JoVE Journal > Biology
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Biology

Intestinale epitheelregeneratie als reactie op ioniserende bestraling

Published: July 27, 2022
doi:
10.3791/64028
, , , ,
1Department of Medicine,Renaissance School of Medicine at Stony Brook University, 2Department of Physiology and Biophysics,Renaissance School of Medicine at Stony Brook University

Summary

Het maagdarmkanaal is een van de meest gevoelige organen voor letsel bij radiotherapeutische kankerbehandelingen. Het is tegelijkertijd een orgaansysteem met een van de hoogste regeneratieve capaciteiten na dergelijke beledigingen. Het gepresenteerde protocol beschrijft een efficiënte methode om het regeneratieve vermogen van het darmepitheel te bestuderen.

Abstract

Het darmepitheel bestaat uit een enkele laag cellen, maar bevat meerdere soorten terminaal gedifferentieerde cellen, die worden gegenereerd door de actieve proliferatie van darmstamcellen op de bodem van darmcrypten. Tijdens gebeurtenissen van acuut darmletsel ondergaan deze actieve darmstamcellen echter celdood. Gammabestraling is een veel gebruikte colorectale kankerbehandeling, die, hoewel therapeutisch effectief, de bijwerking heeft van het uitputten van de actieve stamcelpool. Inderdaad, patiënten ervaren vaak gastro-intestinaal stralingssyndroom tijdens het ondergaan van radiotherapie, deels als gevolg van actieve stamceluitputting. Het verlies van actieve intestinale stamcellen in darmcrypten activeert een pool van typisch rustige reserve darmstamcellen en induceert dedifferentiatie van secretoire en enterocytvoorlopercellen. Zonder deze cellen zou het darmepitheel niet in staat zijn om te herstellen van radiotherapie en andere dergelijke belangrijke weefselbeledigingen. Nieuwe ontwikkelingen in lineage-tracing-technologieën maken het mogelijk om de activering, differentiatie en migratie van cellen tijdens regeneratie te volgen en zijn met succes gebruikt om dit in de darm te bestuderen. Deze studie heeft tot doel een methode weer te geven voor de analyse van cellen in het darmepitheel van de muis na stralingsletsel.

Introduction

Het menselijke darmepitheel zou ongeveer het oppervlak van een half badmintonveld bedekken als hetvolledig vlak 1 zou worden geplaatst. In plaats daarvan wordt deze enkele cellaag die mensen scheidt van de inhoud van hun darmen samengeperst in een reeks vingerachtige projecties, villi en inkepingen, crypten die het oppervlak van de darmen maximaliseren. De cellen van het epitheel differentiëren langs een crypte-villusas. De villus bestaat voornamelijk uit voedingsabsorberende enterocyten, slijmafscheidende bokaalcellen en de hormoonproducerende entero-endocriene cellen, terwijl de crypten voornamelijk bestaan uit defensine-producerende Paneth-cellen, actieve en reservestamcellen en voorlopercellen 2,3,4,5. Bovendien genereert de bidirectionele communicatie die deze cellen hebben met de stromale en immuuncellen van het onderliggende mesenchymale compartiment en de microbiota van het lumen een complex netwerk van interacties dat de darmhomeostase handhaaft en van cruciaal belang is voor herstel na letsel 6,7,8.

