3D Coltivazione di Organoidi dall'Epitelio Villi Intestinale sottoposti a Dedifferenziazione
Summary
La procedura descrive l’isolamento dei villi dall’epitelio intestinale del topo sottoposto a dedifferenziazione per determinare il loro potenziale di formazione organoide.
Abstract
La clonogenicità degli organoidi dell’epitelio intestinale è attribuita alla presenza di cellule staminali in esso. L’epitelio intestinale di topo è compartimentato in cripte e villi: le cellule staminali e proliferanti sono confinate nelle cripte, mentre l’epitelio villi contiene solo cellule differenziate. Quindi, le normali cripte intestinali, ma non i villi, possono dare origine a organoidi nelle colture 3D. La procedura qui descritta è applicabile solo all’epitelio villus sottoposto a dedifferenziazione che porta allo staminale. Il metodo descritto utilizza il topo mutante condizionale Smad4-loss-of-function:β-catenina gain-of-function (Smad4 KO:β-cateninaGOF). La mutazione fa sì che i villi intestinali dedifferenziati e generino cellule staminali nei villi. I villi intestinali sottoposti a dedifferenziazione vengono raschiati via dall’intestino usando vetrini, posti in un colino da 70 μm e lavati più volte per filtrare eventuali cellule sciolte o cripte prima della placcatura nella matrice BME-R1 per determinare il loro potenziale organoide-formante. Due criteri principali sono stati utilizzati per garantire che gli organoidi risultanti fossero sviluppati dal compartimento dei villi dedifferenzianti e non dalle cripte: 1) valutare microscopicamente i villi isolati per garantire l’assenza di cripte tethered, sia prima che dopo la placcatura nella matrice 3D, e 2) monitorare il corso temporale dello sviluppo organoide dai villi. L’iniziazione organoide dai villi avviene solo da due a cinque giorni dopo la placcatura e appare di forma irregolare, mentre gli organoidi derivati dalla cripta dello stesso epitelio intestinale sono evidenti entro sedici ore dalla placcatura e appaiono sferici. Il limite del metodo, tuttavia, è che il numero di organoidi formati e il tempo necessario per l’iniziazione organoide dai villi variano a seconda del grado di dedifferenziazione. Quindi, a seconda della specificità della mutazione o dell’insulto che causa la dedifferenziazione, lo stadio ottimale in cui i villi possono essere raccolti per saggiare il loro potenziale organoide-formante, deve essere determinato empiricamente.
Introduction
Le cripte intestinali ma non i villi, formano organoidi quando coltivate in matrice Matrigel o BME-R1. Questi organoidi sono strutture auto-organizzanti, spesso indicate come il “mini-intestino” a causa della presenza dei vari lignaggi differenziati, progenitori e cellule staminali presenti nell’epitelio intestinale in vivo. Il potenziale di formare organoidi dalle cripte è attribuito alla presenza di cellule staminali1. I villi intestinali d’altra parte sono costituiti solo da cellule differenziate e quindi non possono formare organoidi. Tuttavia, mutazioni2 o condizioni che consentono la dedifferenziazione dell’epitelio villi possonoportarea cellule staminali nei villi 2,3. Questo cambiamento di destino con conseguente staminalità nell’epitelio villi può essere confermato placcando l’epitelio villi dedifferenziante in matrice 3D per determinare il loro potenziale organoide-formante come indicatore di staminalità de-novo nell’epitelio villus. Quindi, l’aspetto critico di questa procedura è quello di garantire l’assenza di contaminazione della cripta.
La mutazione condizionale Smad4 KO:β-cateninaGOF provoca dedifferenziazione nell’epitelio intestinale caratterizzata dall’espressione di marcatori di proliferazione e cellule staminali nei villi, ed eventualmente la formazione di strutture simili a cripte nei villi denominate cripte ectopiche La presenza di cellule staminali questi villi dedifferenziati è stata determinata dall’espressione di marcatori di cellule staminali nelle cripte ectopiche (in vivo) e dalla capacità dei villi mutanti di formare organoidi wh en placcato Matrigel3. La procedura di seguito indicata elabora la metodologia utilizzata per confermare la staminalitàdell’epitelio intestinale dedifferenziante nei topi mutanti Smad4 KO:β-cateninaGOF. Una caratteristica chiave di questa metodologia per isolare i villi era l’uso del raschiamento del lume intestinale, al contrario del metodo di chelazione EDTA4. A differenza del metodo di chelazione EDTA, l’isolamento dei villi mediante raschiatura trattiene la maggior parte del mesenchima sottostante e consente di regolare la pressione di raschiatura per produrre villi senza cripte tethered. La pressione di raschiatura è soggettiva per l’operatore, quindi la pressione ottimale per produrre villi senza cripte tethered deve essere determinata empiricamente dall’operatore. L’aspetto critico di questa procedura è quello di garantire l’assenza di contaminazione da cripta mediante esame microscopico dei villi sia prima che dopo la placcatura nella matrice BME-R1.
