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以干细胞特异性转录因子诱导小鼠肝癌细胞Hepa1—6重新编程的研究

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浙江理工大学学报,第27卷,第l期,2010年1月 Journal of Zhej iang Sci—Tech University Vo1.27,No.1,Jan.2010 文章编号:1673—3851(2010)01—0120 05 以干细胞特异性转录因子诱导小鼠肝癌细胞Hepa 1—6 重新编程的研究 宋 波 ,彭新荣 ,刘 韬 ,周秀梅 ,瞿存业 ,钱其军 (1.浙江理工大学生命科学学院新元医学与生物技术研究所,杭州310018; 2.第二军医大学东方肝胆外科医院基因与病毒治疗实验室,上海200438) 摘要:利用逆转录病毒携带小鼠Oct4、Klf4、SOx2和c-Myc基因介导Hepal一6小鼠肝癌细胞系重新编程,得 到一团自律性跳动的细胞团,及一群形态学上明显类似于小鼠胚胎干细胞的克隆样细胞团。经长期传代,克隆样细 胞能保持其形态。检测证实,这些克隆样细胞团表达Oct4、Sox2蛋白。证实,Hepal一6小鼠肝癌细胞可以被携带 Oct4、Klf4、SOX2和c Myc基因的逆转录病毒感染的方法诱导重新编程。 关键词:肝细胞癌;重新编程;转录因子 中图分类号:Q279 文献标识码:A 0 引 言 肝癌是当今对人类健康危害最大的疾病之一,其发生发展机理亟待阐明。有观点认为,肿瘤是一个发育 生物学问题Ⅲ。许多研究发现,肿瘤细胞与胚胎细胞共有某些重要的信号转导通路,在成体细胞中胚胎细胞 特异性信号通路的异常激活。有研究者以胚胎微环境和去核卵细胞重新编程肿瘤细胞为正常细胞获得成 功E。 ]。然而,胚胎微环境介导的重新编程作用因子太多,难以辨别关键因子。后者又只涉及对肿瘤细胞核 的重新编程,忽略了肿瘤细胞质的重要性。2006年以来,借助不同转基因方法,以干细胞特异性转录因子重 新编程体细胞为诱导多能干细胞的一系列研究,启发研究者利用逆转录病毒载体携带小鼠Oct4、c—Myc、 Klf4和Sox2基因诱导小鼠肝细胞肿瘤细胞Hepal一6重新编程 生机理及其与胚胎发育的内在联系,寻找新的治疗方法。 。更全面而又不失重点地探索肿瘤的发 笔者利用携带上述4种基因的逆转录病毒载体,由Hepal一6细胞诱导获得一团自律性跳动的细胞团, 及一系列形态学上明显类似于小鼠胚胎干细胞的克隆样细胞团。经长期传代,这些细胞团保持其克隆样形 态。原位免疫荧光检测证实,这些克隆样细胞团表达Oct4、Sox2基因。由此,首次证实,Hepal一6小鼠肝癌 细胞可以被逆转录病毒携带Oct4、Klf4、Sox2和c—Myc基因的方法诱导重新编程。 1材料与方法 1.1材料 试验中所有的酶均购自TAKARA公司。质粒pMXs—C—MYC、pMXs一()ct4、pMXs—KLF4、pMXs—So】【2 和逆转录病毒包装质粒pMD.G为美国南加州大学应其龙教授惠赠。脂质体转染试剂盒购自QIAGEN公 司。细胞株Hepal一6,购自ATCC。细胞株GP2—293和小鼠胚胎干细胞(ES细胞)OS25由应其龙教授惠赠。 饲养层细胞为本所自行制备的经丝裂霉素C预处理的小鼠胚胎成纤维细胞(MEF细胞)。培养液N2B27和 收稿13期:2009 02 17 作者简介:宋波(1980)男,贵州赫章人,硕士研究生,主要从事肿瘤重新编程的研究。 第1期 宋波等:以千细胞特异性转录因子诱导小鼠肝癌细胞Hepal一6重新编程的研究 121 DMEM(Dulheeco’S modified eagle’S medium)购自GIBCO公司。N2B27—3i—NEAA培养液(100 mL该培养 液的配比为:DMEM F12 50 mL;neural basal medium 50 mL;N2 0.5 mI ;B27 1 mL;L-谷氨酰胺1 mL; CHIR99021(10 mM)30 L;PD184352(10 mM)8 L;SU5402(5 mM)40 L;NEAA非必须氨基酸 1 mL)。Polybrene购自SIGMA公司。Sox2和Oct4检测抗体购自Santa Cruz公司。 1.2方法 1.2.1逆转录病毒的包装 分别以经鉴定正确的pMXs—C MYC、pMXs Oct4、pMXs—KLF4、pMXs—Sox2与包装质粒pMD.G DNA 共转染GP2 293细胞。