Het darmepitheel is het snelst zelfvernieuwende weefsel in het menselijk lichaam, met een omloopsnelheid van 2-6 dagen 9,10,11. Tijdens homeostase delen actieve stamcellen aan de basis van darmcrypten (crypt base columnar cells), gekenmerkt door de expressie van leucine-rijke repeat-bevattende G-eiwit gekoppelde receptor 5 (LGR5), zich snel en leveren voorlopercellen die differentiëren in alle andere intestinale epitheellijnen. Vanwege hun hoge mitotische snelheid zijn actieve stamcellen en hun directe voorlopers echter bijzonder gevoelig voor gammastralingsschade en ondergaan ze apoptose na bestraling 5,12,13,14. Na hun verlies ondergaan reservestamcellen en niet-stamcellen (subpopulatie van voorlopers en sommige terminaal gedifferentieerde cellen) in darmcrypten activering en vullen ze het basale cryptecompartiment aan, dat vervolgens celpopulaties van de villi kan reconstitueren en zo het darmepitheel kan regenereren15. Met behulp van afstammingstechnieken hebben meerdere onderzoeksgroepen aangetoond dat reserve (rustige) stamcellen in staat zijn om regeneratie te ondersteunen bij het verlies van actieve stamcellen 13,16,17,18,19,20,21,22. Deze cellen worden gekenmerkt door de aanwezigheid van polycomb complex protein 1 oncogen (Bmi1), muis telomerase reverse transcriptase gen (mTert), Hop homeobox (Hopx), en leucine-rijke repeat protein 1 gen (Lrig1). Bovendien is aangetoond dat niet-stamcellen in staat zijn om darmcrypten aan te vullen bij letsel 23,24,25,26,27,28,29,30,31. In het bijzonder is aangetoond dat voorlopers van secretoire cellen en enterocyten dedifferentiatie ondergaan bij letsel, terugkeren naar stamachtige cellen en de regeneratie van het darmepitheel ondersteunen. Recente studies hebben cellen geïdentificeerd die meerdere markers tot expressie brengen die de capaciteit bezitten om stamachtige kenmerken te verwerven bij letsel (zoals DLL +, ATOH1 +, PROX1 +, MIST1 +, DCLK1 +) 32,33,34,35,36. Verrassend genoeg toonden Yu et al. aan dat zelfs volwassen Paneth-cellen (LYZ +) kunnen bijdragen aan darmregeneratie37. Bovendien, naast het veroorzaken van apoptose van intestinale epitheelcellen en het verstoren van de epitheelbarrièrefunctie, resulteert bestraling in dysbiose van de darmflora, immuuncelactivering en het initiëren van een pro-inflammatoire reactie, en de activering van mesenchymale en stromale cellen38,39.

Gammastraling is een waardevol therapeutisch hulpmiddel bij de behandeling van kanker, vooral voor colorectale tumoren40. Bestraling beïnvloedt echter de intestinale homeostase aanzienlijk door schade aan de cellen te veroorzaken, wat leidt tot apoptose. Blootstelling aan straling veroorzaakt meerdere verstoringen die het herstel van een patiënt vertragen en wordt gekenmerkt door slijmvliesletsel en ontsteking in de acute fase en diarree, incontinentie, bloedingen en buikpijn op lange termijn. Dit arsenaal aan manifestaties wordt gastro-intestinale stralingstoxiciteit genoemd. Bovendien kan door straling geïnduceerde progressie van transmurale fibrose en/of vasculaire sclerose zich pas jaren na de behandeling manifesteren38,41. Gelijktijdig met het letsel zelf induceert straling een herstelreactie in darmcellen die signaalroutes activeert die verantwoordelijk zijn voor het initiëren en orkestreren van regeneratie42. Door straling geïnduceerde dunne darmziekte kan afkomstig zijn van bekken- of abdominale radiotherapie die wordt toegediend aan andere organen (zoals baarmoederhals, prostaat, pancreas, rectum)41,43,44,45,46. Intestinale bestralingsschade is dus een belangrijk klinisch probleem en een beter begrip van de resulterende pathofysiologie zal waarschijnlijk de ontwikkeling van interventies bevorderen om de gastro-intestinale complicaties geassocieerd met radiotherapie te verlichten. Er zijn andere technieken die het mogelijk maken om het regeneratieve doel van het darmepitheel te onderzoeken, afgezien van straling. Transgene en chemische muizenmodellen om ontstekingen en de regeneratie daarna te bestuderen zijnontwikkeld 47. Dextran natriumsulfaat (DSS) induceert ontsteking in de darm en leidt tot de ontwikkeling van kenmerken die vergelijkbaar zijn met die van inflammatoire darmziekte48. Een combinatie van DSS-behandeling met de pro-carcinogene verbinding azoxymethaan (AOM) kan leiden tot de ontwikkeling van colitis-geassocieerde kanker48,49. Ischemie reperfusie-geïnduceerde schade is een andere methode die wordt gebruikt om het regeneratieve potentieel van het darmepitheel te bestuderen. Deze techniek vereist ervaring en chirurgische kennis50. Bovendien veroorzaken de bovengenoemde technieken andere soorten letsel dan straling en kunnen ze leiden tot de betrokkenheid van verschillende regeneratiemechanismen. Bovendien zijn deze modellen tijdrovend, terwijl de stralingstechniek vrij kort is. Onlangs zijn in vitro methoden met behulp van enteroïden en colonoïden gegenereerd uit de darm en dikke darm gebruikt in combinatie met stralingsletsel om de mechanismen van darmregeneratie te bestuderen51,52. Deze technieken geven echter niet volledig de balans weer van het orgel dat ze modelleren53,54.

