細胞表面マーカーの同定と網膜色素上皮細胞への単層分化の確立

ヒト細胞表面マーカースクリーニング

HescおよびhPSC-RPE細胞をTrypLEを用いて5〜10分間単細胞に解離させた。 視神経小胞を、Tryple Select(Gibco,Invitrogen)を使用して1 0分間、単細胞に解離させ、続いて2 0Gの針を介して物理的解離させた。 同じ試料中のこれらの異なる集団の同時分析を可能にするために、HESC、HPSC−RPE細胞、および視小胞細胞を、製造業者のプロトコール(Thermo Fisher Scientific)に従い、3 7℃で7分間Celltrace(商標)CFSE(0. 次いで、製造業者のプロトコルに従って、B D Lyoplate(商標)Screening Panels(B D Biosciences)を使用して、3つの細胞型を染色した。 細胞のバーコードは、細胞の三つのグループを容易に区別し、スクリーニング中のサンプル変動を最小限に抑えることができました。 試料は、4 0 5、6 4 0、4 8 8、3 5 5、および5 6 1nmのレーザー(B D Biosciences)を装備したLsrfortessaまたは4 0 5、6 3 8、4 8 8、および5 6 1nmのレーザー(Beckman Coulter)を装備したCytoflex上の9 6ウェルプレート上で分析した。 非生存細胞を、7−AAD(7−aminoactinomycin D)核酸色素(B D Biosciences)を用いた分析から除外した。 データの分析は、FlowJo v.10ソフトウェア(Tree Star)を使用して行った。 細胞表面マーカースクリーンは、3D視覚小胞に対して1回、およびHPSC−RPE6 0日目に1回実施した。

細胞培養

hESC株HS980およびHS983は、以前に誘導され、xenoフリーおよび定義された条件下で培養された30(Swedish Ethical Review Authority:2011/745:31/3)。 ドナーは、hESCラインの導出とその後の使用のためのインフォームドコンセントを与えました。 WA0 9/H9hESC系統をWicellから得、hrln−5 2 1(1 0μ g/ml、Biolamina)上のフィーダーフリー培養に適合させた。 細胞を、Nutristem HPSC X F培地(Biological Industries)中のhrln−5 2 1被覆プレート上のクローン増殖によって、5%CO2/5%O2インキュベーター中で維持し、5〜6日ごとに1:1 0比で酵素的に継代した。

hiPSCラインCTRL-7-II、CTRL-9-II、CTRL-12-I、およびCTRL-14-IIは、Karolinska Institutet iPSC Core facility(スウェーデンの倫理審査機関)によって親切に提供されました: 2012/208-31/3, 2010/1778-31/4). ドナーは、hiPSCラインの導出とその後の使用のためのインフォームドコンセントを与えました。 細胞を、Nutristem HPSC X F培地(Biological Industries)中のhrln−5 2 1被覆プレート(Biolamina)上のクローン増殖によって維持し、5%CO2/5%O2インキュベーター中で、5〜6日ごとに1:1 0比で酵素的に継代した。継代のために、コンフルエント培養物をCa2+およびMg2+を含まないリン酸緩衝生理食塩水(PBS)で2回洗浄し、3 7℃で5分間、5%CO2/5%O2をTryple Selectで 次いで、酵素を慎重に除去し、穏やかなピペッティングによって新鮮な予め温められたNutristem HPSC X F培地中で細胞を回収して、単一細胞懸濁液を得た。 細胞を3 0 0×gで4分間遠心分離し、ペレットを新鮮な予め温めたNutristem HPSC X F培地に再懸濁し、そして細胞を新鮮なHRLN−5 2 1被覆皿上に播種した。 通過の2日後、培地を、新鮮な予め温められたNutristem HPSC X F培地と交換し、毎日交換した。