于转染后48 h和72 h收取培养液上清,经0.45,um滤器过滤获得分别含有上述基 因的4种逆转录病毒。 1.2.2细胞培养 所有细胞培养在5 CO ,37℃培养条件下培养。GP2—293、小鼠胚胎成纤维(MEF)饲养层细胞和起始 Hepal一6细胞的培养液为含10 FBS的DMEM,诱导出现克隆后的Hepal一6细胞和对照组小鼠ES细胞采 用N2B27—3i—NEAA培养液培养。 1.2.3逆转录病毒感染Hepal一6细胞和克隆的获得 对数生长期的Hepal一6细胞按1×10j个/TL种入6孑L培养板,37℃,5 CO2培养箱中培养12 h,实验 组加入含有上述4种基因的新鲜逆转录病毒混合液(加入4ng/mL Polybrene充分混匀)每孔3 mL,对照组 加入含10 FBS的DMEM培养液。每4 h更换新的病毒液,连续感染4轮。将逆转录病毒感染过的细胞 以1:6的比率传人接种了密度为50 的MEF饲养层的6孔培养板。实验与对照组均每Et更换新鲜的 DMEM培养液,含15 FBS,1 谷氨酰胺,0.1m M J3一巯基乙醇,和1 非必须氨基酸。至感染病毒7 d后, 将出现的克隆样细胞团用灭菌细玻璃管吸出,接种于饲养层细胞上,培养液为N2B27—3i—NEAA培养液。 1.2.4原位免疫荧光检测 将待测克隆细胞和对照小鼠ES细胞1×10。个/TL接种于96孑L板培养3 d。检测时吸去培养液。1× PBS洗1遍。5O I ,4 9/6多聚甲醛固定15 min,室温。吸去甲醛,PBS洗3遍,每次5 min以5 血清的 PBS/Triton封闭非特异抗原位点60 min。吸去上述液体,加入5 血清PBS/Triton稀释的相应一抗(分别 为Oct4和Sox2)4 ̄C孵育过夜。PBS洗细胞3次,每次5 min。加入5 血清PBS/Triton稀释的荧光偶联 的二抗,避光室温孵育1~2 h。PBS/高盐PBS洗细胞3次,每次5 min。荧光显微镜下观察结果。 2 结 果 2.1携带转录因子基因的逆转录病毒诱导出克隆 为探索携带转录因子基因的逆转录病毒诱导肿瘤细胞重新编程的可能性,将对数生长期GP2—293细胞 按2.4×10 个/培养皿种人100 nlm培养皿,当细胞铺展到80 时,运用脂质体转染法包装逆转录病毒。收 取转染后48 h和72 h的病毒上清液,每次取3 mI 感染1×1O 个培养于6孑L板上的Hepal一6细胞,连续感 染4次。病毒诱导7 d,接种到饲养层细胞上5 d后,被诱导Hepal一6细胞出现克隆样细胞团。经1O次传代 仍保持克隆形态。这些细胞团呈略突起的穹窿状、边缘清晰,其中的单个细胞排列致密整齐与小鼠ES细胞 OS25非常类似,而与未被诱导的Hepal 6细胞伸展生长的形态截然不同(见图1和图2)。 (a)小鼠ES细咆()s25 fb)湾导后7d ̄'JHepal-6 (c)未诱导的对 ̄flHepal一6 冈1小鼠ES细胞诱导与未诱导的形态对照(40×) 浙汀理丁大学学报 2OlO年第27卷 (a)他代10次后的}Icpal一6克降洋绌咆 {b)小双Es细咆‘)s25 2 诱导后Hepal 6细胞电降传代10次岳与小鼠ES()¥25形态比较(200×) 2.2病毒诱导后出现自律性跳动细胞 在病毒诱导后7 d,经病毒感染的Hepal 6细胞培养体系巾出现 一团自律性收缩跳动的细胞团。其中心细胞呈较为规则的网形、排列 致密、穹窿状突起,边缘细胞呈长纤维形和梭彤。细胞 跳动时,向中 心收缩然后又舒张,带动周边纤维状细胞节律性伸缩,节律约60次/ airn。为维持其生长,将培养液更换为l0 FBS的DMEM。在培养体 系中跳动5d后。为周围细胞挤压同定(图3)。 2.3 克隆细胞表达()ct4和Sox2 为检测诱导后Hepal一6细胞是否表达多能性基广大l()ct4和Sox2, 对诱导后的克隆样Hepal 6细胞和未经诱导的Hepal一6细胞进行免 罔3病毒诱导后7d出现的自律性 疫荧光检测。将形成克隆形态后传代1()次的克隆样Hepal 6细胞和 跳动细胞团(200×) 未经诱导的Hepal一6细胞分别接种于96孑L板,培养3d后运用原位免 疫荧光检测Oct4和Sox2的表达。结果显示,克隆样Hepal一6细胞Oct4免疫荧光染色呈强阳性,克隆样 Hepal一6细胞Sox2免疫荧光染色呈强阳性,与术经诱导的Hepal一6不同(见 4、图5)。 