Het gepresenteerde protocol omvat de beschrijving van een muizenmodel van gammastralingsschade in combinatie met een genetisch model dat, na behandeling met tamoxifen, het traceren van afstammingslijnen afkomstig van de reservestamcelpopulatie (Bmi1-CreER; Rosa26eYFP). Dit model maakt gebruik van een 12 Gy totale lichaamsbestraling, die voldoende darmletsel veroorzaakt om reservestamcellen te activeren, terwijl het daaropvolgende onderzoek naar het regeneratieve vermogen van de darm binnen 7 dagen na letsel mogelijk is55.

Protocol

Alle muizen werden ondergebracht in de Division of Laboratory Animal Resources (DLAR) aan de Stony Brook University. De Stony Brook University Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) keurde alle studies en procedures met dieren goed. Experimenten met proefdieren werden strikt uitgevoerd in overeenstemming met het goedgekeurde protocol voor het hanteren van dieren (IACUC #245094). OPMERKING: Muisstammen B6;129-Bmi1 tm1(cre/ERT)Mrc/J (Bmi1-Cre ER) en B6.129X1-Gt(ROSA)26Sortm…

Representative Results

Het gebruik van 12 Gy total-body bestraling (TBI) in combinatie met murine genetische afstamming tracing maakt een grondige analyse van de gevolgen van stralingsletsel in de darm mogelijk. Om te beginnen, Bmi1-CreER; Rosa26eYFP-muizen kregen een enkele tamoxifeninjectie, die een verbeterde gele fluorescerende eiwit (EYFP) expressie induceert binnen een Bmi1 + reservestamcelpopulatie. Twee dagen na de tamoxifeninjectie ondergingen de muizen bestraling of schijnbestraling. Drie uur…

Discussion

Dit protocol beschrijft een robuust en reproduceerbaar stralingsschademodel. Het maakt de nauwkeurige analyse mogelijk van de veranderingen in het darmepitheel in de loop van 7 dagen na het letsel. Belangrijk is dat de geselecteerde tijdstippen cruciale stadia van letsel weerspiegelen en worden gekenmerkt door duidelijke veranderingen in de darm (letsel, apoptose, regeneratie en normalisatiefasen)60. Dit bestralingsmodel is vastgesteld en zorgvuldig beoordeeld, wat een geschikte manifestatie van l…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

De auteurs willen de Stony Brook Cancer Center Histology Research Core erkennen voor deskundige hulp bij de voorbereiding van weefselmonsters en de afdeling Laboratory Animal Resources aan de Stony Brook University voor hulp bij de verzorging en behandeling van dieren. Dit werk werd ondersteund door subsidies van de National Institutes of Health DK124342 toegekend aan Agnieszka B. Bialkowska en DK052230 aan Dr. Vincent W. Yang.

