisher | 15596026 | Trizol |
| glutamine | ThermoFisher | 25030164 | |
| Hemocytometer | Marien Feld | Neubauer-Improved Bright line | |
| Human serum albumin | Sigma | A1653 | |
| inverted microscope | Fisher brand | 11-350-119 | |
| microcentrifuge | Beckman Coulter | Microfuge 20 | |
| microcentrifuge tube, 1.5 mL | USA Scientific | 1615-5500 | |
| microwell culture plate | Stemcell technologies | 34411 | Aggrewell 400, 24 well |
| motor-driven pestle | GAMUT | #399X644 | |
| non-tissue culture treated dish, 10 cm | Fisher Scientific | FB0875713 | |
| PBS | ThermoFisher | 14190250 | |
| Penicillin-streptomycin | ThermoFisher | 10378016 | |
| Petri dish, 35 mm | Celltreat | 229638 | |
| pipette, 5 mL | DOT Scientific, | 667205B | |
| pipette, 8-channel | VWR | #613-5253 | |
| pipette, 10 mL | VWR | 667210B | |
| pipette, P10 | Denville | UEZ-P-10 | |
| pipette, P200 | Denville | UEZ-P-200 | |
| pipette, P1000 | Denville | UEZ-P-1000 | |
| proteolytic and collagenolytic enzyme mixture | Sigma | A6965 | Accutase |
| reagent reservoir, 50 mL | VWR | 89094-680 | |
| reversible strainer, 37 micrometer | Stemcell technologies | 27251 | |
| swing bucket plate centrifuge | Beckman Coulter | Allegra X-14R | |
| swing bucket rotor | Beckman Coulter | SX4750A | |
| tuberculin syringe, 1 mL | BD | 309659 | |
| ultra low attachment microplate, 96 well | Corning | 4515 |
References
- Chen, C., Cohrs, C. M., Stertmann, J., Bozsak, R., Speier, S. Human beta cell mass and function in diabetes: Recent advances in knowledge and technologies to understand disease pathogenesis. Molecular Metabolism. 6 (9), 943-957 (2017).
- Hong, H., Jo, J., Sin, S. J. Stable and flexible system for glucose homeostasis. Physiological Review E covering statistical, nonlinear, biological, and soft matter physic. 88 (3), 032711 (2013).
- Cryer, P. E. Minireview: Glucagon in the pathogenesis of hypoglycemia and hyperglycemia in diabetes. Endocrinology. 153 (3), 1039-1048 (2012).
- Arrojo e Drigo, R., et al. New insights into the architecture of the islet of Langerhans: a focused cross-species assessment. Diabetologia. 58 (10), 2218-2228 (2015).
- Harata, M., et al. Delivery of shRNA via lentivirus in human pseudoislets provides a model to test dynamic regulation of insulin secretion and gene function in human islets. Physiological Reports. 6 (20), e13907 (2018).
- Barbu, A. R., Akusjarvi, G., Welsh, N. Adenoviral-mediated transduction of human pancreatic islets: importance of adenoviral genome for cell viability and association with a deficient antiviral response. Endocrinology. 146 (5), 2406-2414 (2005).
- Hughes, A., et al. Gene therapy to improve pancreatic islet transplantation for Type 1 diabetes mellitus. Current Diabetes Reviews. 6 (5), 274-284 (2010).
- Jimenez-Moreno, C. M., et al. A Simple High Efficiency Intra-Islet Transduction Protocol Using Lentiviral Vectors. Current Gene Therapy. 15 (4), 436-446 (2015).
- Bonora, E., et al. Prevalence and correlates of post-prandial hyperglycaemia in a large sample of patients with type 2 diabetes mellitus. Diabetologia. 49 (5), 846-854 (2006).
- Halban, P. A., Powers, S. L., George, K. L., Bonner-Weir, S. Spontaneous reassociation of dispersed adult rat pancreatic islet cells into aggregates with three-dimensional architecture typical of native islets. Diabetes. 36 (7), 783-790 (1987).
- Yu, Y., et al. Bioengineered human pseudoislets form efficiently from donated tissue, compare favourably with native islets in vitro and restore normoglycaemia in mice. Diabetologia. 61 (9), 2016-2029 (2018).
- Zuellig, R. A., et al. Improved physiological properties of gravity-enforced reassembled rat and human pancreatic pseudo-islets. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 11 (1), 109-120 (2017).
- Caton, D., et al. Lentivirus-mediated transduction of connexin cDNAs shows level- and isoform-specific alterations in insulin secretion of primary pancreatic beta-cells. Journal of Cell Science. 116 (Pt 11), 2285-2294 (2003).
- Arda, H. E., et al. Age-Dependent Pancreatic Gene Regulation Reveals Mechanisms Governing Human beta Cell Function. Cell Metabolism. 23 (5), 909-920 (2016).
- Peiris, H., et al. Discovering human diabetes-risk gene function with genetics and physiological assays. Nature Communications. 9 (1), 3855 (2018).
- Schlimgen, R., et al. Risks Associated With Lentiviral Vector Exposures and Prevention Strategies. Journal of Occupational and Environmental Medicine. 58 (12), 1159-1166 (2016).
- Livak, K. J., Schmittgen, T. D. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)) Method. Methods. 25 (4), 402-408 (2001).
- Li, N., et al. Engineering islet for improved performance by optimized reaggregation in alginate gel beads. Biotechnology and Applied Biochemistry. 64 (3), 400-405 (2017).
- Ramachandran, K., Peng, X., Bokvist, K., Stehno-Bittel, L. Assessment of re-aggregated human pancreatic islets for secondary drug screening. British Journal of Pharmacology. 171 (12), 3010-3022 (2014).
- Hilderink, J., et al. Controlled aggregation of primary human pancreatic islet cells leads to glucose-responsive pseudoislets comparable to native islets. Journal of Cellular and Molecular Medicine. 19 (8), 1836-1846 (2015).
- Saunders, D. C., et al. Ectonucleoside Triphosphate Diphosphohydrolase-3 Antibody Targets Adult Human Pancreatic beta Cells for In Vitro and In Vivo Analysis. Cell Metabolism. (18), (2018).
- Reissaus, C. A., Piston, D. W. Reestablishment of Glucose Inhibition of Glucagon Secretion in Small Pseudoislets. Diabetes. 66 (4), 960-969 (2017).
