A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
* These authors contributed equally
يصف هذا البروتوكول توليد iPSCs خالية من التكامل من الخلايا الليفية أنسجة الجنين من خلال تسليم البلازميدات الظهارية عن طريق النيوكليوفكشن تليها وصف الأساليب المستخدمة لتوصيف iPSC والتمايز العصبي.
تسبب التشوهات الصبغية تشوهات خلقية حادة بما في ذلك تشوهات الجهاز العصبي المركزي وموت الجنين. الفحص الوراثي قبل الولادة هو تشخيص محض ولا يوضح آلية المرض. على الرغم من أن الخلايا من الأجنة aneuploid هي مادة بيولوجية قيمة تحمل الأنوبلويدي الكروموسومي، هذه الخلايا قصيرة الأجل، والحد من استخدامها للتجارب البحثية المصب. جيل من الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات (iPSC) نماذج هو وسيلة فعالة لإعداد الخلايا للحفاظ الدائم على الصفات aneuploid. فهي تجدد نفسها وتفرق إلى خلايا متخصصة تذكرنا بالتطور الجنيني. وبالتالي، فإن مراكز دعم الدراسة الدولية تعمل كأدوات ممتازة لدراسة الأحداث التنموية المبكرة. متلازمة تيرنر (TS) هي حالة نادرة مرتبطة بكروموسوم X مفقود كليا أو جزئيا. تتميز المتلازمة بالعقم وقصر القامة والغدد الصماء والتمثيل الغذائي والمناعة الذاتية واضطرابات القلب والأوعية الدموية والعيوب العصبية المعرفية. يصف البروتوكول التالي عزل وزراعة الخلايا الليفية من أنسجة الجنين TS (45XO) ، وتوليد TSiPSCs الحرة التكامل من خلال تسليم البلازميدات إعادة برمجة الظهارية عن طريق التصريف النووي يليه التوصيف. تم فحص TSiPSCs إعادة برمجة في البداية عن طريق تلطيخ الفوسفاتاز القلوية الخلية الحية تليها التحقيق واسعة النطاق للمؤشرات الحيوية متعددة الأضلاع. تم تشريح مستعمرات مختارة ميكانيكيا، ومرورها عدة مرات، واستخدمت خلايا مستقرة متجددة ذاتيا لإجراء المزيد من التجارب. وأعربت الخلايا عن عوامل النسخ متعددة الخلايا OCT4، NANOG، SOX2، علامات سطح الخلية SSEA 4 و TRA1-81 نموذجية من الخلايا الجذعية متعددة القدرات. تم الاحتفاظ الأصلي 45XO karyotype إعادة برمجة آخر. وتمكنت هذه المركبات من تشكيل أجسام جنينية وتمييزها إلى خلايا من الاندوديرم والميزوديرم والإيكوديرم تعبر عن علامات بيولوجية محددة النسب ((SRY BOX17)، (MYOSIN VENTRICULAR HEAVY CHAINα/β)، (βIII TUBULIN)). فقدت البلازميدات الظهارية الخارجية تلقائيا ولم يتم اكتشافها بعد مرور 15 في الخلايا. هذه TSiPSCs هي مورد خلوي قيم لنمذجة النمو العصبي الجزيئي والخلوي المعيب مما يسبب عجزا عصبيا معمنا مرتبطا بمتلازمة تيرنر.