Materials

1 mL syringe BD 309659 –
16G Reusable Small Animal Feeding Needles: Straight VWR 20068-630 –
27G x 1/2" needle BD 305109 –
28G x 1/2" Monoject 1mL insulin syringe Covidien 1188128012 –
5-Ethynyl-2′-deoxyuridine (EdU) Santa Cruz Biotechnology sc284628A 10 mg/mL in sterile DMSO:water (1:4 v/v), aliquot and store in -20°C
Azer Scientific 10% Neutral Buffered Formalin Fisher Scientific 22-026-213 –
B6.129X1-Gt(ROSA)26Sortm1(EYFP)Cos/J The Jackson Laboratory Strain #:006148
B6;129-Bmi1tm1(cre/ERT)Mrc/J The Jackson Laboratory Strain #:010531
Bovine Serum Albumin Fraction V, heat shock Millipore-Sigma 3116956001
Chicken anti-GFP Aves GFP-1020
Click-IT plus EdU Alexa Fluor 555 imaging kit, Invitrogen Thermo Fisher Scientific C10638 –
Corn oil Millipore-Sigma C8267 –
Decloaking Chamber Biocare Medical DC2012 –
Dimethyl sulfoxide (DMSO) Fisher BioReagents BP231-100 light sensitive
DNase-free proteinase K Invitrogen C10618H diluted 25x in DPBS
Donkey anti-chicken AF647 Jackson ImmunoResearch 703-605-155
DPBS Fisher Scientific 21-031-CV –
Eosin Fisher Scientific S176
Fluorescence Microscope Nikon Eclipse 90i Bright and fluoerescent light, with objectives: 10X, 20X Nikon
Fluoromount Aqueous Mounting Medium Millipore-Sigma F4680-25ML
Gamma Cell 40 Exactor Best Theratronics Ltd. – 0.759 Gy min-1
Goat anti-rabbit AF488 Jackson ImmunoResearch 111-545-144
Hematoxylin Solution, Gill No. 3 Millipore-Sigma GHS332
HM 325 Rotary Microtome from Thermo Scientific Fisher Scientific 23-900-668
Hoechst 33258, Pentahydrate (bis-Benzimide) Thermo Fisher Scientific H3569 dilution 1:1000
Hydrogen Peroxide Solution, ACS, 29-32%, Spectrum Chemical Fisher Scientific 18-603-252 –
In Situ Cell Death Detection Kit, Fluorescein (Roche) Millipore-Sigma 11684795910
Liquid Blocker Super PAP PEN, Mini Fisher Scientific DAI-PAP-S-M
Lithium Carbonate (Powder/Certified ACS), Fisher Chemical Fisher Scientific L119-500 0.5g/1L dH2O
Luer-Lok Syringe sterile, single use, 10 mL VWR 89215-218 –
Methanol VWR BDH1135-4LP
Pharmco Products Ethyl alcohol, 200 PROOF Fisher Scientific NC1675398 –
Pharmco-Aaper 281000ACSCSLT Acetic Acid ACS Grade Capitol Scientific AAP-281000ACSCSLT –
Rabbit anti-Ki67 BioCare Medical CRM325
Richard-Allan Scientific Cytoseal XYL Mounting Medium Fisher Scientific 22-050-262
Scientific Industries Incubator-Genie for baking slides at 65 degree Fisher Scientific 50-728-103
Sodium Citrate Dihydrate Fisher Scientific S279-500
Stainless Steel Dissecting Kit VWR 25640-002
Superfrost Plus micro slides [size: 25 x 75 x 1 mm] VWR  48311-703
Tamoxifen Millipore-Sigma T5648 30 mg/mL in sterile corn oil, preferably fresh or short-sterm storage in -20°C, light sensitive
Tissue-Tek 24-Slide Holders with Detachable Handle Sakura 4465
Tissue-Tek Accu-Edge Low Profile Blades Sakura 4689
Tissue-Tek Manual Slide Staining Set Sakura 4451
Tissue-Tek Staining Dish, Green with Lid Sakura 4456
Tissue-Tek Staining Dish, White with Lid Sakura 4457
Tween 20 Millipore-Sigma P7949
Unisette Processing Cassettes VWR 87002-292 –
VWR Micro Cover Glasses VWR 48393-081
Xylene Fisher Scientific X5P-1GAL
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Helander, H. F., Fandriks, L. Surface area of the digestive tract – Revisited. Scandinavian Journal of Gastroenterology. 49 (6), 681-689 (2014).
  2. vander Flier, L. G., Clevers, H. Stem cells, self-renewal, and differentiation in the intestinal epithelium. Annual Review of Physiology. 71, 241-260 (2009).
