Generazione e coltura di organoidi linguali derivati da cellule staminali del gusto del topo adulto
Summary
Il protocollo presenta un metodo per la coltivazione e l’elaborazione di organoidi linguali derivati da cellule staminali del gusto isolate dalla papilla del gusto posteriore di topi adulti.
Abstract
Il senso del gusto è mediato dalle papille gustative sulla lingua, che sono composte da cellule recettrici del gusto (TRC) che si rinnovano rapidamente. Questo continuo turnover è alimentato da cellule progenitrici locali e rende la funzione del gusto soggetta a interruzioni da parte di una moltitudine di trattamenti medici, che a loro volta hanno un grave impatto sulla qualità della vita. Pertanto, studiare questo processo nel contesto del trattamento farmacologico è vitale per capire se e come la funzione progenitrice del gusto e la produzione di TRC sono influenzate. Date le preoccupazioni etiche e la limitata disponibilità di tessuto gustatico umano, i modelli murini, che hanno un sistema di gusto simile agli esseri umani, sono comunemente usati. Rispetto ai metodi in vivo, che richiedono molto tempo, sono costosi e non suscettibili di studi ad alto rendimento, gli organoidi linguali murini possono consentire di eseguire rapidamente esperimenti con molte repliche e meno topi. Qui, i protocolli precedentemente pubblicati sono stati adattati e viene presentato un metodo standardizzato per generare organoidi del gusto da cellule progenitrici del gusto isolate dalla papilla circumvallata (CVP) di topi adulti. Le cellule progenitrici del gusto nel CVP esprimono LGR5 e possono essere isolate tramite lo smistamento cellulare attivato dalla fluorescenza EGFP (FACS) da topi portatori di un allele Lgr5EGFP-IRES-CreERT2. Le cellule ordinate vengono placcate su un sistema di coltura 3D a base di gel a matrice e coltivate per 12 giorni. Gli organoidi si espandono per i primi 6 giorni del periodo di coltura attraverso la proliferazione e poi entrano in una fase di differenziazione, durante la quale generano tutti e tre i tipi di cellule del gusto insieme alle cellule epiteliali non gustative. Gli organoidi possono essere raccolti al momento della maturazione al giorno 12 o in qualsiasi momento durante il processo di crescita per l’espressione dell’RNA e l’analisi immunoistochimica. Standardizzare i metodi di coltura per la produzione di organoidi linguali da cellule staminali adulte migliorerà la riproducibilità e farà progredire gli organoidi linguali come un potente strumento di screening farmacologico nella lotta per aiutare i pazienti che soffrono di disfunzione del gusto.
Introduction
Nei roditori, le papille gustative linguali sono alloggiate in papille fungiformi distribuite anteriormente, papille fogliate bilaterali posteriormente, nonché una singola papilla circumvallata (CVP) sulla linea mediana posterodorsale della lingua1. Ogni papille gustatica è composta da 50-100 cellule recettrici del gusto (TRC) di breve durata e in rapido rinnovamento, che includono cellule di supporto gliali di tipo I, cellule di tipo II che rilevano dolci, amare e umami e cellule di tipo III che rilevano acido2,3,4. Nel topo CVP, le cellule staminali LGR5+ lungo la lamina basale producono tutti i tipi di TRC e le cellule epiteliali non gustative5. Quando si rinnova il lignaggio del gusto, le cellule figlie LGR5 vengono prima specificate come cellule precursori del gusto post-mitotico (cellule di tipo IV) che entrano in una papille gustatica e sono in grado di differenziarsi in uno qualsiasi dei tre tipi TRC6. Il rapido turnover dei TRC rende il sistema gustatico suscettibile di perturbazioni da parte di trattamenti medici, tra cui radiazioni e alcune terapie farmacologiche7,8,9,10,11,12,13. Pertanto, studiare il sistema del gusto nel contesto della regolazione delle cellule staminali del gusto e della differenziazione TRC è vitale per capire come mitigare o prevenire la disfunzione del gusto.
