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Method Article
Nous avons utilisé la coloration de prolifération cellulaire pour identifier les cellules quiescentes dans le modèle de leucémie lymphoblastique aiguë T-poisson zèbre. La coloration est conservée dans les cellules non divisées et réduite pendant la prolifération cellulaire, ce qui permet de sélectionner les cellules dormantes pour une interrogation plus approfondie. Ce protocole fournit un outil fonctionnel pour étudier l’auto-renouvellement dans le contexte de la quiescence cellulaire.
La quiescence cellulaire est un état d’arrêt de la croissance ou de prolifération ralentie qui est décrit dans les cellules souches normales et cancéreuses (CSC). La quiescence peut protéger les CSC contre les agents chimiothérapeutiques antiprolifératifs. Dans les modèles murins de xénogreffe dérivée de patients (PDX) de leucémie aiguë lymphoblastique à cellules T (T-LLA), les cellules quiescentes sont associées à la résistance au traitement et à la souche. Les colorants de prolifération cellulaire sont des outils populaires pour le suivi de la division cellulaire. Le colorant fluorescent est ancré de manière covalente dans des groupes d’amines sur la membrane et des macromolécules à l’intérieur de la cellule. Cela permet de suivre les cellules marquées jusqu’à 10 divisions, qui peuvent être résolues par cytométrie en flux.
En fin de compte, les cellules ayant les taux de prolifération les plus élevés auront une faible rétention de colorant, car il sera dilué à chaque division cellulaire, tandis que les cellules dormantes à division plus lente auront la rétention la plus élevée. L’utilisation de colorants de prolifération cellulaire pour isoler les cellules dormantes a été optimisée et décrite dans des modèles murins T-LAL. En complément des modèles murins existants, le modèle T-ALL dérivé du poisson-zèbre rag2 :Myc offre un excellent moyen d’interroger l’auto-renouvellement dans la T-ALL en raison de la fréquence élevée des cellules souches leucémiques (LSC) et de la commodité du poisson-zèbre pour les expériences de transplantation à grande échelle.
Ici, nous décrivons le flux de travail pour la coloration des cellules T-ALL du poisson-zèbre avec un colorant de prolifération cellulaire, l’optimisation de la concentration du colorant pour les cellules de poisson-zèbre, le passage des cellules colorées avec succès in vivo et la collecte de cellules avec différents niveaux de rétention de colorant par tri de cellules vivantes d’animaux transplantés. Étant donné l’absence de fabricants de surface cellulaire bien établis pour les LSC dans la T-ALL, cette approche fournit un moyen fonctionnel d’interroger les cellules quiescentes in vivo. Pour des résultats représentatifs, nous décrivons l’efficacité de la greffe et la fréquence LSC des cellules à haute et basse rétention de colorant. Cette méthode peut aider à étudier d’autres propriétés des cellules quiescentes, notamment la réponse aux médicaments, les profils transcriptionnels et la morphologie.
Les cellules souches adultes sont responsables de la régénération des types de cellules différenciées dans un organe donné et sont principalement présentes dansun état dormant et non divisé1,2. Par exemple, les cellules souches hématopoïétiques (CSH), qui maintiennent le sang, restent en grande partie quiescentes, et seule une petite fraction entre dans le cycle cellulaire pour s’auto-renouveler ou se différencier afin de générer des composants sanguins matures3. De même, dans les cancers, une sous-population rare de cellules appelées cellules souches cancéreuses (CSC) possède la capacité de s’auto-renouveler et est responsable du maintien à long terme de la malignité4. Les cellules souches cancéreuses existent in vivo dans un état de quiescence ou de croissance lente, ce qui peut leur permettre d’échapper aux traitements anti-prolifératifs contre le cancer5, d’échapper à l’élimination par le système immunitaire6, de réduire le stress oxydatif et d’améliorer leurs voies de réparation de l’ADN7. Même un petit nombre de CSC laissés après le traitement peut potentiellement repeupler la tumeur, entraînant une rechute du patient8. Par conséquent, la compréhension de la quiescence cellulaire est très prometteuse pour l’identification des vulnérabilités potentielles des CSC et le développement de nouvelles façons de les cibler.