hPSC-RPE単層分化

分化プロトコルを記述するステップバイステップのプロトコルは、プロトコルExchange36で見つけることができます。 hESCまたはhiPSCは、NutriStem hPSC XF培地を使用してラミニンコートディッシュ(20μ g/mL)上に2.4×104細胞/cm2の細胞密度でめっきした。 最初の2 4時間に1 0μ Mの濃度のrho−キナーゼ阻害剤(Y−2 7 6 3 2、Millipore)を添加し、一方、細胞を3 7℃、5%CO2/5%O2に保った。 2 4時間後、HPSC培地を、塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)および形質転換増殖因子−β(Tgf Β)(生物学的産業)を含まない分化培地Nutristem HPSC X Fと交換し、細胞を3 7℃、5%CO2/2 1%O2 めっき後6日目から、1 0 0ng/mlのアクチビンA(R<div i d=”2cd6 0 4 4 0b5”></Div>D Systems)を培地に添加した。 細胞は週に三回供給され、30日間保持された。 次いで、単分子層を、Tryple Select(Gibco,Invitrogen)を用いて、3 7℃、5%CO2で1 0分間トリプシン化した。 酵素を慎重に除去し、bfgfおよびTgf Βを含まない新鮮な予め温めたNutristem hPSC XF培地中で穏やかなピペッティングによって細胞を回収し、単細胞懸濁液を得た。 細胞を3 0 0×gで4分間遠心分離し、ペレットを再懸濁し、細胞ストレーナー(ø40μ m、BD Biosciences)に通し、細胞をラミニン被覆ディッシュ(20mg/mLのhrLN-111およびhrLN-521)上に、1.4×106から1.4×104細胞/cm2の範囲の異なる細胞密度で播種した。 その後の3 0日間に、bfgfおよびTgf Βを含まないNutristem HPSC X F培地を週に3回給餌した。 3D懸濁液EBsにおけるhpsc-RPE in vitro分化のために、我々は以前に公開されたprotocol10に従った。 手短に言えば、多能性幹細胞をrHLN−5 2 1上で合流するように培養し、1 0 0 0μ lのピペットチップを使用して手動で掻き集めてEbsを産生した。 次いで、Ebsを、5〜7×1 0 4細胞/cm2の密度で低付着プレート(Corning)中の懸濁液中で培養した。 分化は、bFGFおよびTgf Βが培地変更により週2回除去されたカスタムメイドのNutristem HESC X F培地で実施した。 Rhoキナーゼ阻害剤(Y-27632、Millipore)のテンマイクロモールは、最初の24時間の間にのみ懸濁培養物に添加されました。5週間の分化に続いて、色素領域は、機械的にメスを使 次いで、細胞をTryple Selectを使用して解離させ、続いて2 0Gの針および注射器を介してフラッシュさせた。 細胞は、細胞ストレーナー(ø40μ m、BD Biosciences)を通して、0の細胞密度でLNコーティングされたディッシュ上に播種した。2×1 0 4細胞/cm2を1週間に2回給餌し、上記と同じ分化培地を与えた。 明視野画像を、Nikon Eclipse T E2 0 0 0−S顕微鏡で取得し、canon SX1 7 0isカメラを使用して、ウェルの上部から色素沈着を捕捉した。Rneasy Plus Mini Kitを使用して全RNAを単離し、RNase-free DNase(両方ともQiagen製)で処理した。

定量的リアルタイムPCR

全RNAをRnase-free DNase(両方ともQiagen製)で処理した。

ランダムなヘキサマーおよびSuperscript III逆転写酵素(Gibco,Invitrogen)を含む2 0μ lの反応混合物中の1μ gの全RNAを使用して、製造業者の説明書に従って相補的DNA(cDNA)を合成した。

