Estabelecendo organoides endometriais 3D do útero do rato

Summary

Este protocolo descreve metodologias para estabelecer organoides epiteliais endometriais de camundongos para expressão gênica e análises histológicas.

Abstract

O tecido endometrial reveste a cavidade interna do útero e está sob o controle cíclico do estrogênio e da progesterona. É um tecido composto por epitélio luminal e glandular, um compartimento estromal, uma rede vascular e uma população complexa de células imunes. Modelos de camundongos têm sido uma ferramenta poderosa para estudar o endométrio, revelando mecanismos críticos que controlam a implantação, a placentação e o câncer. O recente desenvolvimento de culturas organoides endometriais 3D apresenta um modelo de última geração para dissecar as vias de sinalização subjacentes à biologia endometrial. Estabelecer organoides endometriais a partir de modelos de camundongos geneticamente modificados, analisar seus transcriptomas e visualizar sua morfologia em uma resolução de célula única são ferramentas cruciais para o estudo de doenças endometriais. Este artigo descreve métodos para estabelecer culturas 3D de epitélio endometrial de camundongos e descreve técnicas para quantificar a expressão gênica e analisar a histologia dos organoides. O objetivo é fornecer um recurso que possa ser usado para estabelecer, cultivar e estudar a expressão gênica e as características morfológicas dos organoides epiteliais endometriais.

Introduction

O endométrio – o tecido mucoso do revestimento interno da cavidade uterina – é um tecido único e altamente dinâmico que desempenha papéis críticos na saúde reprodutiva de uma mulher. Durante a vida reprodutiva, o endométrio tem o potencial de sofrer centenas de ciclos de proliferação, diferenciação e quebra, coordenados pela ação concertada dos hormônios ovarianos – estrogênio e progesterona. Estudos de camundongos geneticamente modificados descobriram mecanismos biológicos básicos que sustentam a resposta endometrial aos hormônios e o controle da implantação embrionária, a decidualização das células estromais e a gravidez¹. Estudos in vitro, no entanto, têm sido limitados devido a dificuldades na manutenção de tecidos endometriais primários de camundongos não transformados em culturas tradicionais de células 2D ^2,3. Avanços recentes na cultura de tecidos endometriais como sistemas de órgãos 3D, ou organoides, apresentam uma nova oportunidade para investigar vias biológicas que controlam a regeneração e diferenciação de células endometriais. Sistemas organoides endometriais de camundongos e humanos têm sido desenvolvidos a partir de epitélio endometrial puro encapsulado em várias matrizes^4,5, enquanto o endométrio humano tem sido cultivado como coculturas epiteliais/estromais livres de andaimes ^6,7 e, mais recentemente^, como assembloides epiteliais/estromais encapsulados em colágeno⁸ . O crescimento e o potencial regenerativo das culturas organoides epiteliais são apoiados por um coquetel definido de fatores de crescimento e inibidores de pequenas moléculas que foram determinados empiricamente para maximizar o crescimento e a regeneração dos organoides ^4,5,9. Além disso, a capacidade de congelar e descongelar organoides endometriais permite o banco a longo prazo de organoides endometriais de camundongos e humanos para estudos futuros.

