• No results found

University of Groningen The consequences of aneuploidy and chromosome instability Schukken, Klaske Marijke

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "University of Groningen The consequences of aneuploidy and chromosome instability Schukken, Klaske Marijke"

Copied!
23
0
0

Bezig met laden.... (Bekijk nu de volledige tekst)

Hele tekst

(1)

The consequences of aneuploidy and chromosome instability

Schukken, Klaske Marijke

DOI:

10.33612/diss.135392967

IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below.

Document Version

Publisher's PDF, also known as Version of record

Publication date: 2020

Link to publication in University of Groningen/UMCG research database

Citation for published version (APA):

Schukken, K. M. (2020). The consequences of aneuploidy and chromosome instability: Survival, cell death and cancer. University of Groningen. https://doi.org/10.33612/diss.135392967

Copyright

Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).

Take-down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.

Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.

(2)

4

(3)

Klaske M. Schukken1, Niels Kloosterhuis2, Klaas Sjollema3, Petra Bakker1, Bart van de Sluis2, and Floris Foijer1

1European Research Institute for the Biology of Ageing (ERIBA), University of Groningen, University Medical Center Groningen,

9713 AV, Groningen, the Netherlands

2Transgenic Mouse Clinic, University of Groningen, University Medical Center Groningen, 9713 AV, Groningen, the Netherlands

3Imaging Facility, University of Groningen, University Medical Center Groningen, 9713 AV, Groningen, the Netherlands

CIN tracker- a novel mouse model

to monitor mitosis in vivo

Chapter 4

4

 

   

4

CIN tracker- a novel mouse model to monitor mitosis

in vivo

Klaske M. Schukken1, Niels Kloosterhuis2, Klaas Sjollema3, Petra Bakker1, Bart

van de Sluis2, and Floris Foijer1

1European Research Institute for the Biology of Ageing (ERIBA), University of

Groningen, University Medical Center Groningen, 9713 AV, Groningen, the Netherlands

2Transgenic Mouse Clinic, University of Groningen, University Medical Center

Groningen, 9713 AV, Groningen, the Netherlands

3 Imaging Facility, University of Groningen, University Medical Center

Groningen, 9713 AV, Groningen, the Netherlands

 

 

 

(4)

Abstract   Chromosome Instability (CIN) is a hallmark of cancer. Despite this, CIN can  have paradoxically variable effects on cell survival and tumor progression.  While most cancers are aneuploid, and many types of CIN enhance  tumorigenesis, other drivers of CIN appear to inhibit tumor progression.  While the rates of chromosome mis‐segregation, the most common form of  CIN, are frequently studied in cell culture, the rate of mis‐segregation in  vivo is rarely studied due to technical difficulties and a lack of proper mouse  models.   Here, we engineer and validate a novel mouse model called the “CIN  tracker”. This mouse models allows for monitoring nuclear and cytoplasmic  markers in vivo, which will allow researchers to observe in vivo CIN rates.  The CIN tracker mouse model uses the Cre‐LoxP system to induce  expression of fluorescent fusion proteins, allowing for fluorescence  expression at a time‐point of choice, tissue specific activation, and long  term cell tracking. This novel mouse model labels both chromatin (H2B‐ GFP) and α‐tubulin (mTurquoise2173‐αTubulin), so both DNA (mis‐ )segregation and the mitotic spindle can be monitored during mitosis.  Going forward, the CIN tracker mouse model can be used to visualize CIN  rates in various tissues and tumors, to better understand which types and  rates of chromosome mis‐segregation enhance or inhibit tumor  progression.   Keywords: CIN, fluorescence, mouse model, cancer        Introduction  Chromosome INstability (CIN) is most accurately measured by monitoring  and quantifying chromosome mis‐segregation rates in living cells1. While  mis‐segregation rates have been measured in all types of cell lines, and  even in organoids174, information about mis‐segregation rates within living  tissues is limited71. Chromosome mis‐segregation rates in cell lines are  rarely below ~3%, even in diploid cells, and therefore not classified as  CIN51,52,57,97 (Also see Chapter 3 of this thesis). However, recent karyotyping  methods have shown that there is only very little aneuploidy in healthy  human tissues91, and that aneuploidy increases significantly upon tissue  expansion in vitro24, indicating that cell culture CIN rates may not be  representative of in vivo conditions, or that in vivo aneuploid cells are  actively being cleared after their formation. Since CIN is a hallmark of both  cancer39 and aging103, observing rates of CIN within living tissue, and 