フローサイトメトリー

細胞選別は、分化の21または30日後にhPSC-RPE培養物に行われました。 細胞を上記の結合抗体と氷上で3 0分間インキュベートした。 FMOコントロールは、ゲート陰性および陽性細胞を同定および同定するために、各条件について含まれていた。 1を使用してB D FACS Aria融合細胞選別機(B D Biosciences)を使用して染色細胞を選別した。選別直後に、1 0 0μ lの2%FBSおよび1m M EDTA(Sigma)に希釈した7 0,0 0 0個の細胞を、ガラススライド上に4 0 0r.p.m.で5分間細胞スピン処理した。</p><p>1 0 0%FBSおよび1m M EDTA(Sigma)を、4 0 0r.p.m. スライドを室温で一晩乾燥させた後、室温で4%のメタノールを含まないホルムアルデヒドで1 0分間固定し、免疫蛍光染色した。

免疫蛍光

組織学および組織免疫染色

100mg/kgペントバルビタールの静脈内注射による安楽死直後(Allfatal vet. 100mg/mL、Omnidea)、眼を脱核し、bleb注射領域は緑色組織マーキング色素(TMD)(Histolab製品)でマークされた。 100μ lの固定溶液(FS)4%緩衝ホルムアルデヒド(Solvenco AB)からなるの硝子体内注射は、24-48時間のFSで固定し、パラフィンに埋め込む前に行われました。 TMD標識領域を通って四マイクロメートルの連続切片を作製し,四つの切片ごとにヘマトキシリン-エオシンで染色した。

免疫染色のために、スライドをキシレン中で脱脂し、グレードアルコール中で脱水し、ddh2oおよびTris緩衝生理食塩水(TBS、pH7.6)ですすいだ。 0)中で、1:2 0 0 0Tween−2 0(Sigma−Aldrich)を9 6℃で3 0分間冷却した後、室温で3 0分間冷却して、抗原の回収を達成した。 スライドをTBSで洗浄し、5%(w/v)Iggおよびプロテアーゼを含まないウシ血清アルブミン(Jackson Immunoresearch)を含むTBSで希釈した1 0%正常ロバ血清(Abcam)で3 0分間遮断した。 ブロッキング緩衝液中に希釈した一次抗体を、4℃で一晩インキュベートした:ヒト核有糸分裂装置タンパク質(Numa)(1:2 0 0、Abcam a b8 4 6 8 0)、BEST−1(1:2 0 0、Millipore MAB5 4 6 6)、Cd1 4 0B/PDGFRB(1:1 0 0、Santa Cruz Biotechnology sc−4 3 2)、お 二次抗体(ロバ抗ウサギIgg(H+L)Alexa Fluor5 5 5A3 1 5 7 2およびロバ抗マウスIgg(H+L)Alexa Fluor6 4 7A3 1 5 7 1、両方ともThermo Fisher Scientific製)(補足データ2)ブロッキング緩衝液中で1:2 0 0に希釈 切片を、DAPI((4’,6−ジアミジノ−2−フェニルインドール))取付媒体(Vector Laboratories)を有するvectashieldと共に、2 4×5 0mm2のカバースリップ下に取り付けた。免疫組織化学のために、スライドを脱アフィン化した後、抗原検索(ER2溶液、pH9、2 0分、Leica Biosystems)およびCd1 4 0B/PDGFRB(1:1 0 0、Santa Cruz Biotechnology sc−4 3 2)およびCD5 6/NCAM1(1:1 0 0、Santa Cruz Biotechnology sc−7 3 2 6、クローン)抗体

画像は、Olympus IX81蛍光倒立顕微鏡またはZeiss LSM710-NLO点走査共焦点顕微鏡で撮影した。 画像の取得後の分析は、Imagejソフトウェアを用いて行った。

