פרופילי הביטוי microRNA של תאי iPS האנושי, רשתית פיגמנט האפיתל נגזר משב"ס, ועוברי הרשתית פיגמנט האפיתל
Summary
MicroRNA (מירנה) הפרופילים של גזע אנושי-Induced pluripotent תאים (iPS), אפיתל הפיגמנט ברשתית (RPE) נגזרים מגזע אנושי-Induced pluripotent תאים (iPS) (iPS-RPE), ורשתית של העובר, הושווה.
Abstract
מטרת דו"ח זה היא לתאר את הפרוטוקולים להשוואת microRNA (מירנה) פרופילים של גזע אנושי-Induced pluripotent תאים (iPS), אפיתל הפיגמנט ברשתית (RPE) שמקורם בתאי iPS האנושי (iPS-RPE), ורשתית של העובר. הפרוטוקולים כוללים אוסף של RNA לניתוח על ידי microarray, וניתוח של נתונים microarray לזהות miRNAs שבאים לידי ביטוי באופן דיפרנציאלי בין שלושה סוגי תאים. השיטות לתרבות של תאי iPS ורשתית של העובר הם הסבירו. הפרוטוקול המשמש לבידול של הרשתית מiPS האנושי מתואר גם. טכניקת הפקת RNA אנו מתארים נבחרה כדי לאפשר התאוששות מקסימלי של RNA הקטן מאוד לשימוש במירנה microarray. לבסוף, מסלול הסלולר ורשת ניתוח של נתוני microarray הוא הסביר. טכניקות אלה תאפשר ההשוואה בין פרופילי מירנה משלושה סוגי תאים שונים.
Introduction
לתאי גזע יש את היכולת לשכפל ללא הגבלה והפוטנציאל להתמיין לכל סוג תא סומטי. הפיתוח של טכניקות כדי לתכנת מחדש את התאים הסומטיים לתאי גזע pluripotent עורר התרגשות רבה בקהילת המחקר ובקרב רופאים, כמו כניסתו של התחדשות רקמות אישית היא באופק 1. -Induced pluripotent תאי גזע (iPS) להפגין את אותן תכונות של פוטנציאל replicative בלתי מוגבל וpluripotency כגזע עוברי (ES) תאים תוך עקיפת הדילמות האתיות הקשורות לESCs. בנוסף, תאי גזע שמקורם בחולה לא לעורר תגובה חיסונית, מאוד להגדיל את ההסתברות ליישומים טיפוליים המוצלחים 2-3. בתנאי תרבות מסוימים, תאי iPS הוכחו להתמיין לכמה סוגי תאים שונים במבחנה, כוללים שריר לב, תאי עצב, תאים בטא בלבלב, hepatocytes, ואפיתל הפיגמנט ברשתית (RPE) 4-12.
הרשתית היא שכבה מיוחדת של תאי אפיתל פיגמנט ממוקמים בחלק האחורי של הרשתית שמבצעת מספר פונקציות שהם חיוניים לבריאות ותפקוד חזותיים כגון קליטת אור התועה, phagocytosis של המגזרים החיצוניים קולטי האור, ועיבוד של רטינואידים לייצור של chromophore החזותי. חוסר תפקוד של הרשתית עקב נזק או מחלה משפיע עמוקות על בריאות קולטי אור ותפקוד ראייה כפי שמעיד מחלות המסנוורים שהן התוצאה של פתולוגיה הרשתית הבסיסית כגון ניוון הקשור לגיל מקולרי (AMD), המחלה של Stargardt, ורטיניטיס פיגמנטוזה (RP) 13. טיפולים באמת יעילים שיכול לשחזר את חזון לא הושגו, והחלפה של הרשתית חולה עם הרשתית בריאה עשויה להיות האפשרות הטובה ביותר למנוע אובדן הראייה 14-15. הרשתית נובעת מiPS (iPS-RPE) היא מקור אפשרי של תאים כדי להחליף את הרשתית הפגועה. IPS-הרשתית מבטאת characterisחלבוני הרשתית טיק LRAT, CRALBP, PEDF, וRPE65; מציג את מורפולוגיה המשושה פיגמנט מאוד הקלסית הרשתית; ומבצע פונקציות הרשתית כגון phagocytosis, עיבוד retinoid, והפרשת 11 – 5,16 רשתית cis. עם זאת, לפני IPS-הרשתית יכולה לשמש טיפולית, IPS-הרשתית חייבת להיות מאופיינת באופן יסודי. הבנת הגורמים הקובעים בידול הרשתית יש צורך לשפר את התשואה וטוהר של התאים שישמש ליישומים קליניים.