Camundongos geneticamente modificados revelaram as complexas vias de sinalização que controlam a gravidez precoce e a decidualização, e têm sido usados como modelos de perda de gravidez, câncer de endométrio e endometriose. Esses estudos genéticos foram amplamente alcançados com a deleção específica de células de alelos ladeados por loxP (“floxed”) usando cre recombinases que são especificamente ativas em tecidos reprodutivos femininos. Esses modelos de camundongos incluem o amplamente utilizado receptor de progesterona-cre 10, que tem forte atividade de recombinase nos tecidos epiteliais e estromais endometriais, a lactoferrina i-cre, que induz a recombinação epitelial endometrial em camundongos adultos¹¹, ou Wnt7a-cre, que desencadeia deleção epitelial-específica em tecidos derivados de Müller¹² . A cultura de tecidos endometriais a partir de modelos de camundongos geneticamente modificados como organoides 3D tem proporcionado uma excelente oportunidade para investigar a biologia endometrial e facilitar a identificação de fatores de crescimento e vias de sinalização que controlam a renovação e diferenciação celular endometrial^13,14. Métodos para o isolamento e cultura de tecido endometrial de camundongos são descritos na literatura e relatam o uso de várias estratégias enzimáticas para o isolamento do epitélio uterino para posterior cultura de organoides epiteliais endometriais⁴. Embora a literatura anterior forneça uma estrutura crítica para protocolos de cultura de organoides epiteliais endometriais ^4,5,6, este artigo fornece um método claro e abrangente para gerar, manter, processar e analisar esses organoides. A padronização dessas técnicas é importante para acelerar os avanços no campo da biologia reprodutiva das mulheres. Aqui, relatamos uma metodologia detalhada para a purificação enzimática e mecânica do tecido epitelial endometrial de camundongos para a subsequente cultura de organoides endometriais em um andaime de matriz de gel. Também descrevemos as metodologias para análises histológicas e moleculares a jusante dos organoides epiteliais endometriais de camundongos encapsulados em matriz de gel.

Protocol

O manejo de camundongos e estudos experimentais foram realizados sob protocolos aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais (IACUC) da Baylor College of Medicine e diretrizes estabelecidas pelo NIH Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. 1. Isolamento do epitélio uterino de camundongos usando métodos enzimáticos e mecânicos NOTA: Esta seção descreve as etapas necessárias para estabelecer, passar, congelar e desco…

Representative Results

Imagens de contraste de fase de organoides endometriais de camundongosEstabelecemos organoides do epitélio endometrial de camundongos WT, conforme descrito no protocolo anexado (ver diagrama na Figura 1). Após a dissociação enzimática do epitélio endometrial do rato, as folhas epiteliais foram separadas mecanicamente das células estromais uterinas e posteriormente dissociadas com colagenase para gerar uma suspensão unicelular. Se realizado corretamente, este mét…

Discussion

Aqui, descrevemos métodos para gerar organoides epiteliais endometriais a partir do endométrio de camundongos e os protocolos rotineiramente utilizados para sua análise a jusante. Os organoides endometriais são uma ferramenta poderosa para estudar os mecanismos que controlam doenças relacionadas ao endométrio, como endometriose, câncer de endométrio e falha de implantação. Estudos de referência publicados em 2017 relataram as condições para a cultura de culturas de longo prazo e renováveis de organoides end…