I villi intestinali vengono raschiati via dal lume intestinale con vetrini e posti in un filtro da 70 μm e lavati con PBS per eliminare le cellule sciolte o le cripte, se presenti, prima della placcatura in matrice BME-R1. Il metodo sottolinea i seguenti criteri per evitare la contaminazione della cripta: a) confinare i villi raccogliere la metà prossimale del duodeno dove i villi sono più lunghi, b) ridurre al minimo il numero di graffi che producono villi, c) lavare il filtro contenente i villi attraverso una serie di PBS in un piatto a sei pozzetti e d) confermare l’assenza di contaminazione della cripta mediante esame microscopico prima e dopo la placcatura in matrice BME-R1. L’isolamento dei villi mediante raschiatura, piuttosto che per chelazione EDTA, impedisce la completa perdita del mesenchima sottostante che può fornire i segnali di nicchia5,6,7,8,se necessario, per l’iniziazione organoide dall’epitelio villuso.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo metodo può confermare la capacità di auto-rinnovamento dell’epitelio villi dedifferenziante che acquisisce marcatori di cellule staminali in vivo. Il normale epitelio intestinale può dare origine ad organoidi dalla cripta ma non dal compartimento dei villi, se coltivati in 3D a causa della presenza di cellule staminali nelle cripte1. Pertanto, la formazione di organoidi dall’epitelio villi dedifferenziato coltivato in colture 3D conferma la formazione di cellule staminali dall’i…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questa pubblicazione è stata supportata dal numero di premio K22 CA218462-03 del NIH National Cancer Institute. Le cellule HEK293-T che esprimono R-Spondin1 sono state un dono generoso del Dr. Michael P. Verzi.
Materials
| Advanced DMEM F-12 media | Gibco | 12634010 | |
| 3,3-diaminobenzidine | Vector Labs | SK-4105 | |
| 96 well U-bottom plate | Fisher Scientific | FB012932 | |
| ABC kit | Vector Labs | PK4001 | |
| Angled scissor | Fisher Scientific | 11-999 | |
| Animal-Free Recombinant Human EGF | Peprotech | AF-100-15 | |
| B-27 Supplement (50X), minus vitamin A | Gibco | 12587010 | |
| Bovine Serum Albumin (BSA) Protease-free Powder | Fisher Scientific | BP9703100 | |
| CD44 antibody | BioLegend | 1030001 | |
| Cdx2 antibody | Cell Signaling | 12306 | |
| Corn oil | Sigma-Aldrich | C8267-500ML | |
| Corning 70-micron cell strainer | Life Sciences | 431751 | |
| Cultrex Reduced Growth Factor Basement Membrane Extract, Type R1 | R&D | 3433-005-R1 | |
| Dissection scissors | Fisher Scientific | 22-079-747 | |
| Forceps | Fisher Scientific | 17-456-209 | |
| Glutamax (100X) | Gibco | 35050-061 | |
| HEK 293-T cells expressing RSPO-1 | Gift from Dr. Michael Verzi | ||
| HEPES (1M) | Gibco | 15630-080 | |
| Histogel | Thermoscientific | HG-4000-012 | |
| Mesh filter | Fisher Scientific | 07-201-431 | |
| Micrscope glass slide | VWR | 89218-844 | |
| N-2 Supplement (100X) | Gibco | 17502048 | |
| N-acetyl cysteine | Sigma-Aldrich | A9165 | |
| p200 Blunt tips | VWR | 46620-642 | |
| Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL) | Gibco | 15140-122 | |
| Primocin (50mg/mL) | Invivogen | ant-pm-1 | |
| Quality Biological Inc PBS (10X) | Fisher Scientific | 50-146-770 | |
| Recombinant Murine Noggin | Peprotech | 250-38 | |
| Signal diluent | Cell Signaling | 8112L | |
| Tamoxifen | Sigma-Aldrich | T5648-1G | |
| 6-well tissue culture plate | Fisher Scientific | 50-146-770 |
Referências
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