התמיינות תאים היא התוצאה של ביטוי גנים מוסדרים מאוד. שיפוץ אפיגנטיים של הגנום והתיאום של גורמי שעתוק נדרש להחלטות גורל תא המתרחשות במהלך התמיינות והתפתחות 17. רגולציה של תרגום ההודעה RNA (mRNA) על ידי microRNA (מירנה) להציג עוד רמה של רגולציה המשפיעה על תא גורל 1. MiRNAs קצר, ~ 22 NT, אורכים של נוקלאוטידים כי גם תרגום לדכא ידיהקשירה של UTR '3 של mRNA או למקד את ה-mRNA לשפלה. MiRNAs זוהו כמעט בכל הרקמות ועד כה מעל 2,000 מיקרו RNA האנושי הייחודי נרשם באתר miRBase. מאז miRNAs דורש השלמה חלקית בלבד כדי לאגד את ה-mRNA היעד, מירנה אחד יכולה באופן פוטנציאלי להיקשר לעשרות או מאות מטרות, ולהיפך, כלומר mRNA אחד יכול להיות ממוקדת על ידי מספר miRNAs שונה. מאפיין מחייב מופקר זה מגדיל באופן דרמטי את רמת המורכבות של רגולציה, כמו גם את רמת קושי של קביעת הפונקציות של miRNAs פרט ואת התפקיד כל הצגות בתפקודים תאיים 18-21. עם זאת, מחקרים הראו כי מירנה משכללת ביטוי גנים במהלך בידול על ידי המשפיע על מעמדה מתילציה דנ"א 17. במחקר ספציפי יותר לרשתית, miR-204/211 הוצג כדי לקדם את הפנוטיפ האפיתל של הרשתית 22. קבוצה נוספת ניתחה את פרופיל מירנהשל הרשתית במהלך התמיינות בתאי גזע עובריים וחשפו סטים שונים של מירנה באים לידי ביטוי בתהליך ההתמיינות 23. למעשה, פרופילי מירנה יכולים באופן חד משמעי להבחין בין סוגי תאים, כוללים תאי גזע עובריים, תאים מבשר, ותאי הבדיל סופני 24,25. מעל 250 miRNAs באים לידי ביטוי ברשתית. בהתבסס על מחקרים אלה, אנו משערים כי miRNAs לשחק תפקיד חשוב בהתמיינות של הרשתית משב"ס.
מטרת דו"ח זה היא לתאר את הפרוטוקולים להתמיינות של הרשתית מIMR90-4 תאים iPS, אוסף של RNA לניתוח על ידי microarray, והניתוח של נתונים microarray לזהות miRNAs שבאים לידי ביטוי באופן דיפרנציאלי בין שלושה סוגי תאים, תאי iPS , IPS-הרשתית ורשתית של העובר. RNA סה"כ היה שחולץ מן התרבויות של כל סוג תא והכלאה לmicroarray מירנה, המכיל בדיקות ספציפיות ל1,205 miRNAs אדם ו144 miRNAs הנגיפי. תוצאות microarray היו להשוותד כדי לקבוע אילו miRNAs באו לידי הביטוי באופן דיפרנציאלי בין סוגי התאים השונים. miRNAs עם 2 קיפול או שינוי של פי יותר בביטוי נבחרו לניתוח נוסף. תוכנת ניתוח מירנה שימשה כדי לזהות מטרות פוטנציאליות של miRNAs הביע באופן דיפרנציאלי וליצור רשתות סלולריות מוסדרים על ידי miRNAs שנבחר.