تؤدي العيوب الخلقية إلى التشوهات الخلقية وفقدان الحمل لدى البشر. ~ 50٪ -70٪ من العينات من فقدان الحمل تظهر تشوهات وراثية. لا يمكن الحصول بسهولة على الأجنة Aneuploid فقدت في وقت مبكر من الحمل للتحليل التجريبي مما يزيد من الحاجة إلى تطوير نماذج أخرى تمثل عن كثب تكوين الأجنة البشرية. وقد استخدمت الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات (iPSCs) المستمدة من الخلايا التي تم تشخيصها بالاضطرابات الوراثيةلنمذجة المخالفات الوراثية التمثيلية وعواقبها على نمو الجنين1و2و3و4. تشبه هذه iPSCs الخلايا الأرومية للجنين النامي ويمكن أن تلخص الأحداث المبكرة لتكوين الجنين. وهي تسمح بفهم وتوصيف البرنامج التنموي لنساب الخلايا والأنماط في أجنة الثدييات المبكرة. iPSCs المستمدة سابقا من الخلايا الليفية الجلدية وخلايا الأمني من الاختبارات التشخيصية قبل الولادة من متلازمات أنوبلوبيدي مثل أحادي الصبغة X (متلازمة تيرنر), التثلث الصبغي 8 (متلازمة واركاني 2), التثلث الصبغي 13 (متلازمة باتو) والتثلث الصبغي الجزئي 11; 22 (متلازمة إيمانويل) قدمت رؤى قيمة بشأن فشل التنمية4.
متلازمة تيرنر (TS) هي حالة نادرة تتميز بعقم الإناث ، وقصر القامة ، واضطرابات الغدد الصماء والتمثيل الغذائي ، وزيادة خطر الإصابة بأمراض المناعة الذاتية ، والاستعداد لأمراض القلب والأوعية الدموية5. على الرغم من أنها متلازمة أحادية الصدر الوحيدة التي يمكن البقاء عليها ، إلا أنها قاتلة أيضا للجنين النامي الذي يسبب الإجهاض التلقائي6. الأفراد الباقين على قيد الحياة مع TS الحاضر مع درجات من تغيير المواد الكروموسومية X في خلاياهم. Karyotypes تتراوح بين فقدان كامل كروموسوم X واحد (45،XO) إلى الفسيفساء مثل 45،XO/46،XX؛ 45، XO/47، XXX، وجود الكروموسومات حلقة، وجود المواد الكروموسومات Y، الخ5.
يتم تشخيص المتلازمة بشكل عام عن طريق كتابة الدم من الأفراد الذين يعانون من أعراض وأخذ عينات من الزغب المشيمي (CVS) للكشف عن متلازمات الإصابة المبكرة. منذ المتلازمات aneuploidy تمثل ~ 30 ٪ من عمليات الإجهاض التلقائي ، فمن الروتيني لkaryotype نتاج الحمل (POC) عند الإجهاض التلقائي. هذه الخلايا الجنينية بما في ذلك الزغب المشيمي امتلاك الشذوذ الجيني الخلوي و iPSCs المستمدة منها توفر مصدرا قيما للمواد البيولوجية لدراسة متلازمات أنوبلويدي4،6. وقد أنشئت سابقا TS iPSCs من amniocytes عن طريق إعادة برمجةالفيروسات الرجعية 4, الخلايا الليفية من الزغب المشيمي (التي تم الحصول عليها من خلال التشخيص قبل الولادة) عن طريق إعادة برمجة الفيروساتالرجعية 6, من خلايا الدم أحادية النووية 7 عن طريقإعادة برمجة فيروس سينداي ومن الخلايا الليفية الجلدية من الأفراد TS عن طريق إعادة برمجةالعدسية 4 . منذ التركيز الأساسي من مختبرنا هو فهم فشل النمو, لقد ولدت TS iPSCs من POC, على وجه التحديد مكون الزغب chorionic من الإجهاض العفوي8. جميع الخلايا المعزولة من هذا النسيج الجنيني كان لها 45XO karyotype وأسفرت عن iPSCs مع نفس karyotype. هذه iPSCs هي فريدة من نوعها لأنها أول من يتم إنشاؤها من الجنين المجهض وتوفير مورد قيمة لدراسة فشل الحمل المرتبطة aneuploidy. توفر هذه المقالة منهجية مفصلة من جيل iPSCs من هذا المصدر الفريد للخلايا عن طريق إعادة برمجة الظهارية.