I topi sono un modello tradizionale per studi in vivo nella scienza del gusto poiché hanno un sistema del gusto organizzato in modo simile agli esseri umani14,15,16. Tuttavia, i topi non sono ideali per studi ad alto rendimento, in quanto sono costosi da mantenere e richiedono molto tempo per lavorare. Per ovviare a questo, negli ultimi anni sono stati sviluppati metodi di coltura organoide in vitro. Gli organoidi gustazionali possono essere generati dal tessuto CVP nativo, un processo in cui gli organoidi germogliano dall’epitelio CVP di topo isolato coltivato ex vivo17. Questi organoidi mostrano un epitelio multistrato coerente con il sistema di gusto in vivo. Un modo più efficiente per generare organoidi che non richiedono la coltura CVP ex vivo è stato sviluppato da Ren et al. nel 201418. Adattando metodi e mezzi di coltura sviluppati per la prima volta per far crescere organoidi intestinali, hanno isolato singole cellule progenitrici Lgr5-GFP+ da CVP di topo e le hanno placcate in gel di matrice19. Queste singole cellule hanno generato organoidi linguali che proliferano durante i primi 6 giorni di coltura, iniziano a differenziarsi intorno al giorno 8 e alla fine del periodo di coltura contengono cellule epiteliali non gustative e tutti e tre i tipi di TRC18,20. Ad oggi, sono stati pubblicati diversi studi che utilizzano il sistema di modelli organoidi linguali17,18,20,21,22; tuttavia, i metodi e le condizioni di coltura utilizzati per generare questi organoidi variano da una pubblicazione all’altra (Tabella supplementare 1). Pertanto, questi metodi sono stati adattati e ottimizzati qui per presentare un protocollo standardizzato dettagliato per la coltura di organoidi linguali derivati da LGR5+ progenitori di CVP di topo adulto.
Gli organoidi linguali forniscono un modello unico per lo studio dei processi biologici cellulari che guidano lo sviluppo e il rinnovamento delle cellule del gusto. Man mano che le applicazioni degli organoidi linguali si espandono e sempre più laboratori si spostano verso l’utilizzo di modelli organoidi in vitro, è importante che il campo si sforzi di sviluppare e adottare protocolli standardizzati per migliorare la riproducibilità. Stabilire gli organoidi linguali come strumento standard all’interno della scienza del gusto consentirebbe studi ad alto rendimento che separano il modo in cui le singole cellule staminali generano le cellule differenziate del sistema del gusto adulto. Inoltre, gli organoidi linguali potrebbero essere impiegati per esaminare rapidamente i farmaci per potenziali impatti sull’omeostasi del gusto, che potrebbero quindi essere studiati in modo più approfondito in modelli animali. Questo approccio alla fine migliorerà gli sforzi per ideare terapie che migliorino la qualità della vita per i futuri destinatari di farmaci.
Protocol
Representative Results
Discussion
Riportato qui è un metodo efficiente e facilmente ripetibile per la coltivazione, il mantenimento e l’elaborazione di organoidi linguali derivati da cellule staminali del gusto di topo adulto. È stato scoperto che l’utilizzo di tre CVP da 8 a 20 settimane di topi Lgr5–EGFP è sufficiente per ottenere ~ 10.000 cellule GFP+ per uso sperimentale, con il risultato di 50 pozzetti placcati ad una densità di 200 cellule per pozzo in piastre a 48 pozzetti. La rimozione degli epiteli della trincea CVP è ot…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori desiderano ringraziare il Dr. Peter Dempsey e Monica Brown (University of Colorado Anschutz Medical Campus Organoid and Tissue Modeling Shared Resource) per aver fornito media condizionati WNR e preziose discussioni. Ringraziamo anche l’Università del Colorado Cancer Center Cell Technologies and Flow Cytometry Shared Resources, in particolare Dmitry Baturin, per l’esperienza nello smistamento cellulare. Questo lavoro è stato finanziato da: NIH /NIDCD R01 DC012383, DC012383-S1, DC012383-S2, e NIH/NCI R21 CA236480 a LAB, e R21DC016131 e R21DC016131-02S1 a DG, e F32 DC015958 a EJG.
