Mittels quantitativer real-time PCR zum Donor Cell Engraftment in einem Competitive Murine Bone Marrow Transplantation Modell fest

Zusammenfassung

Bestimmung Donorzelle Transplantation stellt eine Herausforderung in der Maus Knochenmarktransplantation Modelle, die gut definierte phänotypische Marker fehlen. Wir beschrieben eine Methode zur männlichen Spenders Engraftment bei weiblichen Transplantatempfängers Mäusen zu quantifizieren. Dieses Verfahren kann in allen Mausstämmen zur Untersuchung von HSC-Funktionen verwendet werden.

Zusammenfassung

Murine Knochenmark-Transplantation Modelle bieten ein wichtiges Instrument bei der Messung hämatopoetischen Stammzellen (HSC)-Funktionen und die Bestimmung Gene / Moleküle, die HSCs regulieren. In diesen Transplantationsmodell Systemen wird die Funktion des HSK durch die Fähigkeit dieser Zellen, einprägen und rekonstituieren letal bestrahlten Mäusen Empfängers bestimmt. Üblicherweise wird die Donorzelle Beitrag / Verpflanzung durch Antikörper gegen Donor-spezifische Zelloberflächenproteine ​​mittels Durchflusszytometrie gemessen. Allerdings ist diese Methode hängt stark von der Spezifität und die Fähigkeit des Zelloberflächenmarkers zu Donor-abgeleiteten Zellen von Empfänger-Zellen stammt, die möglicherweise nicht für alle Maus-Stämmen zu unterscheiden. Betrachtet man die verschiedenen Hintergründen von gentechnisch veränderten Mauslinien auf dem Markt, hat diese Zelle Oberfläche / Durchflusszytometrie basierende Methode erheblichen Einschränkungen vor allem in Maus-Stämme, die gut definierte Oberfläche Marker fehlen, um getrennte Spenderzellen aus kongene Empfänger cells. Hier haben wir über einen PCR-basierten Technik Donorzelle Engraftment / Beitrag Transplantatempfänger Mäusen zu bestimmen. Wir transplantiert männlichen Spender-Knochenmark HSCs zu letal bestrahlten kongene weiblichen Mäusen. Periphere Blutproben wurden zu verschiedenen Zeitpunkten nach der Transplantation gesammelt. Knochenmark-Proben wurden am Ende der Experimente erhalten. Genomische DNA wurde isoliert und das Y-Chromosom spezifischen Gens, Zfy1, wurde amplifiziert mittels quantitativer Echtzeit-PCR. Die Verpflanzung von männlichen Spenders-abgeleiteter Zellen in den weiblichen Empfängermäuse wurde gegen Standardkurve mit bekannten Anteil männlicher vs weiblichen DNAs berechnet. Bcl2 wurde als Referenz-Gen um das Gesamt-DNA Menge normalisieren verwendet. Unsere Daten deuten darauf hin, dass dieser Ansatz zuverlässig bestimmt Donorzelle Verpflanzung und bietet eine nützliche, aber einfache Methode zur Messung hämatopoetischen Zellen Rekonstitution in murine Knochenmark-Transplantation Modelle. Unsere Methode kann routinemäßig in den meisten Labors durchgeführt werden, da keinekostspielige Ausrüstung wie Durchflusszytometrie erforderlich.

Einleitung

Murine Knochenmark (BM) Transplantation Modell wurde erstmals in den 1960er Jahren ¹ entwickelt. Dieses Modell wurde ausgiebig für das Studium der Donor hämopoetischen Stammzelle (HSC) Biologie in einem Wirt Empfängermaus verwendet. Murine Knochenmarktransplantation Modell hat uns mit wertvollen Wissen über HSC-Funktionen und deren Regulierung vorgesehen und in HSC Forschung unverzichtbar. Allogene Knochenmarktransplantation Modell wie C57Bl/6J ^H2b-Balb / C ^H2d oder kongene Transplantation Modell wie C56Bl/6J ^{CD45.2-B6.SJL CD45.1} werden in vielen Laboren verwendet, um die Genfunktion auf HSC Aktivität ² studieren, Wirkung Arzneimittelbehandlung auf HSC Funktion ³ oder Transplantation Krankheiten wie Graft-versus-host disease (GvHD) ^4.

