Isolamento e Cultura della Dental epiteliali cellule staminali del topo adulto Incisor
Summary
Il mouse in continua crescita incisivo fornisce un modello per lo studio rinnovamento dei tessuti dentali da cellule staminali epiteliali dentali (desc). Un sistema robusto per modo coerente e affidabile l'ottenimento di tali cellule dal incisivo e in espansione in vitro è riportato qui.
Abstract
La comprensione dei meccanismi cellulari e molecolari che sono alla base di rigenerazione del dente e di rinnovamento è diventato un argomento di grande interesse 1-4, e l'incisivo del mouse fornisce un modello per questi processi. Questo notevole organo cresce continuamente per tutta la vita dell'animale e genera tutti i tipi di cellule necessarie dal pool attivi di cellule staminali adulte ospitate nella labiale (verso il labbro) e linguale (verso la lingua) ciclo cervicale (CL) le regioni. Solo le cellule staminali dentarie dal labiale CL danno luogo a ameloblasts che generano smalto, il rivestimento esterno dei denti, sulla superficie labiale. Questa formazione smalto asimmetrico permette all'abrasione sulla punta degli incisivi, e progenitori e cellule staminali nel incisivo prossimale garantire che i tessuti dentali sono costantemente rifornite. La capacità di isolare e coltivare cellule progenitrici o staminali in vitro permette loro espansione e apre porte a numerosi esperimenti non realizzabili in vivo, come high velocità sperimentazione delle potenzialità delle cellule staminali fattori regolatori. Qui, descriviamo e dimostrare un metodo affidabile e coerente per le cellule di coltura dalla CL labiale dell'incisivo mouse.
Introduction
Una delle caratteristiche uniche di vertebrati è l'evoluzione dei denti. Il dente è diventato un importante sistema modello per molte aree di ricerca, come le vie molecolari e specializzazioni morfologiche relativi a questo organo sono stati indagati da diverse prospettive, anche biologi dello sviluppo ed evolutivi 5. Più recentemente, il campo della medicina rigenerativa ha iniziato a ottenere preziose informazioni utilizzando il dente come modello. In particolare, la scoperta delle cellule staminali epiteliali Dental è un importante progresso 6-13.
Tutti i roditori possiedono incisivi in continua crescita la cui crescita è alimentata dalle cellule staminali, rendendo questi denti di un sistema modello accessibile a studiare regolamento sulle cellule staminali adulte. Esperimenti di etichettatura nel 1970 10,11, seguita da lignaggio genetico esperimenti di tracciamento 8,9,12,14, hanno dimostrato che desc risiedono nella regione prossimale del incisivo. Lo steloprogenie di cellule nel compartimento epiteliale sul lato labiale mossa dalla nicchia putativo, noto come il ciclo cervicale labiale (CL), e contribuire ad una popolazione di cellule chiamate transito amplificando (TA) cellule (Figura 1). In particolare, desc risiedono nell'epitelio esterno dello smalto (OEE) e stellate reticolo (SR) 8,9,14, e lo smalto epitelio interno (IEE) dà origine alle cellule TA che il progresso attraverso un numero limitato di cicli cellulari e poi mossa distalmente lungo la lunghezza della incisivo (Figura 1). Le ameloblasts differenziazione nel incisivo topo continuano a muoversi distalmente lungo l'incisivo ad un tasso notevole di circa 350 micron in un solo giorno 15,16. Come si muovono, le cellule si differenziano in ameloblasts maturi e strato e transizione (SI) cellule. Dopo aver depositato l'intero spessore della matrice dello smalto, molti dei ameloblasts subiscono apoptosi, e le cellule rimanenti ridursi in dimensione e regolare smalto maturazione <sup> 17. La stirpe degli altri tipi di cellule del labiale CL, come la SR, è meno chiaro, e dati relativi alle cellule staminali nel mesenchima 18 e nella linguale CL stanno solo iniziando a emergere.