Materials
| Antibodies | |||
| Alexa Fluor 546 Donkey anti Goat IgG | Molecular Probes | A11056, RRID: AB_142628 | 1:2000 |
| Alexa Fluor 546 Goat anti Rabbit IgG | Molecular Probes | A11010, RRID:AB_2534077 | 1:2000 |
| Alexa Fluor 568 Goat anti Guinea pig IgG | Invitrogen | A11075, RRID:AB_2534119 | 1:2000 |
| Alexa Fluor 647 Donkey anti Rabbit IgG | Molecular Probes | A31573, RRID:AB_2536183 | 1:2000 |
| Alexa Fluor 647 Goat anti Rat IgG | Molecular Probes | A21247, RRID:AB_141778 | 1:2000 |
| DAPI (for FACS) | Thermo Fischer | 62247 | |
| DAPI (for immunohistochemistry) | Invitrogen | D3571, RRID:AB_2307445 | 1:10000 |
| Goat anti-CAR4 | R&D Systems | AF2414, RRID:AB_2070332 | 1:50 |
| Guinea pig anti-KRT13 | Acris Antibodies | BP5076, RRID:AB_979608 | 1:250 |
| Rabbit anti-GUSTDUCIN | Santa Cruz Biotechnology Inc. | sc-395, RRID:AB_673678 | 1:250 |
| Rabbit anti-NTPDASE2 | CHUQ | mN2-36LI6, RRID:AB_2800455 | 1:300 |
| Rat anti-KRT8 | DSHB | TROMA-IS, RRID: AB_531826 | 1:100 |
| Equipment | |||
| 2D rocker | Benchmark Scientific Inc. | BR2000 | |
| 3D Rotator | Lab-Line Instruments | 4630 | |
| Big-Digit Timer/Stopwatch | Fisher Scientific | S407992 | |
| Centrifuge | Eppendorf | 5415D | |
| CO2 tank | Airgas | CD USP50 | |
| FormaTM Series 3 Water Jackeed CO2 Incubator | Thermo Scientific | 4110 | 184 L, Polished Stainless Steel |
| Incucyte | Sartorius | Model: S3 | Cancer Center Cell Technologies Shared Resource, University of Colorado Anschutz Medical Campus |
| MoFlo XDP100 | Cytomation Inc | Model: S13211997 | Gates Center Flow Cytometry Core, University of Colorado Anschutz Medical Campus |
| Orbital Shaker | New Brunswick Scientific | Excella E1 | |
| Real-Time PCR System | Applied Biosystems | 4376600 | |
| Refrigerated Centrifuge | Eppendorf | 5417R | |
| Spectrophotometer | Thermo Scientific | ND-1000 | |
| Stereomicroscope | Zeiss | Stemi SV6 | |
| Thermal Cycler | Bio-Rad | 580BR | |
| Vortex | Fisher Scientific | 12-812 | |
| Water bath | Precision | 51220073 | |
| Media | |||
| A83 01 | Sigma | SML0788-5MG | Stock concentration 10 mM, final concentration 500 nM |
| Advanced DMEM/F12 | Gibco | 12634-010 | |
| B27 Supplement | Gibco | 17504044 | Stock concentration 50X, final concentration 1X |
| Gentamicin | Gibco | 15750-060 | Stock concentration 1000X, final concentration 1X |
| Glutamax | Gibco | 35050061 | Stock concentration 100X, final concentration 1X |
| HEPES | Gibco | 15630080 | Stock concentration 100X, final concentration 1X |
| Murine EGF | Peprotech | 315-09-1MG | Stock concentration 500 µg/mL, final concentration 50 ng/mL |
| Murine Noggin | Peprotech | 250-38 | Stock concentration 50 µg/mL, final concentration 25 ng/mL |
| N-acetyl-L-cysteine | Sigma | A9165 | Stock concentration 0.5 M, final concentration 1 mM |
| Nicotinamide | Sigma | N0636-100g | Stock concentration 1 M, final concentration 1 mM |
| Pen/Strep | Gibco | 15140-122 | Stock concentration 100X, final concentration 1X |
