Summary

Etablering av proliferativ tetraploid celler från icke-transforme humanfibroblaster

Published: January 08, 2017
doi:

Summary

Although proliferative polyploid cells are necessary to analyze chromosomal instability of polyploid cells, creating such cells from nontransformed human cells is not easy. The present report describes relatively simple procedures to establish proliferative tetraploid cells free of a diploid population from normal human fibroblasts.

Abstract

Polyploid (mostly tetraploid) cells are often observed in preneoplastic lesions of human tissues and their chromosomal instability has been considered to be responsible for carcinogenesis in such tissues. Although proliferative polyploid cells are requisite for analyzing chromosomal instability of polyploid cells, creating such cells from nontransformed human cells is rather challenging. Induction of tetraploidy by chemical agents usually results in a mixture of diploid and tetraploid populations, and most studies employed fluorescence-activated cell sorting or cloning by limiting dilution to separate tetraploid from diploid cells. However, these procedures are time-consuming and laborious. The present report describes a relatively simple protocol to induce proliferative tetraploid cells from normal human fibroblasts with minimum contamination by diploid cells. Briefly, the protocol is comprised of the following steps: arresting cells in mitosis by demecolcine (DC), collecting mitotic cells after shaking off, incubating collected cells with DC for an additional 3 days, and incubating cells in drug-free medium (They resume proliferation as tetraploid cells within several days). Depending on cell type, the collection of mitotic cells by shaking off might be omitted. This protocol provides a simple and feasible method to establish proliferative tetraploid cells from normal human fibroblasts. Tetraploid cells established by this method could be a useful model for studying chromosome instability and the oncogenic potential of polyploid human cells.

Introduction

Polyploidi har observerats inte bara i specialiserade vävnader hos däggdjursarter, utan också i en mängd olika patologiska tillstånd, såsom cancer och degenerativa sjukdomar. Polyploida (mestadels tetraploida celler) observeras ofta i preneoplastiska lesioner av mänskliga vävnader, såsom Barretts esofagus 1,2 eller skivepitelcancer intraepitelial lesioner i livmoderhalsen 3,4, och har ansetts vara en källa till maligna aneuploida celler i dessa vävnader 5 , 6. Även om det föreslås att omvandlingen av tetraploid till aneuploida celler kan vara en avgörande händelse i de tidiga stadierna av tumörbildning, är de mekanismer som är involverade i denna process inte helt klarlagt. Detta beror delvis på att ingen in vitro-modell har funnits där icke-transforme polyploida humana celler kan föröka sig.

Vissa forskare har inducerat tetraploidy i icke-transforme humana epitelceller genom generering av binucleated celler genom inhibiting cytokines 7-9. I denna metod är emellertid onödiga diploida celler måste elimineras genom fluorescensaktiverad cellsortering (FACS) 7,8 eller kloning genom begränsande spädning 9. Eftersom dessa förfaranden är arbetskrävande och inte lätt att utföra, för att enklare metoder fastställa icke-transforme tetraploida celler önskas för forskning på detta område.

I denna rapport beskriver vi ett protokoll för att etablera proliferativa tetraploida celler från normala humana fibroblaster eller telomeras-förevigat humana fibroblaster genom relativt enkla förfaranden. Procedurerna använder spindelgift demekolcin (DC) för att stoppa diploida celler i mitos och mitotiska celler som samlats in genom att skaka av ytterligare behandlas med DC. Diploida mitotiska celler som behandlats med DC för längre tid konvertera till tetraploida G1 celler, och dessa celler förökar sig som tetraploida celler efter tillväxtstopp under flera dagar efter borttagning läkemedel. Detta protokoll geren effektiv metod för att skapa en användbar modell för att studera sambandet mellan kromosom instabilitet och den onkogena potentialen hos polyploida humana celler.

Protocol

1. Cellodling Skaffa cellerna att inducera tetraploidy. Hittills har det bekräftats att denna teknik kan tillämpas på de humana fibroblastcellinjer TIG-1, BJ, IMR-90 och telomeras-förevigat TIG-1 (TIG-HT). Odla celler i minimalt essentiellt medium med α modifiering eller någon annan cell-odlingsmedium lämpat för den celltyp som skall studeras som kompletterats med 10% (volym / volym) värmeinaktiverat fetalt bovint serum (FBS) genom inkubering i en 5% (v / v) CO2 atmosfär vid 37 …

Representative Results

Enligt vår erfarenhet kan göras TIG-1-celler nästan helt tetraploid genom enkel kontinuerlig behandling med 0,1 | ig / ml DC under 4 dagar (Figur 2A). Däremot andra fibroblaster stammar, såsom BJ eller IMR-90, och TIG-HT-celler, blev en blandning av diploida och tetraploida populationer efter samma behandling, och isolering av mitotiska celler genom shake-off-metoden är nödvändig under kursen av DC-behandling (vanligen 16-18 timmar efter behandlingens början) <s…

Discussion

Ett stort problem i induktion av tetraploidy från diploida celler genom kemiska medel, antingen genom cytokines hämmare eller spindel hämmare, är att cellerna blir ofta en blandning av diploida och tetraploida populationer, och tetraploida celler måste separeras från diploida celler. Vanligaste metoder för isolering av en tetraploid befolkning utan diploida celler använder FACS eller kloning genom begränsande utspädning. Emellertid är dessa förfaranden är arbetskrävande och inte lätt att utföra. I denna …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We thank Mrs. Matsumoto for the technical assistance.