  3. Clevers, H. The intestinal crypt, a prototype stem cell compartment. Cell. 154 (2), 274-284 (2013).
  4. Barker, N., et al. Identification of stem cells in small intestine and colon by marker gene Lgr5. Nature. 449 (7165), 1003-1007 (2007).
  5. Yan, K. S., et al. The intestinal stem cell markers Bmi1 and Lgr5 identify two functionally distinct populations. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (2), 466-471 (2012).
  6. Liao, Z., Hu, C., Gao, Y. Mechanisms modulating the activities of intestinal stem cells upon radiation or chemical agent exposure. Journal of Radiation Research. 63 (2), 149-157 (2022).
  7. Meyer, A. R., Brown, M. E., McGrath, P. S., Dempsey, P. J. Injury-Induced Cellular Plasticity Drives Intestinal Regeneration. Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology. 13 (3), 843-856 (2022).
  8. Owens, B. M., Simmons, A. Intestinal stromal cells in mucosal immunity and homeostasis. Mucosal Immunology. 6 (2), 224-234 (2013).
  9. Barker, N. Adult intestinal stem cells: Critical drivers of epithelial homeostasis and regeneration. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 15 (1), 19-33 (2014).
  10. Cheng, H., Origin Leblond, C. P. differentiation and renewal of the four main epithelial cell types in the mouse small intestine. V. Unitarian Theory of the origin of the four epithelial cell types. The American Journal of Anatomy. 141 (4), 537-561 (1974).
  11. Sender, R., Milo, R. The distribution of cellular turnover in the human body. Nature Medicine. 27 (1), 45-48 (2021).
  12. Metcalfe, C., Kljavin, N. M., Ybarra, R., de Sauvage, F. J. Lgr5+ stem cells are indispensable for radiation-induced intestinal regeneration. Cell Stem Cell. 14 (2), 149-159 (2014).
  13. Tian, H., et al. A reserve stem cell population in small intestine renders Lgr5-positive cells dispensable. Nature. 478 (7368), 255-259 (2011).
  14. Tirado, F. R., et al. Radiation-induced toxicity in rectal epithelial stem cell contributes to acute radiation injury in rectum. Stem Cell Research & Therapy. 12 (1), 63 (2021).
  15. Tetteh, P. W., Farin, H. F., Clevers, H. Plasticity within stem cell hierarchies in mammalian epithelia. Trends in Cell Biology. 25 (2), 100-108 (2015).
  16. Breault, D. T., et al. Generation of mTert-GFP mice as a model to identify and study tissue progenitor cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (30), 10420-10425 (2008).
  17. Montgomery, R. K., et al. Mouse telomerase reverse transcriptase (mTert) expression marks slowly cycling intestinal stem cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (1), 179-184 (2011).
  18. Orzechowska, E. J., Katano, T., Bialkowska, A. B., Yang, V. W. Interplay among p21(Waf1/Cip1), MUSASHI-1 and Kruppel-like factor 4 in activation of Bmi1-Cre(ER) reserve intestinal stem cells after gamma radiation-induced injury. Scientific Reports. 10 (1), 18300 (2020).
  19. Takeda, N., et al. Interconversion between intestinal stem cell populations in distinct niches. Science. 334 (6061), 1420-1424 (2011).
  20. Wong, V. W., et al. Lrig1 controls intestinal stem-cell homeostasis by negative regulation of ErbB signalling. Nature Cell Biology. 14 (4), 401-408 (2012).
  21. Powell, A. E., et al. The pan-ErbB negative regulator Lrig1 is an intestinal stem cell marker that functions as a tumor suppressor. Cell. 149 (1), 146-158 (2012).
  22. Ayyaz, A., et al. Single-cell transcriptomes of the regenerating intestine reveal a revival stem cell. Nature. 569 (7754), 121-125 (2019).