Les colorants de prolifération cellulaire, tels que la coloration à l’ester succinimidylique de carboxyfluorescéine (CFSE) et ses dérivés, sont couramment utilisés pour suivre la fréquence des divisions cellulaires9. Le colorant s’infiltre à travers la membrane cellulaire et, une fois à l’intérieur de la cellule, subit une activation par des estérases intracellulaires en un produit fluorescent. Le composé fluorescent résultant est retenu à l’intérieur de la cellule par les liaisons amide covalentes formées entre la fraction succinimidyle et les groupes fonctionnels amines des protéines intracellulaires10. À chaque division cellulaire, le composé fluorescent est divisé également entre les deux cellules résultantes, provoquant une double dilution du signal. Ce colorant permet de détecter jusqu’à 10 divisions cellulaires grâce à l’analyse par cytométrie en flux11.
Cette approche a déjà été utilisée pour enrichir les populations de CSC in vitro en identifiant les populations de cellules à cycle lent avec une rétention élevée du colorant11,12. Dans la LAL-T, le CFSE a été utilisé pour suivre la croissance tumorale in vivo dans des xénogreffes dérivées de patients chez la souris. Après le marquage cellulaire et trois semaines après la greffe, l’analyse par cytométrie en flux a montré une population rare de cellules qui conservaient encore la fluorescence CFSE. Cette population était associée à la souche, à la résistance au traitement et à une grande similitude avec les cellules responsables de la rechute chez les patients13. En conséquence, ce colorant fournit un outil utile pour l’étude des phénotypes des cellules souches leucémiques (LSC) dans la LAL-T.
L’objectif du travail est d’étendre l’application du colorant de prolifération cellulaire à l’étude de la quiescence in vivo à l’aide d’un modèle T-ALL de poisson-zèbre. En particulier, le modèleT-ALL 14 du poisson-zèbre piloté par rag2 :Myc offre un excellent lieu pour l’étude de l’auto-renouvellement en raison de la fréquence élevée des LSC par rapport aux modèles murins et aux maladies humaines15. De plus, l’utilisation du poisson-zèbre permet des études de transplantation à grande échelle, qui peuvent être effectuées à un coût de soins et d’entretien beaucoup plus faible que leurs homologues souris16. Les poissons-zèbres sont également excellents pour les applications d’imagerie en direct, car les cellules tumorales marquées par fluorescence peuvent être facilement visualisées à l’aide d’un simple microscope à fluorescence pour estimer le taux de développement tumoral16.
Dans ce protocole, nous décrivons le flux de travail pour la coloration des cellules T-ALL du poisson-zèbre avec un colorant de prolifération cellulaire, suivie de la propagation in vivo des cellules colorées chez le poisson-zèbre syngénique CG1. Lors de l’apparition d’une leucémie, nous décrivons le tri des cellules qui ont conservé le colorant et leur utilisation pour une expérience ultérieure de transplantation à dilution limite afin de quantifier les taux d’auto-renouvellement des LSC. Ce protocole peut être étendu à d’autres applications, y compris le criblage in vivo de composés potentiels pour le ciblage des LSC quiescents. De plus, les cellules collectées peuvent être utilisées pour différentes analyses en aval, telles que le profilage transcriptomique, la protéomique et la métabolomique, offrant des informations uniques sur le comportement des LSC quiescentes dans la T-ALL.
Dans ce protocole, nous utilisons des cellules T-ALL de poisson-zèbre marquées à la GFP qui ont été générées précédemment dans la souche CG1 et peuvent donc être directement injectées dans le poisson-zèbre syngénique CG115 du receveur. En bref, la leucémie a été générée par micro-injection d’ADN de rag2 :Myc et rag2 :GFP dans des embryons de poisson-zèbre CG1 unicellulaires. Les animaux ont été surveillés pour le développement d’une leucémie à partir de 3 semaines après l’injection, à l’aide de la microscopie à fluorescence. Des cellules leucémiques positives à la GFP ont été isolées par FACS et transplantées en série chez des poissons-zèbres CG1 receveurs pour générer des clones avec une fréquence élevée de LSC. Les détails de l’ensemble du protocole sont décrits par Blackburn et al.15.
Alternativement, la T-ALL primaire dérivée de rag2 :Myc peut être générée par micro-injection d’ADN d’embryons de poisson-zèbre17. La micro-injection d’ADN de rag2 :Myc avec un rapporteur fluorescent piloté par rag2 tel que la GFP peut entraîner le développement de cellules B, de cellules T et de ALL18 mixtes. Il a été précédemment vérifié que les clones de leucémie utilisés dans ce protocole étaient des T-ALL15. Toutes les procédures expérimentales impliquant le poisson-zèbre ont été examinées et approuvées par le comité institutionnel de soin et d’utilisation des animaux de l’Université du Kentucky, protocole 2019-3399.