食作用アッセイ

フルオレセインイソチオシアネート標識されたウシPOSsを単離し、Institut de la Vision、Paris37からDr.E.F.Nandrotによって親切に与えられた。 HPSC−RPE細胞を、播種後1ヶ月間、hrln−5 2 1 2 0μ g/mlで被覆したトランスウェル膜(0. 4 2×1 0 6解凍したPOS/TranswellをDMEM(Dulbecco’s modified Eagle’s medium)またはCO2非依存性培地(両方ともThermo Fisher Scientific製)中にそれぞれ希釈して、細胞を3 7℃または4℃で1 6時間インキュベートした。 培養後、細胞をトリパンブルー溶液0でクエンチした。2%(Gibco,Invitrogen)を室温で1 0分間固定し、4%メタノールを含まないホルムアルデヒド(Polysciences)で室温で1 0分間固定し、D−PBS中の0. Rhodamine phalloidin染色(1:1000、室温で20分、Biotinum00027)(補足データ2)は、細胞境界を視覚化するために使用された。 核をHoechst3 3 3 4 2で染色した(1:1 0 0 0、室温で2 0分、Invitrogen)。

画像はZeiss LSM710-NLO点走査共焦点顕微鏡で取得した。 画像の取得後の分析は、Imaris(Bitplane)を使用して行われ、POS定量化はCellProfiler2.1.1ソフトウェアで行われました。 使用されるモジュール:LoadImages、ColorToGrey、IdentifyPrimaryObjects、MeasureObjectSizeShape、SaveImages、およびExportToSpreadsheet。 オブジェクトは、10-40ピクセル単位の典型的な直径によって識別された二つのクラス、グローバル、大津、0.01と1.0下限と上限と2.1補正係数を持つ重み付け分散しきい値法を使用して、凝集したオブジェクトを強度によって区別しました。

酵素結合免疫吸着アッセイ

hPSC-RPE細胞は、異なる基質でコーティングされたトランスウェル膜(0.33cm2、ミリポア)上で培養した。 HPSC−RPE頂端側および基底側(それぞれ、トランスウェルの上部および下部区画を意味する)の両方からの上清を、培地を変更した6 0時間後に収集した。 PEDF分泌レベルを、市販のヒトPEDF ELISAキット(Biovendor RD1 9 1 1 1 4 2 0 0R)を使用して、6 0日間の培養後、製造者の説明書に従って、各状態について三重に測定した。 光学密度測定は、Spectramax2 5 0Microplate Reader(Molecular Devices)を使用して測定した。 結果は、平均±SEMとして提示される。3 3cm2、Millipore)にめっきされた経上皮電気抵抗rpeセルを、millicell Electrical Resistance System volt−ohm meter(Millicell X T−2、Millipore)を使用して、製造業者の指示に従って測定した。</p><h3>TEER測定</H3><p>経上皮電 六十日間の培養は、実験の前に15-20分間室温でインキュベーターの外で平衡化した。 測定は、各ウェルの三つの異なる位置で、各条件のために三重に未変化の培養培地で行われました。 さらなる分析のために平均値を使用した。 背景抵抗は、対応する基質で被覆されたが細胞を含まない同じ培地中のブランク培養インサートから決定し、それぞれの実験条件から減算した。 測定値は、オーム単位の抵抗に平方センチメートル(Ω×cm2)の面積を掛けたものとして報告されます。 結果は、平均±SEMとして提示される。Hpsc−RPE細胞を、LN5 2 1(2 0μ g/ml)で被覆されたtranswellインサート上で6 0日間増殖させた。