| Primocin | InvivoGen | ant-pm-1 | Stock concentration 500X, final concentration 1X |
| SB202190 | R&D Systems | 1264 | Stock concentration 10 mM, final concentration 0.4 µM |
| WRN Conditioned media | Received from Dempsey Lab (AMC Organoid and Tissue Modeling Share Resource). Derived from L-WRN (ATCC® CRL-3276™) cells | ||
| Y27632 dihydochloride 10ug | APExBIO | A3008-10 | Stock concentration 10 mM, final concentration 10 µM |
| Other | |||
| 1 ml TB Syringe | BD Syringe | 309659 | |
| 2-Mercaptoethanol, min. 98% | Sigma | M3148-25ML | β-mercaptoethanol |
| 2.0 mL Microcentrifuge Tubes | USA Scientific | 1420-2700 | |
| 48-well plates | Thermo Scientific | 150687 | |
| 5 3/4 inch Pasteur Pipets | Fisherbrand | 12-678-8A | |
| Albumin from bovine serum (BSA) | Sigma Life Science | A9647-100G | |
| Buffer RLT Lysis buffer | QIAGEN | 1015750 | |
| Cell Recovery Solution | Corning | 354253 | |
| Cohan-Vannas Spring Scissors | Fine Science Tools | 15000-02 | |
| Collagenase from Clostridium histolyticum, type I | Sigma Life Science | C0130-1G | |
| Cultrex RGF BME, Type 2, Pathclear | R&D Systems | 3533-005-02 | Matrigel |
| Dispase II (neutral protease, grade II) | Sigma-Aldrich (Roche) | 4942078001 | |
| Disposable Filters | Sysmex | 04-0042-2316 | |
| Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline pH 7.4 (1X) (Ca2+ & Mg2+ free) | Gibco | 10010-023 | |
| Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline with Ca2+ & Mg2+ | Sigma Life Sciences | D8662-500ML | |
| Dumont #5 Forceps | Fine Science Tools | 11252-30 | |
| EDTA, 0.5M (pH 8.0) | Promega | V4231 | |
| Elastase Lyophilized | Worthington Biochemical | LS002292 | |
| Extra Fine Bonn Scissors | Fine Science Tools | 14084-08 | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco | 26140-079 | |
| Fluoromount G | SouthernBiotech | 0100-01 | |
| HEPES Solution | Sigma Life Science | H3537-100ML | |
| HyClone Tryspin 0.25% + EDTA | Thermo Scientific | 25200-056 | |
| iScript cDNA Synthesis Kit | Bio-Rad | 1706691 | |
| Modeling Clay, Gray | Sargent Art | 22-4084 | |
| Needle | BD Syringe | 305106 | |
| Normal Donkey Serum | Jackson ImmunoResearch | 017-000-121 | |
| Normal Goat Serum | Jackson ImmunoResearch | 005-000-121 | |
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | 158127 | |
| PowerSYBR Green PCR Master Mix | Applied Biosystems | 4367659 | |
| RNeasy Micro Kit | QIAGEN | 74004 | |
| Safe-Lock Tubes 1.5 mL | Eppendorf | 022363204 | |
| Sodium Chloride | Fisher Chemical | 7647-14-5 | |
| Sodium Phosphate dibasic anhydrous | Fisher Chemical | 7558-79-4 | |
| Sodium Phosphate monobasic anhydrous | Fisher Bioreagents | 7558-80-7 | |
| SuperFrost Plus Microscope Slides | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
| Surgical Scissors – Sharp | Fine Science Tools | 14002-14 | |
| Triton X-100 | Sigma Life Science | T8787-100ML | |
| VWR micro cover glass | VWR | 48366067 | 22x22mm |
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