Utilizzando il modello incisivo del mouse, un certo numero di gruppi hanno lavorato per chiarire i percorsi genetici e cellulari processi biologici coinvolti nella naturale a base di cellule staminali rinnovo dell'organo. Tuttavia, il labiale CL contiene un numero relativamente piccolo di cellule, stimato in circa 5.000 a incisivo mouse, che rende il lavoro con cellule primarie impegnativo. Pertanto, gli sforzi sono stati fatti per la cultura ed espandere queste cellule in vitro 6,16,19,20 per aprire nuove porte per approcci sperimentali che non sono realizzabili in vivo. Lo studio più recente ha dimostrato che queste cellule possono sia auto-rinnovarsi e di differenziarsi in cellule che esprimono amelogenin quando coltivate 13. Qui, descriviamo e dimostrare un metodo per ªe cultura affidabile e coerente delle cellule dal labiale del mouse CL.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le cellule epiteliali erano di prima con successo coltivate oltre 40 anni fa 21-24 e, più recentemente, di successo isolamento di cellule staminali epiteliali 25-27 ha avanzato la nostra conoscenza della biologia epiteliale. Riportiamo un protocollo per isolare la desc dell'incisivo topo adulto, una popolazione relativamente poco studiato delle cellule staminali che ha il potenziale per produrre importanti intuizioni in biologia dentale e la formazione dello smalto. Questo protocollo è stato …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori ringraziano Xiu-Ping Wang aiuto iniziale con culture DESC. Gli autori sono finanziati in parte da borse di studio e sovvenzioni dal National Institutes of Health (K99-DE022059 a AHJ, K12-GM081266 a MGC, K08-DE022377-02 a OH e R01-DE021420 a ODK).
Materials
| Forceps, size 5 | Fine Science Tools | 11251-30 | FST by Dumont, Dumoxel, |
| Forceps Straight, fine, 3.5 | Roboz | RS5070 | |
| Razorblades | Electron Microscopy Services | #71960 | |
| Scalpel Handle No.3 | VWR | ||
| Feather Blade No. 15 | Electron Microscopy Services | #72044-15 | Surgical Stainless Steel |
| Collagenase Type-1 filtered | Worthington Biochemical Corporation | #4214 | |
| Insulin syringe | BD | #329424 | |
| Accumax | EMD Millipore | #SCR006 | |
| DMEM/F12 | Gibco | 11320-033 | |
| EGF | R&D | 2028-EG-200 | |
| FGF2 | R&D | 233-FB-025 | |
| B27 Supplement | Gibco | 10889-038 |
References
- Sharpe, P. T., Young, C. S. Test-tube teeth.. Sci Am. 293, 34-41 (2005).
- D’Souza, R. N., Klein, O. D. Unraveling the molecular mechanisms that lead to supernumerary teeth in mice and men: Current concepts and novel approaches. Cells Tissues Organs. 186, 60-69 (2007).
- Jernvall, J., Thesleff, I. Tooth shape formation and tooth renewal: evolving with the same signals. Development. 139, 3487-3497 (2012).
- Yen, A. H., Yelick, P. C. Dental Tissue Regeneration A Mini-Review. Gerontology. 57, 85-94 (2011).
- Jheon, A. H., Seidel, K., Biehs, B., Klein, O. D. From molecules to mastication: the development and evolution of tooth development. WIREs Dev Biol. 2, 165-182 (2013).
- Wang, X. P., et al. An integrated gene regulatory network controls stem cell proliferation in teeth. PLoS Biol. 5, (2007).
- Harada, H., et al. Localization of putative stem cells in dental epithelium and their association with Notch and FGF signaling. J Cell Biol. 147, 105-120 (1999).
- Juuri, E., et al. Sox2+ stem cells contribute to all epithelial lineages of the tooth via Sfrp5+ progenitors. Dev Cell. 23, 317-328 (2012).
- Seidel, K., et al. Hedgehog signaling regulates the generation of ameloblast progenitors in the continuously growing mouse incisor. Development. 137, 3753-3761 (2010).
- Smith, C. E., Warshawsky, H. Cellular renewal in the enamel organ and the odontoblast layer of the rat incisor as followed by radioautography using 3H-thymidine. Anat Rec. 183, 523-561 (1975).
- Smith, C. E., Warshawsky, H. Quantitative analysis of cell turnover in the enamel organ of the rat incisor. Evidence for ameloblast death immediately after enamel matrix secretion. Anat Rec. 187, 63-98 (1977).
