Dérivation sans chargeur-de cellules progénitrices de la crête neurale souches pluripotentes humaines cellules
Summary
Abstract
Cellules souches pluripotentes humaines (hPSCs) ont un grand potentiel pour l'étude du développement embryonnaire humain, pour la modélisation des maladies humaines dans le plat et comme une source de cellules transplantables pour des applications de régénération après la maladie ou les accidents. Les cellules de la crête neurale (CN) sont les précurseurs pour une grande variété de cellules somatiques adultes, comme les cellules du système nerveux périphérique et les cellules gliales, les mélanocytes et les cellules mésenchymateuses. Ils sont une source précieuse de cellules pour étudier les aspects du développement embryonnaire humaine, y compris la spécification du destin cellulaire et la migration. En outre la différenciation de cellules progénitrices CN en types de cellules à différenciation terminale offre la possibilité de modéliser les maladies humaines in vitro, étudier les mécanismes de la maladie et de générer des cellules pour la médecine régénératrice. Cet article présente l'adaptation d'un protocole in vitro de différenciation actuellement disponibles pour la dérivation de cellules NC de hPSCs. Ce nouveau protocole nécessite 18 jours de différenciation, est facilement extensible et hautement reproductible entre cellules embryonnaires humaines (CSEh souches) des lignes ainsi que les cellules souches pluripotentes humaines induites (hiPSC) des lignes sans chargeur. Les anciens et les nouveaux protocoles donnent des cellules NC de l'identité égale.
Introduction
Cellules souches embryonnaires humaines (CSEh) et les cellules souches pluripotentes humaines induites (hiPSC) ont montré un immense potentiel, en particulier pour l'enquête et le traitement futur des maladies humaines, pour laquelle aucun des modèles animaux de bonnes ni de tissus primaires sont disponibles. Exemples d'applications pour la technologie CSEh / hiPSC sont les suivantes: les cellules d'intérêt particulier peuvent être générés à partir de CSEh / hiPSCs pour la médecine régénérative à une quantité illimitée. Les cellules peuvent être produites à partir de patients porteurs d'une maladie spécifique et utilisées pour établir des modèles in vitro de la maladie 2,3. Ces modèles de la maladie peuvent alors être utilisés pour le dépistage de drogues à grande échelle dans la recherche de nouveaux composés médicamenteux 4 ainsi que les essais de médicaments existants pour l'efficacité et la toxicité du 5. Dans des modèles de maladie in vitro peuvent conduire à l'identification des mécanismes de la maladie de nouveaux. Pour toutes les applications de la technologie CSEh / iPSC il est important de travailler avec spécifique, bien définirtypes d cellulaires touchées dans la maladie d'intérêt. Ainsi, la disponibilité de protocoles de différenciation in vitro solides et reproductibles est essentiel pour toutes les applications de la technologie CSEh / hiPSC. Protocoles sont souhaitables qui montrent une variabilité minimale, dépense de temps, d'efforts, la difficulté et le coût ainsi que la reproductibilité maximale entre les lignes CSEh / hiPSC et différents chercheurs.
Cellules de la crête neurale (NC) apparaissent pendant la neurulation vertébrés entre l'épiderme et l'épithélium neural. Elles prolifèrent et migrent largement tout au long de l'embryon en développement et donnent lieu à une impressionnante diversité de types de cellules de la descendance, y compris des os / du cartilage, du squelette cranio-facial, les nerfs sensoriels, les cellules de Schwann, les mélanocytes, les cellules musculaires lisses, les neurones entériques, neurones autonomes, des cellules chromaffines , les cellules du septum cardiaque, des dents et des surrénales / thyroïde cellules glandulaires 6. Ainsi, des cellules NC sont un type de cellule attractive pour le domaine des cellules souches et important pour lemodélisation d'une variété de maladies, telles que la maladie de Hirschsprung 7, dysautonomie familiale 8, ainsi que les cancers tels que le neuroblastome 9. En outre, ils offrent la possibilité d'étudier les aspects du développement embryonnaire humain in vitro.