Zelloberflächenmarker wie MHC Haplotyp oder CD45.1 werden häufig zur Unterscheidung von Donor-abgeleiteten Zellen vom Empfänger-Ursprung Zellen verwendet. C57Bl/6J ^{H2b, CD45.2} sind Balb / C ^H2d und B6.SJL ^CD45.1 die am häufigsten verwendeten Mausstämmen in Knochenmarkstransplantation, weil die Donorzelle Beitrag kann leicht durch Durchflußzytometrie gemessen CD45.1 vs CD45.2 oder H2b vs beurteilen H2D. Allerdings sind viele andere Stämme, wie FVB / NJ ⁵ und C3H auch häufig verwendet, um gentechnisch transgenen oder Knockout-Mäuse zu erzeugen. Diese Mäuse können zu einer Inzuchtlinie rückgekreuzt und gewartet werden in einer gemischten genetischen / MHC Hintergrund. In diesen Fällen könnte Bestimmen Donorzelle Engraftment und HSC Funktion schwierig sein als Donor-spezifische Zelloberflächenmarker nicht zugänglich.

Mit Y-Chromosom-spezifischen DNA-Sonde, um die Donor männlichen Zellen durch Southern-Blot in sex-mismatched Knochenmarktransplantation erkennen wurde zuerst von Dr. Miwa der Gruppe ⁶ entwickelt. Dann wurde ein Echtzeit-PCR zur geschlechtsbestimmenden Bereich Y festgestellt eine genaue und hochspezifische Methode ma quantifizieren seinle fetalen Zellen im mütterlichen Blut System ^7. Dieses Konzept wurde von Dr. Schwarzenbergers Gruppe für die Entwicklung eines Echtzeit-PCR-Technik in einem murinen Knochenmark-Transplantation Modell Donorzelle Engraftment ⁸ bestimmen angepasst. Wir weiter diese Methode für die Messung der Donorzelle Transplantation in FVB / NJ Maus Knochenmarktransplantation Modell modifiziert. Dieses Verfahren wird derzeit intensiv in unserer Gruppe für die Untersuchung der Rolle von Pim1 Kinase in HSC Biologie genutzt.

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Protokoll

Ein. Bone Marrow Zellisolation

1. Einschläfern männlichen Spenders FVB / NJ Mäusen und weibliche FVB / NJ Mäusen mit CO _2-Methode durch Genickbruch folgte. Die weiblichen FVB / NJ Knochenmarkzellen als wettbewerbsfähigen Zellen verwendet werden.
2. Verwenden Sie kleine Schere und Pinzette, sezieren Sie Oberschenkel und tibiaes von Mäusen und legen Sie sie in einem 60 mm Gewebekulturschale mit 6 ml eiskaltem RPMI1640 mit 5% hitzeinaktiviertem FBS. Verwenden Kimwipe Gewebe Muskeln und anderen Geweben zu entfernen. Schneiden Sie die beiden Enden jedes Knochens Welle in die Schüssel.
3. Verbinden Sie das Ende des Knochens mit 23G Nadel auf 3 cc Spritze spülen Knochenmark mit RPMI1640 mit 5% hitzeinaktiviertem FBS in die Schüssel. Disaggregieren Knochenmark Gewebe durch wiederholte Bestrebungen mit der gleichen Nadel. Übertragen der Zellsuspension zu 15 ml-Zentrifugenröhrchen.
4. Abzentrifugieren der Zellen für 5 min bei 400 × g, Entfernen des Überstandes werden die Zellen in 1 ml Raumtemperatur Erythrozyten-Lyse-Puffer (155 mM potassium Bicarbonat, 10 mM Ammoniumchlorid, 0,1 mM EDTA, pH = 7,4) und Inkubation bei Raumtemperatur für 5 min fügen 5-10 ml RPMI 1640 mit 5% Hitze-inaktiviertem FBS.
5. Führen Sie die Zellen durch eine Zelle Sieb. Sammeln des Durchflusses durch ein neues Röhrchen. Spindown für 5 min bei 400 x g beträgt. Entfernen Sie den Überstand; das Zellpellet sollten keine rote Farbe. Das Fehlen von roten Farbe eine vollständige Entfernung von roten Blutkörperchen. Zellpellet in 10 ml RPMI1640 mit 5% hitzeinaktiviertem FBS. Vorsichtig vortexen, um sicherzustellen, dass die Zellsuspension ist völlig einheitlich. Einen aliquoten und zählen Sie die Zellen in einem Hämazytometer. Berechnen Sie, wie viel Volumen der Zellen für Knochenmarktransplantation und aliquoten genug Zellen benötigt und mischen männlichen Spenderzellen mit Konkurrenten weiblichen Zellen bei einem Verhältnis von 5:2. Spindown für 5 min bei 400 × g, mit PBS gewaschen, in PBS resuspendieren mit der Endkonzentration von Donorzellen mit 5 × 10 ⁶ / ml und Kompetitor Zellen bei 2 × 10 ⁶ / ml.