استخدمت الطرق المبكرة لجيل iPSC النقل الفيروسي والاستقبالات لتقديم عوامل إعادة البرمجة. وقد تطورت أساليب حث الخلايا على متعددة الأضلاع من استخدام دمج ناقلات الفيروساتالرجعية 9، ناقلات العدسية القابلة للستئصال10،11 والأساليب القائمة على الإرسال والاستقبال12 إلى ناقلات أدينوفيرالية غير متكاملة13 وناقلات فيروس سينداي القائمةعلى 14. إعادة البرمجة القائمة على الفيروسات الرجعية والبرومبرم، على الرغم من كفاءتها، تنطوي على دمج عوامل إعادة البرمجة في الكروموسومات المضيفة، مما تسبب في طفرات الإدراج التي لها آثار غير متوقعة في iPSCs. وعلاوة على ذلك، تمنع إعادة البرمجة الفيروسية التطبيق الترجمي ل iPSCs. وقد تم استكشاف النظم القائمة على الحمض النووي الريبي15 وتسليم البروتين المباشر16 للقضاء تماما على المخاطر المحتملة المرتبطة باستخدام الفيروسات وأجهزة نقل الحمض النووي. ومع ذلك، أثبتت هذه الطرق عدم كفاءتها.
وفي عام 2011، أفادت أوكيتا وآخرون عن تحسن كفاءة إعادة البرمجة بواسطة البلازميدات الظهارية المعززة بقمع TP53 عن طريق الشرنا. كما أنها استبدلت cMYC مع LMYC غير تحويل (سرطان الرئة الخلية الصغيرة المرتبطة MYC) لتعزيز سلامة hiPSCs. هذه البلازميدات الظهارية تعبر عن 5 عوامل إعادة برمجة: OCT4، LIN28، SOX2، KLF4، LMYC وshRNA ل TP5317،18. يتم الحفاظ على هذه النواقل خارج كروموسوميا وفقدت من الخلايا المبرمجة على الثقافة المستمرة، مما يجعل خطوط متحولة خالية من خلال 10-15 مقاطع. النيوكليوفينكشن هو شكل متخصص من الكهرومporation الذي يسلم الأحماض النووية مباشرة إلى نواة الخلايا المضيفة. وهي طريقة فعالة لتسليم البلازميدات إعادة برمجة في أنواع مختلفة من الخلايا. البلازميدات الظهارية فعالة من حيث التكلفة وتعويض التكاليف العالية للنواة. هذه الطريقة فعالة وقابلة للاستنساخ في ظل ظروف محسنة تسفر عن iPSCs مستقرة من مجموعة متنوعة من الخلايا الجسدية. في هذا البروتوكول، ونحن نصف طريقة لتوليد iPSCs من الخلايا الليفية معزولة عن أنسجة الجنين عن طريق النوى من البلازميدات إعادة برمجة الظهارية. فيما يلي البروتوكولات التفصيلية لعزل الخلايا الليفية من الزغب المشيمي الجنيني ، وتنقية البلازميد ، والتكسير النووي ، واختيار المستعمرات من لوحة إعادة البرمجة وإنشاء iPSCs مستقرة.
من الضروري تأكيد وجود سمات متعددة الخصائص في iPSCs التي تم إنشاؤها حديثا. ويشمل ذلك بيان العوامل المتعددة العوامل المتصلة (على سبيل المثال، التعبير الفوسفاتاز القلوية، NANOG، SSEA4، ترا 1-80، ترا 1-81، E-cadherin؛ يظهر عادة مع المناعة أو المقايسات التعبير الجيني)، وتحديد الطبقات الجرثومية الثلاث من خلال المقايسات التمايز في المختبر للتحقق من إمكانات التفريق، karyotyping لتحديد المحتوى الكروموسومي، STR الكتابة لتحديد الهوية مع الخلايا الأم، والتحقق من فقدان الجينات الخارجية، وأكثر صرامة في المقايسات فيفو مثل تشكيل المسخ وتكميل رباعي الأرجل. هنا نحن نصف بروتوكولات توصيف karyotyping، الخلايا الحية الفوسفاتاز القلوية تلطيخ، والكشف عن المؤشرات الحيوية متعددة الخلايا ذات الصلة عن طريق immunofluorescence، في المختبر التمايز المقايسات وطريقة لإثبات فقدان الجينات الخارجية19.