Actuellement disponibles et largement utilisés dans le protocole de différenciation in vitro pour la dérivation de cellules NC à partir de CSEh 10,11 nécessite jusqu'à 35 jours de différenciation et il implique l'induction neurale sur les cellules stromales de connexion telles que les cellules MS5 et est donc effectuée dans des conditions mal définies. Alors qu'il peut être mis à échelle pour produire de grandes quantités de cellules NC, par exemple nécessaire pour haut débit médicament dépistage 4, c'est la main-d'œuvre et coûteux. En outre, elle implique des passages manuel de rosettes de neurones, ce qui peut être difficile à reproduire, et donc est soumis à une variabilité dans l'ensemble, en particulier lorsqu'elle est appliquée à une grande variété de hESC ou hiPSClignes. Ici, la dérivation progressive des cellules NC dans un protocole de 18 jours qui est libre de cellules nourricières est affiché. Cette méthode est plus courte et plus défini que le protocole actuellement utilisé. En outre, il est très robuste dans la génération de cellules NC entre les différentes lignes de hiPSC. Surtout, il est démontré que les cellules NC produites par les deux protocoles émergent à la frontière de rosettes neurales (ci-après appelé rosette-NC ou R-NC). Les cellules dérivées en utilisant soit des deux protocoles semblent morphologiquement identiques, ils expriment les mêmes marqueurs NC et se regroupent dans l'analyse des microréseaux. Des cellules NC obtenues à l'aide du nouveau protocole (R-NC) sont fonctionnels, semblables à des cellules dérivées NC en utilisant l'ancien protocole (MS5-R-NC) de telle sorte qu'ils peuvent migrer et se différencier en neurones supplémentaire. Par conséquent, les cellules peuvent être utilisées en même temps que les cellules MS5-R-CN. Le protocole de la cellule R-NC pour la dérivation de cellules NC à partir de CSEh / iPSC sera utile pour toutes les applications de la technologie CSEh / iPSC impliquant la lignée NC. </ P>
Protocol
Representative Results
Discussion
Pour la différenciation réussie de cellules R-NC de CSEh / hiPSCs les considérations suivantes doivent être prises. Il est essentiel de travailler dans des conditions de culture stériles à tout moment. En particulier, il est important de tester les cultures HPSC pour contamination par des mycoplasmes régulièrement, depuis cette contamination va entraver la différenciation réussie, mais ne peut pas être facilement détecté visuellement dans les cultures HPSC. La différenciation R-NC doit être instauré à l…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par une bourse pour chercheurs avancés du Fonds national suisse de la science et par des subventions de NYSTEM (C026446; C026447) et l'initiative sur les cellules souches Tri-institutionnel (Fondation Starr).
Materials
| Regents | company | cataloge number | comments |
| DMEM | Gibco-Life Technologies | 11965-092 | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Atlanta Biologicals | S11150 | |
| DMEM/F12 | Gibco-Life Technologies | 11330-032 | |
| Knockout Serum Replacement | Gibco-Life Technologies | 10828-028 | Lot should be tested |
| L-Glutamine | Gibco-Life Technologies | 25030-081 | |
| Penicinlin/Streptomycin | Gibco-Life Technologies | 15140-122 | |
| MEM minimum essential amino acids solution | Gibco-Life Technologies | 11140-050 | |
| β-Mercaptoethanol | Gibco-Life Technologies | 21985-023 | toxic |
| Recombinant human FGF basic (FGF2) | R&D Systems | 233-FB-001MG/CF | |
| Knockout DMEM | Gibco-Life Technologies | 10829-018 | |
| DMEM/F12 powder | Invitrogen | 12500-096 | |
| Glucose | Sigma | G7021 | |
| Sodium Bicarbonate | Sigma | S5761 | |
| APO human transferrin | Sigma | T1147 | |
| Human insulin | Sigma | A4034 | |
| Putriscine dihydrochloride | Sigma | P5780 | |
| Selenite | Sigma | S5261 | |
| Progesterone | Sigma | P8783 | |
| Matrigel matrix | BD Biosciences | 354234 | |
| Poly-L Ornithin hydrobromide | Sigma | P3655 | |
| Mouse Laminin-I | R&D Systems | 3400-010-01 | |
| Fibronectin | BD Biosciences | 356008 | |
| Dispase in Hank's Balanced Salt Solution 5U/ml | Stem Cell Technologies | 7013 | |
| Trypsin-EDTA | Gibco-Life Technologies | 25300-054 | |
| Y-27632 dihydrochloride | Tocris-R&D Systems | 1254 | |
| LDN193189 | Stemgent | 04-0074 | |
| SB431542 | Tocris-R&D Systems | 1614 | |