  23. Tomic, G., et al. Phospho-regulation of ATOH1 is required for plasticity of secretory progenitors and tissue regeneration. Cell Stem Cell. 23 (3), 436-443 (2018).
  24. Castillo-Azofeifa, D., et al. Atoh1(+) secretory progenitors possess renewal capacity independent of Lgr5(+) cells during colonic regeneration. The EMBO Journal. 38 (4), 99984 (2019).
  25. Van Landeghem, L., et al. Activation of two distinct Sox9-EGFP-expressing intestinal stem cell populations during crypt regeneration after irradiation. American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology. 302 (10), 1111-1132 (2012).
  26. Roche, K. C., et al. SOX9 maintains reserve stem cells and preserves radioresistance in mouse small intestine. Gastroenterology. 149 (6), 1553-1563 (2015).
  27. Barriga, F. M., et al. Mex3a marks a slowly dividing subpopulation of Lgr5+ intestinal stem cells. Cell Stem Cell. 20 (6), 801-816 (2017).
  28. May, R., et al. Brief report: Dclk1 deletion in tuft cells results in impaired epithelial repair after radiation injury. Stem Cells. 32 (3), 822-827 (2014).
  29. Tetteh, P. W., et al. Replacement of lost Lgr5-positive stem cells through plasticity of their enterocyte-lineage daughters. Cell Stem Cell. 18 (2), 203-213 (2016).
  30. Bohin, N., et al. Rapid crypt cell remodeling regenerates the intestinal stem cell niche after Notch inhibition. Stem Cell Reports. 15 (1), 156-170 (2020).
  31. Li, N., et al. Single-cell analysis of proxy reporter allele-marked epithelial cells establishes intestinal stem cell hierarchy. Stem Cell Reports. 3 (5), 876-891 (2014).
  32. van Es, J. H., et al. Dll1+ secretory progenitor cells revert to stem cells upon crypt damage. Nature Cell Biology. 14 (10), 1099-1104 (2012).
  33. Durand, A., et al. Functional intestinal stem cells after Paneth cell ablation induced by the loss of transcription factor Math1 (Atoh1). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (23), 8965-8970 (2012).
  34. Hayakawa, Y., et al. BHLHA15-positive secretory precursor cells can give rise to tumors in intestine and colon in mice. Gastroenterology. 156 (4), 1066-1081 (2019).
  35. Yan, K. S., et al. Intestinal enteroendocrine lineage cells possess homeostatic and injury-inducible stem cell activity. Cell Stem Cell. 21 (1), 78-90 (2017).
  36. Chandrakesan, P., et al. Intestinal tuft cells regulate the ATM mediated DNA damage response via Dclk1 dependent mechanism for crypt restitution following radiation injury. Scientific Reports. 6, 37667 (2016).
  37. Yu, S., et al. Paneth cell multipotency induced by Notch activation following Injury. Cell Stem Cell. 23 (1), 46-59 (2018).
  38. Moussa, L., et al. Bowel radiation injury: Complexity of the pathophysiology and promises of cell and tissue engineering. Cell Transplantation. 25 (10), 1723-1746 (2016).
  39. Gong, W., et al. Mesenchymal stem cells stimulate intestinal stem cells to repair radiation-induced intestinal injury. Cell Death & Disease. 7 (9), 2387 (2016).
  40. Tam, S. Y., Wu, V. W. C. A review on the special radiotherapy techniques of colorectal cancer. Frontiers in Oncology. 9, 208 (2019).
  41. Shadad, A. K., Sullivan, F. J., Martin, J. D., Egan, L. J. Gastrointestinal radiation injury: Symptoms, risk factors and mechanisms. World Journal of Gastroenterology. 19 (2), 185-198 (2013).
  42. Serrano Martinez, P., Giuranno, L., Vooijs, M., Coppes, R. P. The radiation-induced regenerative response of adult tissue-specific stem cells: Models and signaling pathways. Cancers. 13 (4), 855 (2021).