Materials

MEM-α Sigma-Aldrich M8042-500ML
Trypsin-EDTA Sigma-Aldrich T4174
FBS Sigma-Aldrich 172012-500ML
Demecolcine solution (10 μg/mL in HBSS) Sigma-Aldrich D1925-10ML
BD CycleTES Plus DNA Reagent Kits BD Biosciences #340242 For examination of DNA ploidy by flow cytometry
Human chromosome multicolor FISH probe 24XCyte MetaSystems #D-0125-060-DI Specialized filter set and software for mFISH analysis are necessary
Isis imaging system with mFISH  software  MetaSystems Specialized probe kit is necessary

References

  1. Rabinovitch, P., et al. Predictors of progression in Barrett’s esophagus III: baseline flow cytometric variables. Am. J. Gastroenterol. 96 (11), 3071-3083 (2001).
  2. Galipeau, P., et al. NSAIDs modulate CDKN2A, TP53, and DNA content risk for progression to esophageal adenocarcinoma. PLoS Med. 4 (2), e67 (2007).
  3. Olaharski, A., et al. Tetraploidy and chromosomal instability are early events during cervical carcinogenesis. Carcinogenesis. 27, 337-343 (2006).
  4. Liu, Y., et al. p53-independent abrogation of a postmitotic checkpoint contributes to human papillomavirus E6-induced polyploidy. Cancer Res. 67, 2603-2610 (2007).
  5. Davoli, T., de Lange, T. The causes and consequences of polyploidy in normal development and cancer. Annu Rev Cell Dev Biol. 27, 585-610 (2011).
  6. Fox, D., Duronio, R. Endoreplication and polyploidy: insights into development and disease. Development. 140, 3-12 (2013).
  7. Fujiwara, T., et al. Cytokinesis failure generating tetraploids promotes tumorigenesis in p53-null cells. Nature. 437, 1043-1047 (2005).
  8. Ganem, N., et al. Cytokinesis failure triggers hippo tumor suppressor pathway activation. Cell. 158 (4), 833-848 (2014).
  9. Kuznetsova, A., et al. Chromosomal instability, tolerance of mitotic errors and multidrug resistance are promoted by tetraploidization in human cells. Cell cycle. 14 (17), 2810-2820 (2015).
  10. Vindeløv, L., Christensen, I. Detergent and proteolytic enzyme-based techniques for nuclear isolation and DNA content analysis. Methods Cell Biol. 41, 219-229 (1994).
  11. Darzynkiewicz, Z., Juan, G. DNA content measurement for DNA ploidy and cell cycle analysis. Curr Protoc Cytom. , Chapter 7: Unit 7.5 (2001).
  12. Knutsen, T., Bixenman, H., Lawce, H., Martin, P. Chromosome analysis guidelines preliminary report. Cancer Genet Cytogenet. 52 (1), 11-17 (1991).
  13. Liehr, T., et al. Multicolor FISH probe sets and their applications. Histol. Histopathol. 19 (1), 229-237 (2004).
  14. Ohshima, S., Seyama, A. Formation of bipolar spindles with two centrosomes in tetraploid cells established from normal human fibroblasts. Hum. Cell. 25 (3), 78-85 (2012).
  15. Ohshima, S., Seyama, A. Establishment of proliferative tetraploid cells from normal human fibroblasts. Front. Oncol. 3, 198 (2013).
  16. Ohshima, S., Seyama, A. Establishment of proliferative tetraploid cells from telomerase-immortalized normal human fibroblasts. Genes, Chromosome Cancer. 55 (6), 522-530 (2016).
  17. Di Leonardo, A., et al. DNA rereplication in the presence of mitotic spindle inhibitors in human and mouse fibroblasts lacking either p53 or pRb function. Cancer Res. 57, 1013-1019 (1997).
  18. Andreassen, P., Lohez, O., Lacroix, F., Margolis, R. Tetraploid state induces p53-dependent arrest of nontransformed mammalian cells in G1. Mol. Biol. Cell. 12, 1315-1328 (2001).
  19. Vogel, C., et al. Crosstalk of the mitotic spindle assembly checkpoint with p53 to prevent polyploidy. Oncogene. 23, 6845-6853 (2004).
  20. Aylon, Y., Oren, M. p53: Guardian of ploidy. Mol. Oncol. 5 (4), 315-323 (2011).
  21. Uetake, Y., Sluder, G. Cell cycle progression after cleavage failure : mammalian somatic cells do not possess a "tetraploidy checkpoint&#34. J. Cell Biol. 165, 609-615 (2004).
  22. Ganem, N., Pellman, D. Limiting the proliferation of polyploid cells. Cell. 131, 437-440 (2007).
  23. Ho, C., Hau, P., Marxer, M., Poon, R. The requirement of p53 for maintaining chromosomal stability during tetraploidization. Oncotarget. 1 (7), 583-595 (2010).
check_url/55028?article_type=t&slug=establishment-proliferative-tetraploid-cells-from-nontransformed

Play Video

Cite This Article
Ohshima, S., Seyama, A. Establishment of Proliferative Tetraploid Cells from Nontransformed Human Fibroblasts. J. Vis. Exp. (119), e55028, doi:10.3791/55028 (2017).

View Video