走査型電子顕微鏡法

HPSC−RPE細胞を、LN5 2 1(2 0μ g/ml)で被覆されたtranswellイン それらは2.5%グルタルアルデヒドに0.1Mリン酸緩衝液、pH7.4に浸漬することによって固定された。 二酸化炭素(Leica E M CPD0 3 0)を使用して段階的エタノール脱水および臨界点乾燥の前に、transwell膜を切り出し、Milliq水で洗浄した。 インサートは、炭素接着タブと白金(クォーラムQ150T ES)の薄い層でコーティングされたスパッタを使用して試料スタブに取り付けられました。 走査型電子顕微鏡画像を、3kVでの超電界放出走査型電子顕微鏡(Zeiss,Oberkochen,Germany)およびSE2検出器を用いて取得した。Hpsc−RPE細胞を、LN5 2 1(2 0μ g/ml)で被覆されたtranswellインサート上で6 0日間増殖させた。</p><h3>透過型電子顕微鏡法</h3><p>HPSC−RPE細胞を、LN5 2 1(2 0μ g/ml)で被覆されたtranswellイン それらは2.5%グルタルアルデヒドに0.1Mリン酸緩衝液、pH7.4に浸漬することによって固定された。 Transwell膜を切り出し、薄いストリップに、0.1Mリン酸緩衝液ですすぎ、続いて2%四酸化オスミウム0.1Mリン酸緩衝液、pH7.4、4℃で2時間固定した。 膜ストリップは、段階的エタノール脱水に供され、最終的にLX-112に埋め込まれた平らな。 極薄切片(〜50〜60nm)をLeica EM UC7を用いて調製し、酢酸ウラニルと対比し、続いてクエン酸鉛と対比した。 8 0kVで動作したHitachi h T7 7 0 0透過型電子顕微鏡(Hitachi H Igh−Technologies)で透過型電子顕微鏡イメージングを行い、Veleta CCDカメラ(Olympus Soft Imaging Solutions)を用いてデジタル画像を取得した。HPSC−RPE細胞を、Tryple Selectを用いて解離させ、細胞ストレーナー(ø4 0μ m、B D Biosciences)に通した。</p><h3>単細胞RNA−配列決定バイオインフォマティック分析</H3><p>6 0日目のHPSC−RPE細胞を、tryple Selectを用いて解離し、細胞ストレーナー(ø4 0μ m、B D Biosciences)に通した。 それらを、PBS中の0.04%BSA中の1000細胞/μ Lの濃度で再懸濁した。 細胞を4℃で真核生物単細胞Genomics Facility(ESCG,Scilifelab,Stocholm,Sweden)に輸送し、ここで、3’cDNAライブラリーを、novaseq6 0 0 0ソフトウェアを使用して、1 0x Genomics platform(1 0x Genomics)を用いて単細胞RNA配列決定のため セルレンジャー2.1.1(10x Genomics)pipelineを使用して、Illumina base callファイルをfastq形式に変換し、star aligner38を使用してhg19トランスクリプトームにシーケンシング読み取りを整列させ、特徴バーコード行列を生成した。 Cell Ranger quality−control濾過された細胞(7 1 8、8 1 0、9 3 1、および1 1 2 9個の細胞含有液滴を、Cd1 4 0B+GD2−、Cd1 4 0B+CD1 8 4−、それぞれ1:2 0およびhESC試料を複製した)を、Rバージョン3. として更に品質管理測定、培養網膜色素上皮細胞に特有の発現遺伝子(≥2000年≤5000),UMIs(≥10,000≦≦30,000)の割合海のマッピングMT遺伝子(≥0.025≦≦0.10)を選択します。 同様に、hESC独自の発現遺伝子(≥2000年≤8000),UMIs(≥10,000≦≦80,000)、比率海のマッピングMT遺伝子(≥0.025≦≦0.10). この濾過ステップは、Cd1 4 0B+GD2−、Cd1 4 0B+CD1 8 4−、再生1:2 0およびHESC試料について、それぞれ6 1 6、7 2 5、7 7 9、および9 0 5細胞の最終データセットをもたらした。 主成分(PC)分析による次元減少の前に、UMIsによって駆動される遺伝子発現の細胞間変異、ミトコンドリア遺伝子発現、および細胞周期段階は、データスケー RPEサンプル内の可変遺伝子を、それらの正規化された平均発現および分散に基づいて選択した(発現カットオフ=0.0125-5、および底部分散カットオフ=0.5)。 PCの選択のために、PCHeatmap、jackStraw、PC標準偏差、およびClustree分析の所見が評価された43。 最初の15個はtSNE projection44とクラスタリング解析に使用されました(resolution=0.1、perplexity=40)。