  43. Stacey, R., Green, J. T. Radiation-induced small bowel disease: Latest developments and clinical guidance. Therapeutic Advances in Chronic Disease. 5 (1), 15-29 (2014).
  44. Pan, Y. B., Maeda, Y., Wilson, A., Glynne-Jones, R., Vaizey, C. J. Late gastrointestinal toxicity after radiotherapy for anal cancer: A systematic literature review. Acta Oncologica. 57 (11), 1427-1437 (2018).
  45. Elhammali, A., et al. Late gastrointestinal tissue effects after hypofractionated radiation therapy of the pancreas. Radiation Oncology. 10, 186 (2015).
  46. You, S. H., Cho, M. Y., Sohn, J. H., Lee, C. G. Pancreatic radiation effect in apoptosis-related rectal radiation toxicity. Journal of Radiation Research. 59 (5), 529-540 (2018).
  47. Jiminez, J. A., Uwiera, T. C., Douglas Inglis, G., Uwiera, R. R. Animal models to study acute and chronic intestinal inflammation in mammals. Gut Pathogens. 7, 29 (2015).
  48. Snider, A. J., et al. Murine model for colitis-associated cancer of the colon. Methods in Molecular Biology. 1438, 245-254 (2016).
  49. Clapper, M. L., Cooper, H. S., Chang, W. C. Dextran sulfate sodium-induced colitis-associated neoplasia: A promising model for the development of chemopreventive interventions. Acta Pharmacologica Sinica. 28 (9), 1450-1459 (2007).
  50. Gonzalez, L. M., Moeser, A. J., Blikslager, A. T. Animal models of ischemia-reperfusion-induced intestinal injury: Progress and promise for translational research. American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology. 308 (2), 63-75 (2015).
  51. Fujimichi, Y., Otsuka, K., Tomita, M., Iwasaki, T. Ionizing radiation alters organoid forming potential and replenishment rate in a dose/dose-rate dependent manner. Journal of Radiation Research. 63 (2), 166-173 (2022).
  52. Montenegro-Miranda, P. S., et al. A novel organoid model of damage and repair identifies HNF4alpha as a critical regulator of intestinal epithelial regeneration. Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology. 10 (2), 209-223 (2020).
  53. Nagle, P. W., Coppes, R. P. Current and future perspectives of the use of organoids in radiobiology. Cells. 9 (12), 2649 (2020).
  54. Taelman, J., Diaz, M., Guiu, J. Human Intestinal Organoids: Promise and Challenge. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 10, 854740 (2022).
  55. Kim, C. K., Yang, V. W., Bialkowska, A. B. The role of intestinal stem cells in epithelial regeneration following radiation-induced gut injury. Current Stem Cell Reports. 3 (4), 320-332 (2017).
  56. Kuruvilla, J. G., et al. Kruppel-like factor 4 modulates development of BMI1(+) intestinal stem cell-derived lineage following gamma-radiation-induced gut injury in mice. Stem Cell Reports. 6 (6), 815-824 (2016).
  57. Sangiorgi, E., Capecchi, M. R. Bmi1 is expressed in vivo in intestinal stem cells. Nature Genetics. 40 (7), 915-920 (2008).
  58. Srinivas, S., et al. Cre reporter strains produced by targeted insertion of EYFP and ECFP into the ROSA26 locus. BMC Developmental Biology. 1, 4 (2001).
  59. Bialkowska, A. B., Ghaleb, A. M., Nandan, M. O., Yang, V. W. Improved swiss-rolling technique for intestinal tissue preparation for immunohistochemical and immunofluorescent analyses. Journal of Visualized Experiments. (113), e54161 (2016).
  60. Booth, C., Tudor, G., Tudor, J., Katz, B. P., MacVittie, T. J. Acute gastrointestinal syndrome in high-dose irradiated mice. Health Physics. 103 (4), 383-399 (2012).