Protocol
Representative Results
Discussion
לסיכום, דו"ח זה מתאר את השיטות המשמשות לתאי iPS תרבות, IPS-הרשתית, ורשתית של העובר. הרשתית נובעת מiPS הן מורפולוגית ופונקציונלית דומות לרשתית של העובר. IPS-הרשתית גם מבטאת גנים הרשתית אופייניים כולל RPE65, CRALBP, PEDF, וLRAT 16. כדי להמשיך ולאפיין את התאים האלה, RNA הופק ומשמש לב?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
הדעות או טענות הכלולות במסמך זה הן התצוגות אישי של הכותבים ואינם להתפרש רשמי או כפי שמשקפים את הדעות של מחלקת הצבא או משרד ביטחון.
מחקר זה בוצע בזמן שהמחברים יטני א גרין, אלברטו מוניז, וראמש ר Kaini קיימו המועצה הלאומית למחקר דוקטורים Associateship מחקר בUSAISR.
מבחני microarray בוצעו על ידי מתקן המכון לחקר סרטן Microarray Core הילדים Greehey וביואינפורמטיקה המחלקה ב UT למדעי בריאות במרכז סן אנטוניו.
עבודה זו נתמכה על ידי תכנית הצבא האמריקאי לרפואה הקלינית שיקומית מחקר (CRMRP) ותכנית צבאית לרפואה תפעולית מחקר (MOMRP).
Materials
| mTeSR1 media + 5X supplement | Stem Cell Technologies | 5850 | |
| DMEM/F12 | Life Technologies | 11330-032 | |
| 2-Mercaptoethanol | Sigma | M-7154 | |
| Non essential amino acids | Hyclone(Fisher) | SH30853.01 | |
| Knockout serum replacement | Life Technologies | 10828-028 | |
| Gentamicin | Life Technologies | 15750-060 | |
| MEM media | Life Technologies | 10370-021 | |
| N1 supplement | Sigma | N-6530-5ML | |
| Taurine | Sigma | T-8691-25G | |
| Hydrocortisone | Sigma | H0888-1G | |
| Fetal bovine serum | Hyclone(Fisher) | SH3008803HI | |
| Triiodo-l-thyronine sodium salt | Sigma | T6397 | |
| Sodium hydroxide | Sigma | S5881 | |
| Fetal RPE media RTEGM kit | Life Technologies | 195406 | |
| Dispase | Life Technologies | 17105-041 | |
| Matrigel | BD Biosciences | 354277 | |
| Phosphate buffered saline | Hyclone(Fisher) | 10010-023 | |
| Trypsin | Hyclone(Fisher) | 25200-072 | |
| Miltenyi Biotec washing buffer | StemGent | 130-092-987 | |
| Miltenyi Biotec rinsing buffer | StemGent | 130-092-222 | |
| Anti-TRA-1-60 microbead kit | StemGent | 130-095-816 | |
| Miltenyi Biotec cell sorter column | StemGent | 130-021-101 | |
| RNeasy micro kit | Qiagen | 74004 | |
| QIA shredder | Qiagen | 79654 | |
| RNA 6000 Pico LabChip kit | Agilent | G2938-90046 | |
| Human miRNA microarray v16 | Agilent | G4471A |
Referências
- Yu, Z., et al. miRNAs regulate stem cell self-renewal and differentiation. Front Genet. 3, 191 (2012).
- Romano, G., et al. A commentary on iPS cell biology: Potential applications in autologous tissue and cell transplantation, development of new models for the study of human pathological conditions and drug screening. J Cell Physiol. 229, 148-152 (2014).
- Almeida, P. E., et al. Immunogenicity of pluripotent stem cells and their derivatives. Circ Res. 112, 549-561 (2013).
- Buchholz, D. E., et al. Derivation of functional retinal pigmented epithelium from induced pluripotent stem cells. Stem Cells. 27, 2427-2434 (2009).
- Kokkinaki, M., et al. Human induced pluripotent stem-derived retinal pigment epithelium (RPE) cells exhibit ion transport, membrane potential, polarized vascular endothelial growth factor secretion, and gene expression pattern similar to native RPE. Stem Cells. 29, 825-835 (2011).