2. Competitive Bone Marrow Transplantation

1. Bestrahlen weiblichen Empfängermäuse (8-12 wks alt) mit 137Cs Gammastrahlung Strahlers bei einer Einzeldosis von 11Gy 4-6 Std. vor Knochenmarktransplantation.
2. Legen Sie die bestrahlten weiblichen Mäusen in einem Maus-Verzögerer. Injizieren des gemischten Donor und Kompetitor-Zellen über die Schwanzvene in 0,1 ml Gesamtvolumen, so dass jede Maus 5 x 10 ⁵ Spenderzellen und 2 × 10 ⁵ Kompetitor Knochenmarkszellen empfängt.

3. Probenentnahme

Paare Wochen nach Knochenmarktransplantation, sammeln peripheren Blutproben (~ 50 ul) von weiblichen Empfängermaus durch retro-orbitale Blutung unter Narkose Zustand. Die Proben werden in EDTA beschichtete Röhrchen gesammelt. BM Proben kann auch am Ende des Experiments gesammelt werden, in der Regel von mindestens 4 Monaten nach der Transplantation, mit denselben Verfahren wie vorangegangenen beschrieben (Schritt 1), in der Regel 20-40%1 Tibia BM-Zellen sind genug, um genügend DNA-Menge machen. Blut oder BM Proben aus gleichaltrigen normalen weiblichen und männlichen Mäusen werden auch gesammelt, um Standardkurve vorbereiten.

4. Isolierung genomischer DNA

1. Add 4 × Volumen von Raumtemperatur RBC Lysispuffer (~ 200 ul) in jede Blutprobe. Gut mischen und Inkubation bei Raumtemperatur für 5 min. 1 ml PBS, dann drehen bis die meisten der lysierten RBC entfernen.
2. Isolieren Sie DNA mit einem Blut-DNA Extraktions-Kits (QIAmp DNA Blood Extraction Kit). Vorwärmen der Elutionspuffer (AE) bei 37 ° C, um die Ausbeute des eluierten DNA verstärken. Männliche und weibliche DNAs für Standard-Kurve ähnlich isoliert.
3. (Optional) Genomische DNA kann weiter gereinigt werden oder konzentriert mit EtOH Präzipitationsverfahren in Gegenwart von 3 M Natriumacetat (pH = 5,5). Die DNA-Pellets werden dann in 40-50 ul destilliertem Wasser zur Analyse resuspendiert sofort oder bei -20 ° C für zukünftige Verwendung.
4. Messen Sie die DNA konzentration mit Nanodrop ND-1000-Spektren Photometer. Proben mit OD 260/280 zwischen 1,8-2,0 für die weitere Analyse verwendet.
5. Verdünnen DNA mit DNase freie H ₂ O in einem Gesamtvolumen von 50 ul 4ng/μl.

5. Standardkurve Vorbereitung

Verdünnte männlichen und weiblichen DNA DNA mit einer Konzentration von 4 ng / pl, und stellen die DNA-Mischung gemäß den Tabelle1

% Der männlichen DNA in Female Hintergrund	Volumen (ul) 4ng/μl männliche DNA	Volumen (ul) 4ng/μl weibliche DNA	Gesamtvolumen (ul)
0,2	1	499	500
0,5	1	199	200
2,5	5	195	200
12,5	25	175	200
50	100	100	200
87,5	175	25	200
100	200	0	200

Tabelle 1. Probenvorbereitung für die Standardkurve. Normale männliche und weibliche FVB / NJ Mäuse im Alter von 8-12wks geopfert wurden. Blood and BM-Zellen wurden gesammelt. DNAs aus männlichen und weiblichen Zellen Zellen wurden isoliert und erneut suspendiert in einer Konzentration von 4ng/μl. Die männlichen und weiblichen DNAs wurden in verschiedenen Verhältnissen gemischt, um die DNA-Standardprobe Mischungen erzeugen.