  61. Lu, L., Jiang, M., Zhu, C., He, J., Fan, S. Amelioration of whole abdominal irradiation-induced intestinal injury in mice with 3,3′-Diindolylmethane (DIM). Free Radical Biology & Medicine. 130, 244-255 (2019).
  62. Karlsson, J. A., Andersen, B. L. Radiation therapy and psychological distress in gynecologic oncology patients: Outcomes and recommendations for enhancing adjustment. Journal of Psychosomatic Obstetrics & Gynecology. 5 (4), 283-294 (1986).
  63. Yang, J., Cai, H., Xiao, Z. X., Wang, H., Yang, P. Effect of radiotherapy on the survival of cervical cancer patients: An analysis based on SEER database. Medicine. 98 (30), 16421 (2019).
  64. Giroux, V., et al. Mouse intestinal Krt15+ crypt cells are radio-resistant and tumor initiating. Stem Cell Reports. 10 (6), 1947-1958 (2018).
  65. Kim, C. K., et al. Kruppel-like factor 5 regulates stemness, lineage specification, and regeneration of intestinal epithelial stem cells. Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology. 9 (4), 587-609 (2020).
  66. Sheng, X., et al. Cycling stem cells are radioresistant and regenerate the intestine. Cell Reports. 32 (4), 107952 (2020).
  67. Gross, S., et al. Nkx2.2 is expressed in a subset of enteroendocrine cells with expanded lineage potential. American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology. 309 (12), 975-987 (2015).
  68. Sato, T., et al. Characterization of radioresistant epithelial stem cell heterogeneity in the damaged mouse intestine. Scientific Reports. 10 (1), 8308 (2020).
  69. Roth, S., et al. Paneth cells in intestinal homeostasis and tissue injury. PLoS One. 7 (6), 38965 (2012).
  70. Bohin, N., et al. Insulin-like growth factor-1 and mTORC1 signaling promote the intestinal regenerative response after irradiation injury. Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology. 10 (4), 797-810 (2020).
  71. Romesser, P. B., et al. Preclinical murine platform to evaluate therapeutic countermeasures against radiation-induced gastrointestinal syndrome. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116 (41), 20672-20678 (2019).
  72. Gu, J., et al. At what dose can total body and whole abdominal irradiation cause lethal intestinal injury among C57BL/6J mice. Dose Response. 18 (3), 1559325820956783 (2020).
  73. Huh, W. J., et al. Tamoxifen induces rapid, reversible atrophy, and metaplasia in mouse stomach. Gastroenterology. 142 (1), 21-24 (2012).
  74. Keeley, T. M., Horita, N., Samuelson, L. C. Tamoxifen-induced gastric injury: Effects of dose and method of administration. Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology. 8 (3), 365-367 (2019).
  75. Bohin, N., Carlson, E. A., Samuelson, L. C. Genome toxicity and impaired stem cell function after conditional activation of CreER(T2) in the intestine. Stem Cell Reports. 11 (6), 1337-1346 (2018).
  76. Boynton, F. D. D., Ericsson, A. C., Uchihashi, M., Dunbar, M. L., Wilkinson, J. E. Doxycycline induces dysbiosis in female C57BL/6NCrl mice. BMC Research Notes. 10 (1), 644 (2017).

Tags

Intestinal Epithelial RegenerationIonizing RadiationGamma IrradiationColorectal CancerLineage TracingTamoxifenEdUBouin’s FixativeGamma IrradiatorCre-mediated Recombination
check_url/64028?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Orzechowska-Licari, E. J., LaComb, J. F., Giarrizzo, M., Yang, V. W., Bialkowska, A. B. Intestinal Epithelial Regeneration in Response to Ionizing Irradiation. J. Vis. Exp. (185), e64028, doi:10.3791/64028 (2022).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image