- Bharti, K., et al. The new paradigm: retinal pigment epithelium cells generated from embryonic or induced pluripotent stem cells. Pigment Cell Melanoma Res. 24, 21-34 (2011).
- Park, I. H., et al. Reprogramming of human somatic cells to pluripotency with defined factors. Nature. 451, 141-146 (2008).
- Pera, M. F. Stem cells. A new year and a new era. Nature. 451, 135-136 (2008).
- Subba Rao, M., et al. Thinking outside the liver: Induced pluripotent stem cells for hepatic applications. World J Gastroenterol. 19, 3385-3396 (2013).
- Yoshida, Y., Yamanaka, S. iPS cells: a source of cardiac regeneration. J Mol Cell Cardiol. 50, 327-332 (2011).
- Lee, K. S., et al. Human sensory neurons derived from induced pluripotent stem cells support varicella-zoster virus infection. PLoS One. 7, (2012).
- Alipio, Z., et al. Reversal of hyperglycemia in diabetic mouse models using induced-pluripotent stem (iPS)-derived pancreatic beta-like cells. Proc Natl Acad Sci U S A. 107, 13426-13431 (2010).
- la Cour, M., Tezel, T. The retinal pigment epithelium. Adv Organ Biol. 10, 253-272 (2005).
- Carr, A. J., et al. Protective effects of human iPS-derived retinal pigment epithelium cell transplantation in the retinal dystrophic rat. PLoS One. 4, (2009).
- Schwartz, S. D., et al. Embryonic stem cell trials for macular degeneration: a preliminary report. Lancet. 379, 713-720 (2012).
- Muniz, A., et al. Retinoid uptake, processing and secretion in human iPS-RPE support the visual cycle. Invest Ophthalmol Vis Sci. 55, 198-209 (2014).
- Leonardo, T. R., et al. The functions of microRNAs in pluripotency and reprogramming. Nat Cell Biol. 14, 1114-1121 (2012).
- Arora, A., et al. Prediction of microRNAs affecting mRNA expression during retinal development. BMC Dev Biol. 10, (2010).
- Huntzinger, E., Izaurralde, E. Gene silencing by microRNAs: contributions of translational repression and mRNA decay. Nat Rev Genet. 12, 99-110 (2011).
- Mallanna, S. K., Rizzino, A. Emerging roles of microRNAs in the control of embryonic stem cells and the generation of induced pluripotent stem cells. Dev Biol. 344, 16-25 (2010).
- Guo, H., et al. Mammalian microRNAs predominantly act to decrease target mRNA levels. Nature. 466, 835-840 (2010).
- Adijanto, J., et al. Microphthalmia-associated transcription factor (MITF) promotes differentiation of human retinal pigment epithelium (RPE) by regulating microRNAs-204/211 expression. J Biol Chem. 287, 20491-20503 (2012).
- Hu, G., et al. Identification of miRNA signatures during the differentiation of hESCs into retinal pigment epithelial cells. PLoS One. 7, (2012).
- Wilson, K. D., et al. MicroRNA profiling of human-induced pluripotent stem cells. Stem Cells Dev. 18, 749-758 (2009).
- Neveu, P., et al. MicroRNA profiling reveals two distinct p53-related human pluripotent stem cell states. Cell Stem Cell. 7, 671-681 (2010).
- Maminishkis, A., et al. Confluent monolayers of cultured human fetal retinal pigment epithelium exhibit morphology and physiology of native tissue. Invest Ophthalmol Vis Sci. 47, 3612-3624 (2006).
- Qiagen, miRNeasy Mini Handbook. Sample and Assay Technologies. , (2013).
- . Microarray System with miRNA Complete Labeling and Hyb Kit. Agilent Technologies. , (2011).
- . Maintenance of hESCs and hiPSCs in mTESR1 and mTESR2. Stem Cell Technologies. , (2010).
- . The Analysis of DNA or RNA using its wavelengths: 230 nm, 260 nm, 280 nm. About Biotechnology. , (2013).