6. Echtzeit-PCR

1. Richten Sie die PCR-Reaktion Platte durch Mischen SYBR Green supermix Reagenz mit Primer und genomische DNA. Das Reaktionsvolumen (20 ul) enthält 400 nM von jedem Primer und 5 ul Blutkörperchen genomische DNA (4ng/μl x5 ul = 20 ng) in jeder Reaktion. DNA samples und Standards wurden in dreifacher Ausführung gesetzt. Die Sequenzen der Primer sind in Tabelle 2 gezeigt.

Gene Namen	Vorwärts	Umkehren
Bcl2	5'-AAGCTGTCACAGAGGGGCTA	5'-CAGGCTGGAAGGAGAAGATG
Zfy1	5-TGGAGAGCCACAAGCTAACCA	5'-CCCAGCATGAGAAAGATTCTTC

Tabelle 2. RT-PCR-Primersequenz für murines und Bcl2 Zfy1.

2. Führen PCR-Reaktion mit Biorad iQ5 PCR-Maschine mit den folgenden Bedingungen: 95 ° C, 3 Min., 42 Amplifikationszyklen bei 95 ° C für 10 sec, 58 ° C für 25 sec und 72 ° C für 15 s, durch ein Schmelz-Kurve folgt fort.
3. Erhalten Zyklus Schwelle (Ct)-Werte von Bio-Rad iQ5 2,1 Standard Edition Optical System. Calculate ACt (Ct ^{Zfy1 <}/ Sup>-Ct ^Bcl2) Wert und Zfy1 Expressionsniveau wird als der Wert von ^{2-δ Ct} berechnet.
4. Stellen Standardkurven für jede Reaktion Serie mit ^2-ACt Lesung aus bekannten männlichen / weiblichen Standard-Mischungen. Die Standardkurven werden durch Auftragen der mittleren von ^2-ACt Wert Triplikaten dem bekannten% männlich-DNA im Gemisch mit linearen Regression Beschlag erzeugt.

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Ergebnisse

Abbildung 1 und 2 zeigten Beispiele von Standard-Kurven mit Mittelwerten von ^2-ACt gegen Prozentangaben männlicher DNA. 1A zeigten spezifische Schmelztemperatur für Bcl2 und Zfy1 Amplikons bei 78,5 ° C und 88,5 ° C lokalisiert sind. Bcl2 wird als Referenz-Gen, um die Gesamtmenge der geladenen DNA in jeder PCR-Reaktion eingesetzt zu normalisieren. Bcl2 Amplifikationskurven (Log Ansicht) für jede Standardprobe miteinander unabhängig von männlichen DNA-Konzentration versc...

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Diskussion

Das Ziel unserer aktuellen Studie ist es, dem Publikum einen PCR-basierten Technik Donorzelle Transplantation in einem kompetitiven murine Knochenmark-Transplantation Modell zu quantifizieren. Mehrere Studien haben berichtet mittels RT-PCR, um Spenderzellen in der Transplantationsmedizin Modelle ^9-10 zu erkennen. Dr. Schwarzenberger Die Gruppe entwickelte zunächst eine murine Knochenmark-Transplantation Modell mit real-time PCR zu amplifizieren y-Chromosom-spezifischen ^8. Diese Methode wurde verwe...

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Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Name des Reagenzes	Firma	Katalog-Nummer	Kommentare (optional)
RPMI 1640	Hyclone	SH30255.01
FBS	Invitrogen	16140-017	Hitzeinaktiviertem
Ammoniumchlorid	MP Biomedicaals	194806
Kaliumbicarbonat	Fischer	P184-500
QIAamp DNA Blood minikit	Qiagen	51106
Zellsieb	BD Bioscience
iQ SYBR Green supermix	Biorad	170-8882
iQ5 real time PCR-Maschine	Biorad
Spectra Photometer	Nanodrop ND-1000	ND-1000