細胞クラスターは、二つのアプローチによって分析されました。 トップ差動遺伝子は、最初にWilcoxonのランク合計テストを使用して、各クラスターのために同定されました。 二次、署名遺伝子発現(モジュールスコア)は、未分化hESCとヒト網膜に存在するいくつかの細胞型のために計算されました。 中胚葉マーカーを発現する細胞は、手動でSeuratの対話型プロット機能を使用して別のクラスターに細分されました。 データはArrayExpress(EMBL-EBI)にアップロードされます—詳細は以下を参照してください。

動物

北ストックホルム動物実験倫理委員会(DNR N25/14)の承認後、10ニュージーランド白アルビノウサギ(Lidköpings rabbit farm、Lidköping、スウェーデンによって提供された)5ヶ月、3.5-4.0kg すべての実験は、眼科および視力研究における動物の使用に関する声明に従って実施した。

網膜下移植

hPSC-RPE単分子層をPBSで洗浄し、TrypLEでインキュベートし、単細胞懸濁液に解離した。

網膜下移植

hPSC-RPE単分子層をPBSで洗浄し、TrypLEでインキュベートした。 4%Trypan blue(Thermo Fisher Scientific Corp.)を使用してNeubauer血球計チャンバ中で細胞を計数し、3 0 0×gで4分間遠心分離し、細胞ペレットを新たに濾過滅菌したPBS中に再懸濁し、最終濃度1 0 0 0 次いで、細胞懸濁液を6 0 0μ L単位に無菌的に分注し、手術まで氷上に保持した。

動物は、35mg/kgのケタミン(ケタミン、100mg/mL、Intervet)および5mg/kgのキシラジン(Rompun vet. 20mg/mL、バイエル動物の健康)、および瞳孔は、0.75%シクロペントラート/2.5%フェニレフリン(APL)の混合物で拡張した。 前に記載されているように、2ポート25G transvitreal pars plana技術(Alcon Accurus、Alcon Nordic)を使用して両眼に顕微手術を行った45。 細胞懸濁液を、延長管および3 8G polytip cannula(Medone Surgical Inc)に接続された1mLの注射器に引き込んだ。 硝子体切除術を行わず,カニューレを上側頭葉を通して挿入した。 焦点網膜フレアによって確認された適切な先端位置決めの後、50μ lの細胞懸濁液(50,000細胞に相当)を、視神経頭部の下縁よりも6mm下にゆっくりと網膜下に注入し、操作顕微鏡下ではっきりと見える均一なblebを形成した。 逆流を最小限に抑えるために、注射中にbleb内の先端を維持するように注意した。 器具を除去した後,自己密封縫合糸レス硬化術に光圧を加えた。 硝子体内トリアムシノロン(Triescence、Alcon Nordic)の二つのマイクログラム(100μ l)は、手術の1週間前に投与され、手術後の抗生物質は与えられなかった。

統計と再現性

統計分析のために、分散の双方向分析とTukeyのテスト補正を用いた事後多重比較は、TEERとPEDF分泌アッセイにおける評価された異

すべての定量化は、盲検で行われました。 定義およびnの正確な値を含む統計的パラメータ(例えば、実験の総数、複製など)。)、偏差、P値、および統計的検定のタイプは、図、対応する図の凡例、およびこのセクションで報告されています。 統計分析は、Prism7(Graphpad Software,version7. すべての場合において、少なくとも三つの生物学的に独立した実験複製からのデータについて統計的分析を行った。 グループ間の比較は、統計的試験の前に計画され、目標効果サイズは事前に決定されなかった。 グラフに表示される誤差バーは、少なくとも3つの独立した実験の平均±SEMを表します。 示されている全ての顕微鏡写真は、特に断りのない限り、3つの独立した実験の代表的な画像である(例えば、図1 0A)。 1c)。

報告概要

研究デザインに関する詳細は、この記事にリンクされているNature Research Reporting Summaryを参照してください。

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