تم الحصول على FCV من مستشفى مانيبال، بنغالورو، بموجب موافقة لجنة الأخلاقيات في مستشفيات مانيبال.
ملاحظة: راجع الجدول 1 لتكوين كافة المخازن المؤقتة والحلول.
1. عزل الخلايا الليفية من الزغب المشيمي الجنيني (FCV)
2. Plasmids عزل الحمض النووي والتحقق
3. النيوكليوفكشن
4. انتقاء وانتشار مستعمرات iPSC
5. توصيف iPSCs
ملاحظة: أجريت دراسات التوصيف بما في ذلك PCR والتبويب المناعي للعلامات الحيوية متعددة المؤشرات بعد رقم المقطع الخامس. تم تنفيذ كاريوتيبينج في عدد مرور لاحق.
6.في المختبر التمايز المقايسات
جيل من iPSCs خالية من التكامل من الجنين المجهض تلقائيا مع 45XO karyotype
عزلنا الخلايا الليفية من FCV مع متلازمة تيرنر (TS) محددة 45XO karyotype وnucleofected لهم مع إعادة برمجة البلازميدات episomal لتوليد TSiPSCs التي يمكن استخدامها لنمذجة المصب من متلازمة, على وجه التحديد العجز العصبي المرتبطة بها (
يعد توليد نماذج خلوية مستقرة من أنسجة الجنين غير الطبيعية وراثيا ضروريا لإدامة النمط الظاهري المعيب. الطريق iPSC هو الأسلوب الأكثر فعالية لإعداد الخلية للحفاظ الدائم على الخصائص المعيبة20.
الخلايا الجذعية متعددة القدرات (PSC) عرض خصائص التجديد الذاتي والتمايز في ?...
وليس لدى صاحبي البلاغ ما يكشفان عنه.
تم تقديم الدعم المالي للبحوث المذكورة أعلاه من قبل أكاديمية مانيبال للتعليم العالي. وقد أجري توصيف الخط جزئيا في مختبر م.M. نشكر مختبر أناند التشخيصي على المساعدة في كتابة الكاريوتيبينج.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.15% trypsin | Thermo Fisher Scientific | 27250018 | G Banding |
2-mercaptoethanol | Thermo Fisher Scientific | 21985023 | Pluripotency and Embryoid body medium |
4', 6 diamidino-2-phenylindole | Sigma Aldrich | D8417 | Immunocytochemistry |
Activin A | Sigma Aldrich | SRP3003 | Differentiation assays |
Alkaline Phosphatase Live Stain | Thermo Fisher Scientific | A14353 | AP staining |
AMAXA Nucleofector II | Lonza | - | Nucleofection |
AmnioMAX II complete media | Thermo Fisher Scientific, Gibco | 11269016 | Medium specific for foetal chorionic villi cell cultures |
Ampicillin | HiMedia | TC021 | Plasmid purification |
Anti Mouse IgG (H+L) Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A11059 | Immunocytochemistry |
Anti Rabbit IgG (H+L) Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A11034 | Immunocytochemistry |
Anti Rabbit IgG (H+L) Alexa Fluor 546 | Invitrogen | A11035 | Immunocytochemistry |
Antibiotic-Antimycotic | Thermo Fisher Scientific, Gibco | 15240096 | Contamination control |
Anti-E-Cadherin | BD Biosciences | 610181 | Immunocytochemistry |
Anti-Nanog | BD Biosciences | 560109 | Immunocytochemistry |
Anti-OCT3/4 | BD Biosciences | 611202 | Immunocytochemistry |
Anti-SOX17 | BD Biosciences | 561590 | Immunocytochemistry |
Anti-SOX2 | BD Biosciences | 561469 | Immunocytochemistry |
Anti-SSEA4 | BD Biosciences | 560073 | Immunocytochemistry |
Anti-TRA 1-81 | Millipore | MAB4381 | Immunocytochemistry |
basic Fibroblast Growth Factor[FGF2] | Sigma Aldrich | F0291 | Pluripotency medium |
Bone Morphogenetic Factor 4 | Sigma Aldrich | SRP3016 | Differentiation assays |
Bovine Serum Albumin | Sigma Aldrich | A3059 | Blocking |
Collagen Human Type IV | BD Biosciences | 354245 | Differentiation assays |