| Accutase | Innovative Cell Technologies | AT104 | |
| Ascorbic Acid | Sigma | A4034 | |
| BDNF | R&D Systems | 248-BD | |
| FGF8 | R&D Systems | 423-F8 | |
| Mouse recombinant sonic hedgehog (SHH) | R&D Systems | 464SH | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Atlanta Biologicals | S11150 | |
| HBSS | Gibco-Life Technologies | 14170-112 | |
| HEPES | Gibco-Life Technologies | 1563-080 | |
| Human recombinant EGF | R&D Systems | 236EG | |
| gelatin (PBS without Mg/Ca) | in house | ||
| Antibodies: | |||
| Anti HNK-1/N-Cam (CD57) mIgM | Sigma | C6680-100TST | lot should be tested |
| Anti-p75 mIgG1 (Nerve Growth factor receptor) | Advanced Targeting Systems | AB-N07 | lot should be tested |
| APC rat anti-mIgM | BD Parmingen | 550676 | lot should be tested |
| AlexaFluor 488 goat anti-mouse IgG1 | Invitrogen | A21121 | lot should be tested |
| Anti Oct4 mIgG2b (used at 1:200 dilution) | Santa Cruz | sc-5279 | lot should be tested |
| Material/Equipment: | |||
| Mouse embryonic fibroblasts (7 million cells/vial) | GlobalStem | GSC-6105M | |
| Cell culture dishes: 10cm and 15 cm plates, centrifuge tubes, FACS tubes, pipetts, pipet tips | |||
| Glass hematocytometer | |||
| Cell culture centrifuge | |||
| Cell culture incubator (CO2, humidity and temperature controlled) | |||
| Cell culture laminar flow hood with embedded microscope | |||
| Cell culture biosafety hood | |||
| Cell sorting machine, i.e. MoFlo | |||
| Inverted microscope | |||
| 1 ml TB syringe 27Gx1/2 | BD Biosciences | 309623 | |
| Cell lifter Polyethylene | Corning Incorporated | 3008 |
Referências
- Lee, G., Studer, L. Induced pluripotent stem cell technology for the study of human disease. Nat Methods. 7, 25-27 (2010).
- Lee, G., et al. Modelling pathogenesis and treatment of familial dysautonomia using patient-specific iPSCs. Nature. 461, 402-406 (2009).
- Ebert, A. D., et al. Induced pluripotent stem cells from a spinal muscular atrophy patient. Nature. 457, 277-280 (2009).
- Lee, G., et al. Large-scale screening using familial dysautonomia induced pluripotent stem cells identifies compounds that rescue IKBKAP expression. Nat Biotechnol. 30, 1244-1248 (2012).
- Zimmer, B., et al. Evaluation of developmental toxicants and signaling pathways in a functional test based on the migration of human neural crest cells. Environ Health Perspect. 120, 1116-1122 (2012).
- Dupin, E., Sommer, L. Neural crest progenitors and stem cells: from early development to adulthood. Dev Biol. 366, 83-95 (2012).
- McKeown, S. J., Stamp, L., Hao, M. M., Young, H. M. Hirschsprung disease: a developmental disorder of the enteric nervous system. Wiley Interdiscip Rev Dev Biol. 2, 113-129 (2013).
- Slaugenhaupt, S. A., et al. Tissue-specific expression of a splicing mutation in the IKBKAP gene causes familial dysautonomia. Am J Hum Genet. 68, 598-605 (2001).
- Cheung, N. K., Dyer, M. A. Neuroblastoma: developmental biology, cancer genomics and immunotherapy. Nat Rev Cancer. 13, 397-411 (2013).
- Lee, G., et al. Isolation and directed differentiation of neural crest stem cells derived from human embryonic stem cells. Nat Biotechnol. 25, 1468-1475 (2007).
- Lee, G., Chambers, S. M., Tomishima, M. J., Studer, L. Derivation of neural crest cells from human pluripotent stem cells. Nat Protoc. 5, 688-701 (2010).
- Chambers, S. M., et al. Highly efficient neural conversion of human ES and iPS cells by dual inhibition of SMAD signaling. Nat Biotechnol. 27, 275-280 (2009).
- Itoh, K., et al. Reproducible establishment of hemopoietic supportive stromal cell lines from murine bone marrow. Exp Hematol. 17, 145-153 (1989).
- Barberi, T., et al. Neural subtype specification of fertilization and nuclear transfer embryonic stem cells and application in parkinsonian mice. Nat Biotechnol. 21, 1200-1207 (2003).
- Elkabetz, Y., et al. Human ES cell-derived neural rosettes reveal a functionally distinct early neural stem cell stage. Genes Dev. 22, 152-165 (2008).
- Mica, Y., Lee, G., Chambers, S. M., Tomishima, M. J., Studer, L. Modeling neural crest induction, melanocyte specification, and disease-related pigmentation defects in hESCs and patient-specific iPSCs. Cell Rep. 3, 1140-1152 (2013).
- Molofsky, A. V., et al. Bmi-1 dependence distinguishes neural stem cell self-renewal from progenitor proliferation. Nature. 425, 962-967 (2003).