Materials

Organoid Media Formulation
Name	Company	Catalog Number	Final concentration
Corning Matrigel Growth Factor Reduced (GFR) Basement Membrane Matrix, *LDEV-free	Corning	354230	100%
Trypsin from Bovine Pancreas	Sigma Aldrich	T1426-1G	1%
Advanced DMEM/F12	Life Technologies	12634010	1X
N2 supplement	Life Technologies	17502048	1X
B-27™ Supplement (50X), minus vitamin A	Life Technologies	12587010	1X
Primocin	Invivogen	ant-pm-1	100 µg/mL
N-Acetyl-L-cysteine	Sigma Aldrich	A9165-5G	1.25 mM
L-glutamine	Life Technologies	25030024	2 mM
Nicotinamide	Sigma Aldrich	N0636-100G	10 nM
ALK-4, -5, -7 inhibitor, A83-01	Tocris	2939	500 nM
Recombinant human EGF	Peprotech	AF-100-15	50 ng/mL
Recombinant human Noggin	Peprotech	120-10C	100 ng/mL
Recombinant human Rspondin-1	Peprotech	120-38	500 ng/mL
Recombinant human FGF-10	Peprotech	100-26	100 ng/mL
Recombinant human HGF	Peprotech	100-39	50 ng/mL
WNT3a	R&D systems	5036-WN	200 ng/mL
Other supplies and reagents
Name	Company	Catalog Number	Final concentration
Collagenase from Clostridium histolyticum	Sigma Aldrich	C0130-1G	5 mg/mL
Deoxyribonuclease I from bovine pancreas	Sigma Aldrich	DN25-100MG	2 mg/mL
DPBS, no calcium, no magnesium	ThermoFisher	14190-250	1X
HBSS, no calcium, no magnesium	ThermoFisher	14170112	1X
Falcon Polystyrene Microplates (24-Well)	Fisher Scientific	#08-772-51
Falcon Polystyrene Microplates (12-Well)	Fisher Scientific	#0877229
Falcon Cell Strainers, 40 µm	Fisher Scientific	#08-771-1
Direct-zol RNA MiniPrep (50 µg)	Genesee Scientific	11-331
Trizol reagent	Invitrogen	15596026
DMEM/F-12, HEPES, no phenol red	ThermoFisher	11039021
Fetal Bovine Serum, Charcoal stripped	Sigma Aldrich	F6765-500ML	2%
Estratiol (E2)	Sigma Aldrich	E1024-1G	10 nM
Formaldehyde 16% in aqueous solution, EM Grade	VWR	15710	4%
Epredia Cassette 1 Slotted Tissue Cassettes	Fisher Scientific	1000961
Epredia Stainless-Steel Embedding Base Molds	Fisher Scientific	64-010-15
Ethanol, 200 proof (100%)	Fisher Scientific	22-032-601
Histoclear	Fisher Scientific	50-899-90147
Permount Mounting Medium	Fisher Scientific	50-277-97
Epredia Nylon Biopsy Bags	Fisher Scientific	6774010
HistoGel Specimen Processing Gel	VWR	83009-992
Hematoxylin solution Premium	VWR	95057-844
Eosin Y (yellowish) solution Premium	VWR	95057-848
TBS Buffer, 20X, pH 7.4	GenDEPORT	T8054	1X
TBST (10X), pH 7.4	GenDEPORT	T8056	1X
Citric acid	Sigma Aldrich	C0759-1KG
Sodium citrate tribasic dihydrate	Sigma Aldrich	S4641-500G
Tween20	Fisher Scientific	BP337-500
Bovine Serum Albumin (BSA)	Sigma Aldrich	A2153-100G	3%
DAPI Solution (1 mg/mL)	ThermoFisher	62248	1:1000 dilution
VECTASHIELD Antifade Mounting Medium	Vector Labs	H-1000-10
Clear Nail Polish	Fisher Scientific	NC1849418
Fisherbrand Superfrost Plus Microscope Slides	Fisher Scientific	22037246
VWR Micro Cover Glasses	VWR	48393-106
SuperScript VILO Master Mix	ThermoFisher	11755050
SYBR Green PCR Master Mix	ThermoFisher	4364346
Krt8 Antibody (TROMA-I)	DSHB	TROMA-I	1:50 dilution
Vimentin Antobody	Cell Signaling	5741S	1:200 dilution
Donkey anti-Rat IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 594	ThermoFisher	A-21209	1:250 dilution
Donkey anti-Rabbin IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 488	ThermoFisher	A-21206	1:250 dilution
ZEISS Stemi 508 Stereo Microscope	ZEISS
ZEISS Axio Vert.A1 Inverted Routine Microscope with digital camera	ZEISS
Primer Sequence	Forward (5'-3')	Reverse (5'-3')	_
Lipocalin 2 (Lcn2)	GCAGGTGGTACGTTGTGGG	CTCTTGTAGCTCATAGATGGTGC
Lactoferrin (Ltf)	TGAGGCCCTTGGACTCTGT	ACCCACTTTTCTCATCTCGTTC
Progesterone (Pgr)	CCCACAGGAGTTTGTCAAGCTC	TAACTTCAGACATCATTTCCGG
Glyceraldehyde 3 phosphate dehydrogenase (Gapdh)	CAATGTGTCCGTCGTGGATCT	GCCTGCTTCACCACCTTCTT