4克隆样Hcpal 6细胞()ct4免疫荧光染色结果(200×) {a)暗税野 b J } 野 图5克隆样Hepal一6细胞Sox2免疫荧光染色结果(200×) 第1期 宋 波等:以_卜细胞特异性转录『六1子诱导小鼠肝癌细胞HepaI 6重新编程的研究 123 3讨论 利用分别携带()ct4、fell4、Sox2和c—Myc基因的逆转录病毒载体感染Hepal一6细胞,在被诱导细胞病 毒感染1周,种入饲养层细胞5d后观察到克隆样细胞的出现。这些克隆样细胞团,边界明显,呈穹隆状,与 ES细胞形态十分相似。表明被诱导的Hepal 6细胞发生了与细胞骨架、粘附分子等一系列的信号途径和 细胞生理的变化。在传代3次后,它们的生长速率逐渐与小鼠ES相似。即使是缺乏饲养层条件下,它们也 仍能保持克隆样的形态。在被诱导细胞出现克隆后采用添加 HIR99021(JOmM),PD184352(1OmM) SU5402(5mM)的N2B27培液维持细胞的重新编程后的多能性状态。最初这样的培养条件,由应其龙研究 组用于替代传统培养体系培养小鼠ES细胞一 。后来Austin Smith研究组成功将其与LIF组合用于诱导 多能干细胞的筛选[1 。其巾.PD184352、SU54O2通过抑制有丝原活化蛋白激酶信号通路,CHIR99021 通过抑制糖原合成激酶3信号通路,抑制分化。实验证实,这样的培养环境可以维持克隆状态,在10次传代 后克隆形态依旧。而通常的Hepal 6细胞培养条件则会使克隆分化为伸展的贴壁形态。 为排除克隆的出现是N2B27 3i培养条件造成的假象。我们ill N2B27—3i对Hepal一6细胞进行了3周在 MEF饲养层上的连续培养,未出现克隆。可见,克隆的出现是转入转录因子的结果,而非培养液和饲养层 导致。 在一次实验中,被转入了含4种因子的逆转录病毒的Hepal 6在感染后1周,传代1次后出现一团具有 自律性的跳动的细胞。当时所用的培养液为N2B27 3i。体外培养心肌细胞均需血清,故在出现跳动后第3 天,将培养液更换为10 FBS的高糖DMEM。细胞团至跳动第5天停止跳动,为周围细胞的生长所挤压固 定。由于未对此细胞团进行标记检测,不能确定其性质。但无论这是肿瘤细胞被重新编程为诱导多能干细 胞后再分化为自律性细胞,还是直接重新编程为自律性细胞的结果,都说明肿瘤细胞存在着被携带此4种转 录因子的逆转录病毒诱导重新编程的可能。通过进一步优化条件,我们也许可以提高重新编程的效率,加深 重新编程的程度,直至诱导 诱导多能干细胞。 对诱导后产生的克隆细胞进行免疫荧光检测发现其表达Sox2和()ct4。虽然这证实了我们成功转入了 这两个基因,但还无法确认这是逆转录病毒导人的外源表达还是内源表达。目前认为,内源表达是最终产生 iPS的关键 。 计划对这些克隆样细胞更深人地检测多能性标记,进行DNA微阵列分析比较克隆样细胞与未经诱导 的Hepal一6细胞及ES的基因表达谱,分析这些克隆样细胞中胚胎干细胞特异性基冈的启动子的甲基化状 态,进行畸胎瘤形成和嵌合体小鼠形成实验,以评估克隆细胞多能性。 参考文献: [1]Mary J C,Hendrix,Elisabeth A Seftor,et a1.Reprogramming metastatic tumour cells with embryonic microenvironments lJ.Nature Rev Cancer,2007,7(4):246 255. 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What is more,these cell masses maintain their characteristics of morphology after long term passages.In situ immunostainning assay confirms the expression of Oct4 and Sox2 proteins in these cell masses in contrast with contro1.Therefore。the authors confirm for the first time that Hepal一6 cell line can be reprogrammed by infection of retroviruses containing mouse derived genes of Oct4,KIf4,Sox2 and c-Myc. Key words:hepatoma;reprogramming;transcription factors (责任编辑:许惠儿) 

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