1. Propagation des cellules T-ALL de poisson-zèbre in vivo
2. Prélèvement de cellules leucémiques marquées par fluorescence
3. Optimisation de la concentration en colorant de prolifération cellulaire (CellTrace Far Red) pour la coloration et la viabilité cellulaire du poisson-zèbre
REMARQUE : Pour ce protocole, et puisque les cellules tumorales sont marquées à la GFP, nous avons utilisé un colorant de prolifération des cellules rouges lointaines (CellTrace Far Red) pour éviter le chevauchement spectral, qui sera appelé CT-FR.
4. Propagation in vivo de cellules de poisson-zèbre T-ALL colorées CT-FR
5. Préparation au tri des cellules T-ALL de poisson-zèbre colorées au CT-FR
6. Tri
REMARQUE : Gardez tous les tubes et la plaque donneuse sur de la glace tout le temps, sauf lorsqu’ils sont utilisés pour le tri.
7. Transplantation de cellules triées à la limitation de la dilution et suivi de l’apparition de la tumeur
8. Détermination de la fréquence des cellules souches de la leucémie
Figure 1 : Flux de travail pour l’utilisation de la coloration de suivi cellulaire pour isoler les cellules quiescentes dans le modèle T-ALL du poisson-zèbre. Illustration schématique de la coloration des cellules T-ALL du poisson-zèbre avec la coloration de prolifération cellulaire, de la propagation dans un poisson-zèbre CG1 (panneau du haut) et du tri des cellules en fonction de la rétention de la coloration de prolifération cellulaire (panneau du milieu). Les cellules collectées ont été utilisées pour un test de dilution limite afin de déterminer la fréquence des LSC (panneau inférieur). Abréviations : LAL-T = leucémie lymphoblastique aiguë à cellules T ; LSC = cellules souches leucémiques ; CT-FR = CellTrace Far Red ; FITC = isothiocyanate de fluorescéine ; PE = phycoérythrine. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Nous avons suivi le protocole décrit ci-dessus pour trier les cellules qui ont conservé le colorant de prolifération cellulaire, CT-FR, et nous les avons utilisées pour un test de dilution limite (LDA) afin d’estimer la fréquence des LSC dans les populations CT-FR High et CT-FR Low. Pour définir le point de déclenchement de l’expérience de cytométrie en flux, nous avons utilisé un contrôle sans fluorophore (sans couleur) en plus des contrôles unicolores (
Les CSL sont connues pour être résistantes aux traitements de chimiothérapie anti-prolifératifs conventionnels, et la découverte de thérapies ciblées contre ces cellules est très prometteuse pour réduire l’occurrence des rechutes et améliorer le pronostic des patients20. Des recherches antérieures ont décrit l’utilisation de colorants fluorescents de prolifération cellulaire pour identifier une petite population de cellules quiescentes associées ...
Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à divulguer.
Le financement de cette recherche a été fourni par le National Cancer Institute (R37CA227656 à JSB). Cette recherche a également été financée par les ressources partagées en cytométrie en flux et en surveillance immunitaire du Markey Cancer Center (P30CA177558) de l’Université du Kentucky.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
26 G/2” micro-syringe | Hamilton | 87930 | NA |
35 µm filter cap FACS tubes | Falcon | 352235 | NA |
40 µm cell strainer | CELLTREAT | 229482 | NA |
96-well skirted PCR plate | Thermo Fisher Scientific | AB0800 | NA |
Cell sorter | Sony Biotechnology | SY3200 | NA |
CellTrace Far Red | Thermo Fisher Scientific | C34564 | NA |
Conical tubes | VWR | 10026-078 | NA |
DAPI | Thermo Fisher Scientific | 62248 | NA |
DMSO | Sigma-Aldrich | D4818 | NA |
Dulbecco'sPhosphate-buffered saline (PBS) | Caisson Labs | 22110001 | NA |
Epifluorescence stereo microscope | Nikon | SMZ25 | NA |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Sigma-Aldrich | 12306C | NA |
Fish system water | N/A | N/A | 0.03-0.05% salinity, pH 6.5-8, buffered with sodium bicarbonate |
Microcentrifuge tubes | Thermo Fisher Scientific | C2171 | NA |
MS-222 | Pentaire | TRS-1 | tricaine mesylate, an anesthetic |
Petri dishes | Corning | 07-202-011 | NA |
Razor blades | American Line | 66-0089 | NA |
Trypan Blue | Thermo Fisher Scientific | T10282 | NA |
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