- Parsa, S., et al. Signaling by FGFR2b controls the regenerative capacity of adult mouse incisors. Development. 137, 3743-3752 (2010).
- Chang, J. Y., et al. Self-renewal and multilineage differentiation of mouse dental epithelial stem cells. Stem Cell Res. 11, 990-1002 (2013).
- Biehs, B., et al. Bmi1 represses Ink4a/Arf and Hox genes to regulate stem cells in the rodent incisor. Nat Cell Biol. 15, 846-852 (2013).
- Hwang, W. S., Tonna, E. A. Autoradiographic Analysis of Labeling Indices and Migration Rates of Cellular Component of Mouse Incisors Using Tritiated Thymidine (H3tdr). J Dent Res. 44, 42-53 (1965).
- Li, C. Y., et al. E-cadherin regulates the behavior and fate of epithelial stem cells and their progeny in the mouse incisor. Dev Biol. 366, 357-366 (2012).
- Smith, C. E. Cellular and chemical events during enamel maturation. Crit Rev Oral Biol Med. 9, 128-161 (1998).
- Lapthanasupkul, P., et al. Ring1a/b polycomb proteins regulate the mesenchymal stem cell niche in continuously growing incisors. Dev Biol. 367, 140-153 (2012).
- Chavez, M. G., et al. Characterization of dental epithelial stem cells from the mouse incisor with two-dimensional and three-dimensional platforms. Tissue Eng Part C Methods. 19, 15-24 (2013).
- Kawano, S., et al. Establishment of dental epithelial cell line (HAT-7) and the cell differentiation dependent on Notch signaling pathway. Connect Tissue Res. 43, 409-412 (2002).
- Briggaman, R. A., Abele, D. C., Harris, S. R., Wheeler, C. E. Preparation and characterization of a viable suspension of postembryonic human epidermal cells. J Invest Dermatol. 48, 159-168 (1967).
- Fusenig, N. E. Isolation and cultivation of epidermal cells from embryonic mouse skin. Naturwissenschaften. 58, 421 (1971).
- Fusenig, N. E., Worst, P. K. Mouse epidermal cell cultures. I. Isolation and cultivation of epidermal cells from adult mouse skin. J Invest Dermatol. 63, 187-193 (1974).
- Rheinwald, J. G., Green, H. Serial cultivation of strains of human epidermal keratinocytes: the formation of keratinizing colonies from single cells. Cell. 6, 331-343 (1975).
- Barrandon, Y., Green, H. Three clonal types of keratinocyte with different capacities for multiplication. Proc Natl Acad Sci U S A. 84, 2302-2306 (1987).
- Blanpain, C., et al. Self-renewal, multipotency, and the existence of two cell populations within an epithelial stem cell niche. Cell. 118, 635-648 (2004).
- Toma, J. G., et al. Isolation of multipotent adult stem cells from the dermis of mammalian skin. Nat Cell Biol. 3, 778-784 (2001).
- Nowak, J. A., Fuchs, E. Isolation and culture of epithelial stem cells. Methods Mol Biol. 482, 215-232 (2009).
- Rheinwald, J. G., Green, H. Epidermal growth factor and the multiplication of cultured human epidermal keratinocytes. Nature. 265, 421-424 (1977).
- Brewer, G. J., Torricelli, J. R., Evege, E. K., Price, P. J. Optimized survival of hippocampal neurons in B27-supplemented Neurobasal, a new serum-free medium combination. J Neurosci Res. 35, 567-576 (1993).
- Lesuisse, C., Martin, L. J. Long-term culture of mouse cortical neurons as a model for neuronal development, aging, and death. J Neurobiol. 51, 9-23 (2002).
- Felszeghy, S., Suomalainen, M., Thesleff, I. Notch signalling is required for the survival of epithelial stem cells in the continuously growing mouse incisor. Differentiation. 80, 241-248 (2010).
- Fujimori, S., et al. Wnt/beta-catenin signaling in the dental mesenchyme regulates incisor development by regulating Bmp4. Dev Biol. 348, 97-106 (2010).
- Klein, O. D., et al. An FGF signaling loop sustains the generation of differentiated progeny from stem cells in mouse incisors. Development. 135, 377-385 (2008).