Collagenase blend | Sigma Aldrich | C8051 | Digestion of foetal chorionic villi |
Dexamethasone | Sigma Aldrich | D4902 | Differentiation assays |
DMEM F12 | Thermo Fisher Scientific | 11320033 | Differentiation assays |
FastDigest EcoR1 | Thermo Scientific | FD0274 | Restriction digestion |
Fibronectin | Sigma Aldrich | F2518 | Differentiation assays |
Giemsa Stain | HiMedia | S011 | G Banding |
Glacial Acetic Acid | HiMedia | AS001 | Fixative for karyotyping |
Glucose | Sigma Aldrich | G7528 | Differentiation assays |
GlutaMAX | Thermo Fisher Scientific | 35050061 | Pluripotency and Embryoid body medium |
Heparin sodium | Sigma Aldrich | H3149 | Differentiation assays |
Insulin solution human | Sigma Aldrich | I9278 | Differentiation assays |
Insulin Transferrin Selenite | Sigma Aldrich | I1884 | Differentiation assays |
KAPA HiFi PCR kit | Kapa Biosystems | KR0368 | OriP, EBNA1 PCR |
KaryoMAX Colcemid | Thermo Fisher Scientific | 15210040 | Mitotic arrest for karyotyping |
KnockOut DMEM | Thermo Fisher Scientific | 10829018 | Pluripotency and Embryoid body medium |
KnockOut Serum Replacement | Thermo Fisher Scientific | 10828028 | Pluripotency and Embryoid body medium |
Luria Bertani agar | HiMedia | M1151F | Plasmid purification |
Matrigel | BD Biosciences | 356234 | Differentiation assays |
MEM Non-essential amino acids | Thermo Fisher Scientific | 11140035 | Pluripotency and Embryoid body medium |
Methanol | HiMedia | MB113 | Fixative for karyotyping |
Myosin ventricular heavy chain α/β | Millipore | MAB1552 | Immunocytochemistry |
NHDF Nucleofector Kit | Lonza | VAPD-1001 | Nucleofection |
Paraformaldehyde (PFA) | Sigma Aldrich | P6148 | Fixing cells |
pCXLE-hOCT3/ 4-shp53-F | Addgene | 27077 | Episomal reprogramming Plasmid |
pCXLE-hSK | Addgene | 27078 | Episomal reprogramming Plasmid |
pCXLE-hUL | Addgene | 27080 | Episomal reprogramming Plasmid |
Penicillin Streptomycin | Thermo Fisher Scientific, | 15070063 | Pluripotency and Embryoid body medium |
Phalloidin- Tetramethylrhodamine B isothiocyanate | Sigma Aldrich | P1951 | Immunocytochemistry |
Phosphate buffered saline | Sigma Aldrich | P4417 | 1 X PBS 1 tablet of PBS dissolved in 200mL of deionized water and sterilized by autoclaving Storage: Room temperature. PBST- 0.05% Tween 20 in 1X PBS. Storage: Room temperature. |
Plasmid purification Kit- Midi prep | QIAGEN | 12143 | Plasmid purification |
Potassium Chloride Solution | HiMedia | MB043 | Hypotonic solution for karyotyping |
QIAamp DNA Blood Kit | Qiagen | 51104 | Genomic DNA isolation |
RPMI 1640 | Thermo Fisher Scientific | 11875093 | Hepatocyte differentiation medium |
Sodium Citrate | HiMedia | RM255 | Hypotonic solution for karyotyping |
Triton X-100 | HiMedia | MB031 | Permeabilisation |
Trypsin-EDTA (0.05%) | Thermo Fisher Scientific, Gibco | 25300054 | Subculture of foetal chorionic villi fibroblasts |
Tween 20 | HiMedia | MB067 | Preparation of PBST |
β III tubulin | Sigma Aldrich | T8578 | Immunocytochemistry |
Y-27632 dihydrochloride | Sigma Aldrich | Y0503 | Differentiation assays |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved