量化传播肿瘤细胞的频率使用斑马鱼的同源有限稀释细胞移植

Summary

有限稀释细胞移植试验是用来确定传播肿瘤细胞的频率。本协议描述了一个产生，发展荧光标记的白血病和细节，如何限制稀释到成年斑马鱼的腹腔这些白血病细胞分离和移植的同源斑马鱼的方法。

Abstract

自我更新的癌细胞内肿瘤的细胞类型有无限的能力，促进肿瘤的生长，从而传播肿瘤细胞或肿瘤细胞。它被认为是针对销毁这些细胞自我更新将阻止肿瘤的进展和停止复发，大大提高了患者的预后^1。最常用的方法来确定的频率自我更新在肿瘤细胞，是一个限制稀释细胞移植实验，其中肿瘤细胞移植到受体动物剂量的增加;开发肿瘤的动物的比重是用于计算数量自我更新的细胞内原发肿瘤样本^2，3。理想的情况下，大量的动物将被用来在每个有限稀释实验，以准确地确定传播肿瘤细胞的频率。然而，大规模的实验，涉及小鼠是昂贵的，最重要的限制稀释检测只用10-15％的实验小鼠。

斑马鱼已获得了作为癌症模型中的突出地位，在很大程度上是由于其易于遗传操作和可以进行大规模实验的经济。此外，在斑马鱼为蓝本的癌症类型，已发现密切模仿其对应^的人类疾病4。虽然有可能从一条鱼的肿瘤细胞移植亚致死照射收件人动物的免疫系统在21天以后的再生，往往^导致肿瘤缩小5。同基因斑马鱼的最近成立大大促进了肿瘤移植^研究 6-8 。由于这些动物的基因完全相同，移植的肿瘤细胞嫁接到收件人的鱼，和肿瘤的生长健壮，可长时间监测。同基因斑马鱼是理想的限制稀释移植，肿瘤细胞检测，没有适应生长在国外的微环境，这可能低估了细胞的^{自我更新频率} 9 ，10。此外，一个细胞移植已成功完成⁸斑马鱼的同源和数百个动物，可以很容易地和经济移植在同一时间，这两个服务提供一个更准确的估计，自我更新的细胞频率。

在这里，一种方法是建立小学，荧光标记的T细胞急性淋巴细胞性白血病（T – ALL的）在同基因斑马鱼，移栽在这些肿瘤的限制稀释到成年的鱼，以确定细胞自我更新频率。虽然白血病为例，该协议是合适的，以确定肿瘤细胞传播，使用任何癌症模型中的斑马鱼的频率。

Protocol

1。斑马鱼胚胎的DNA显微注射法线性化RAG2：11 GFP的 DNA结构：cMyc和RAG2：在37℃过夜消化每个NotI质粒10μg。 酚：氯仿提取物和沉淀物的质粒，并重新悬浮20μLH 2 O 确定在1％琼脂糖凝胶运行20μL，10μL和高范围的DNA阶梯5μL1:1，1:5和1:10稀释的每个消化质粒DNA浓度。这种类型的定量一般比光谱仪读数更准确。 CG1应变（或其他同系株）稀释成的DNA注射的60ng/μL终浓度为1M氯化钾0.5 X TE斑马鱼的胚胎，使用30ng/μLRAG2：cMyc +30ng/μLRAG2：绿色荧光蛋白。 注射应执行先前展示的12，13 。简言之，男性和女性的斑马鱼交配室，注射前的晚上。在当天注射，DNA是加载到注射针，压力调整，使一个50微米直径的泡沫是被驱逐（30pg的DNA），这是一个阶段千分尺测量。然后，注入单细胞阶段的胚胎，用的DNA直接注射到细胞中，入蛋黄不。注入CG1的胚胎和幼虫的生存是普遍较差，只有5％的鱼类转基因成功整合，因此，应注射> 600胚胎，以确保一些鱼会发展成白血病。 商店在28.5 ° C注射的胚胎，死胚后24小时删除。动物，然后在5天的生活转移到大型坦克，并提出了前面描述的 14 。 2。主T的所有在斑马鱼幼虫的筛选注射后大约28天，麻醉幼虫的斑马鱼，鱼制水25ML加入200μL4ng / M Tricane – S在培养皿。 检查T – ALL中通过使用20X放大倍率的epifluorescence显微镜，使用二十〇分之四百八十五激发波长和二十五分之五百三十○排放过滤器检测到绿色荧光（图1）荧光标记的发展幼虫。 单独的肿瘤阳性幼虫从那些是否定的。负幼虫可在稍后的时间点检查，一旦肿瘤可能已越来越大，以确保没有T一切积极鱼被错过。 显示器的T一切积极的鱼，每周至少一次使用epifluorescence显微镜追踪肿瘤的生长。 3。荧光标记的原代白血病细胞的分离纯化当GFP阳性的白血病细胞已超过50％的动物，牺牲在培养皿含9毫升鱼系统水盘4ng/mL Tricane – S的加入1ML的鱼。 放置在一个新的培养皿菜含有5％胎牛血清1ML 0.9倍PBS缓冲细胞的鱼。浸渍用刀片，吸管混合分解大细胞团块的鱼，然后通过细胞到一个50毫升管的40微米滤网。这是没有必要分解成单个细胞的所有组织团块。 4ML聚苯乙烯管吸取500μL的细胞。加入1μL1mg/ml的碘化丙啶（PI），将标签的死细胞。涡，然后继续在冰上的细胞。 牺牲CG1鱼，野生型，浸渍，并以同样的方式，应变上述收集transplant.Add 4ML 5％FBS在0.9倍PBS期间的正常细胞，肿瘤细胞的载体作用，总的50毫升管量各5ml。 计数在5％胎牛血清的正常细胞，在0.9倍PBS稀释至3X10 5细胞/ mL，然后吸管100μL/well一个96孔板。 到96孔板包含以下剂量的血细胞中使用荧光激活细胞分选（FACS），排序GFP阳性，有价证券负肿瘤细胞（图2A，B）的10个细胞/孔48孔，100个细胞/孔到24孔，000个细胞/孔12井，10000个细胞/成6口井。此外，万细胞应成井排序不正常的血细胞，重新分析使用流式细胞仪评估排序细胞的纯度和可行性（图2C）。 4。限制稀释移植到成年斑马鱼颗粒细胞在2000xg离心10分钟，96孔板。 取出上清液95μL，细胞重悬在余下的5μL。 举行成人（> 60天）同基因斑马鱼腹侧，并注入腹腔细胞悬液，用一个26G / 2“微量注射器。斑马鱼没有被移植前的麻醉。通常情况下，45鱼10白血病细胞移植，20 100个细胞移植，7移植1000细胞和5个鱼与10,000的T – ALL细胞移植。 5。分析，以确定白血病起始细胞频率移植后约28天，检查epifluoresence显微镜使用的二十分之四百八十五过滤器检测到绿色荧光的激发波长和25分之530排放移植鱼。记录每注入鱼总数量的积极的鱼的数量。 重新审视鱼长达90天，每14天，并记录积极鱼类的数量。当一个肿瘤阳性的鱼变得死气沉沉的，牺牲Tricane – S过量的动物。 结果输入到一个表，图3d所示。上传数据到基于Web的ELDA（至尊有限稀释分析）在统计软件http://bioinf.wehi.edu.au/software/elda/index.html 15，其中使用频率肿瘤的正面和负面的动物每个移植的剂量，以确定在主T – ALL的白血病细胞自我更新的频率。 6。代表性的成果： 从同源鱼的胚胎显微注射DNA导入结果往往在注射胚胎的成活率低，<60％的胚胎存活24小时。此外，注入同源鱼的生存是在幼虫发育普遍较差，与通常<20％存活28天。因此重要的是注入大量的胚胎，以创造转基因鱼，将开发的T – ALL。 作为一个例子，CG1应变胚胎注入RAG2：：cMyc + RAG2：：GFP。合作的转基因在胚胎发育分隔，使每一个细胞表达绿色荧光蛋白表达cMyc。小学后28天（图1）T – ALL的幼虫进行了筛选。先前的研究表明，大约有5％的注射鱼将其胸腺内GFP阳性T细胞（图1），这些鱼的100％将发展成白血病T 细胞成为转化11。虽然小斑马鱼的比例可能有更先进的白血病是很容易检测到28天，最多只会有GFP阳性（图1）胸腺，使幼虫应进行检查高放大倍率下单独，以确保一切积极鱼被选中。 GFP阳性的T – ALL细胞将超过50％的45-70天之间的动物。 在提供的例子中，斑马鱼生活在65天处死，和白血病细胞中分离和FACS限制稀释移植排序。单细胞，碘化丙啶消极和GFP阳性（图2）整理成一个96孔板。再分析10,000排序细胞（理想情况下，以评估可行性（最好> 95％）和纯度> 92％，图2）。移植的T -承滴盘一般28天前出现的，但某些肿瘤的可能需要60天以上的发展。在这个例子中，在第28天，早期肿瘤被视为GFP阳性细胞注射部位（图3B）附近的区域，而一些T承滴盘更多的进展，扩大填补腹腔（图3C） 。限制从三个不同的主T型承滴盘的稀释细胞移植的实验数据显示在图3D。对于这些实验中，超过220个的动物移植，可以很容易地由一个人在几个小时内完成。使用ELDA软件的数据分析表明，平均135的T – ALL细胞自我更新的白血病传播细胞（图3E）。 图1斑马鱼幼虫注射用抹布一细胞阶段：：- cMyc +抹布：- EGFP原代白血病的增长进行了筛选，注射后28天。鱼（*）胸腺内GFP阳性T细胞，这种鱼将开发T – ALL的T细胞随着时间的推移转变。在第28天，这个阶段是很常见的的。一条鱼（**）有先进的T – ALL中，已蔓延到软组织。剩下的两个鱼是负数，为肿瘤的生长。采取了16倍的放大倍率的图像。 图2。荧光标记的T – ALL细胞排序从患病动物和限制稀释细胞移植实验中使用。首先，门被吸引到选择单细胞（左上面板），然后碘化丙啶阴性细胞（中间左侧面板）。最后，门被吸引到选择的GFP阳性排序白血病细胞（左侧面板较低）。排序细胞应重新分析，以评估可行性和移植前的纯度（右图）。 图3。斑马鱼是研究白血病移植后28天增长。鱼是要么肿瘤NEGative（一），在注射部位（二）越来越多，有一个小的肿瘤，或有进展性白血病（三）。 7X放大倍率的图像。白血病阳性％，每个稀释度移植鱼类总数的鱼的总人数记录，（四）。数据输入到基于Web的ELDA方案计算自我更新白血病细胞和上下95％可信区间（五）。

Discussion

一个在癌症研究中使用斑马鱼的主要优势在于可以在相对较低的成本使用大量的动物。这是特别重要的限制稀释细胞移植实验，开发移植动物肿瘤移植总数的比例用于确定肿瘤启动细胞频率。在这里介绍的方法，用于移植的动物超过70％检测，提供了一个传播肿瘤细胞数量的准确估计。使用动物的数量和移植的肿瘤细胞的剂量应为一个给定的癌症模型优化;例如，如果初步实验表明，肿瘤细胞，是罕见的，有用的移植剂量可10万元，50000，10000和1000细胞每移植手术。

斑马鱼的同源菌株有限稀释分析是有用的。然而，这些菌株尚未常用在所有的实验室，和一些斑马鱼的癌症模型中只存在异体鱼。有限稀释细胞移植可以在野生型菌株发生免疫消融，虽然细胞的自我更新频率可能比如果斑马鱼的同源共使用⁸高出10-100倍计算。重要的是要注意，应移植到非免疫匹配，照射收件人使用更大剂量的细胞，某些肿瘤细胞就无法生存移植到外国的微环境。此外，许多肿瘤会开始倒退21天以后，当收件人动物的免疫系统恢复正常，因此应评估肿瘤生长移植后每7天的动物。

这里介绍的方法适用于使用任何斑马鱼癌症模型，迄今被用来确定肿瘤启动细胞的频率，在T细胞急性淋巴细胞^白血病 8，和实体瘤模型，横纹肌^肉瘤 16 。这些肿瘤合作与癌基因和荧光标记的胚胎注射荧光标记，因为DNA的合作隔离，任何表达的原癌基因的细胞也将表达^荧光蛋白17。虽然，因为它有助于追踪肿瘤的生长，而不需要牺牲动物，并提供了一​​个直接的方法，分离肿瘤细胞，流式细胞仪，荧光建议，它是可能的肿瘤细胞与抗肿瘤特异性厂商的抗体标志，以方便其净化的，但在斑马鱼的抗体染色，可能需要优化。

最后，一​​旦传播肿瘤细胞的发病率已经被确定为一个给定的的肿瘤类型，它有可能使用这些检测，以确定的机制，执政的细胞频率。例如，原发肿瘤细胞可以被视为与途径的特异性抑制剂，限制稀释移植，或移植鱼本身可能与药物剂量。此外，肿瘤本身的基因可能会操纵一个感兴趣的基因注入一个细胞阶段鱼，使产生的原发性肿瘤过度表达的基因。在这些实验中，影响细胞自我更新频率，将在限制稀释实验观察。

Materials

Name of the Reagent	Company	Catalog Number
NotI restriction enzyme	New England Biolabs	R0189
Phenol:Chloroform	EMD Biochemicals	6805-OP
5M KCl	Sigma-Aldrich	P9541
100X Tris-EDTA	Sigma-Aldrich	T9285
High Range DNA ladder	Fermentas	R0621
Syngeneic zebrafish		Referências6-8
Fetal Bovine Serum	Gibco	16000-036
Propidium Iodide	Sigma-Aldrich	P4864
26G/2″ Microsyringe	Hamilton	80366
40μm mesh cell strainer	BD Falcon	352340