tracking the fate of the resulting cells may give more insight into the roles  of CIN and aneuploidy within an organism.   So far, mitosis has most commonly been monitored in vivo by injecting  fluorescent cells into immune compromised mice71, this method ignores  many effects of the immune system and only allows for the visualization of  cells that have been cultured and transduced ex vivo. While mouse models  exist in which we can monitor cell division via transgenic fluorescent fusion  proteins constructs, however these models are either not tissue specific175 or use a tet‐TRE promoter, which requires continuous doxycycline  application to maintain fluorescent protein expression176,177.   In this chapter we describe the development of a new mouse model  henceforth called the “CIN Tracker” mouse that can be used to visualize  chromosome mis‐segregation in vivo, and track the fate of the resulting  cells. The advantage of this mouse model is that the mitotic reporters can  be induced in a tissue specific manner at a time‐point of choice. After  induction, the switched cells and all their progeny remain fluorescent. With  this mouse model, it becomes possible to monitor cell division in vivo  without it being an endpoint measurement for either the cell or the mouse,  allowing for the tracking of cell fate over time. Additionally, this mouse  model fluorescently labels multiple parts of a cell, including the chromatin,  spindle network, and kinetochores, allowing us to better visualize and  quantify cell division.    

(5)

1

4

Abstract   Chromosome Instability (CIN) is a hallmark of cancer. Despite this, CIN can  have paradoxically variable effects on cell survival and tumor progression.  While most cancers are aneuploid, and many types of CIN enhance  tumorigenesis, other drivers of CIN appear to inhibit tumor progression.  While the rates of chromosome mis‐segregation, the most common form of  CIN, are frequently studied in cell culture, the rate of mis‐segregation in  vivo is rarely studied due to technical difficulties and a lack of proper mouse  models.   Here, we engineer and validate a novel mouse model called the “CIN  tracker”. This mouse models allows for monitoring nuclear and cytoplasmic  markers in vivo, which will allow researchers to observe in vivo CIN rates.  The CIN tracker mouse model uses the Cre‐LoxP system to induce  expression of fluorescent fusion proteins, allowing for fluorescence  expression at a time‐point of choice, tissue specific activation, and long  term cell tracking. This novel mouse model labels both chromatin (H2B‐ GFP) and α‐tubulin (mTurquoise2173‐αTubulin), so both DNA (mis‐ )segregation and the mitotic spindle can be monitored during mitosis.  Going forward, the CIN tracker mouse model can be used to visualize CIN  rates in various tissues and tumors, to better understand which types and  rates of chromosome mis‐segregation enhance or inhibit tumor  progression.   Keywords: CIN, fluorescence, mouse model, cancer        Introduction  Chromosome INstability (CIN) is most accurately measured by monitoring  and quantifying chromosome mis‐segregation rates in living cells1. While  mis‐segregation rates have been measured in all types of cell lines, and  even in organoids174, information about mis‐segregation rates within living  tissues is limited71. Chromosome mis‐segregation rates in cell lines are  rarely below ~3%, even in diploid cells, and therefore not classified as  CIN51,52,57,97 (Also see Chapter 3 of this thesis). However, recent karyotyping  methods have shown that there is only very little aneuploidy in healthy  human tissues91, and that aneuploidy increases significantly upon tissue  expansion in vitro24, indicating that cell culture CIN rates may not be  representative of in vivo conditions, or that in vivo aneuploid cells are  actively being cleared after their formation. Since CIN is a hallmark of both  cancer39 and aging103, observing rates of CIN within living tissue, and 

tracking the fate of the resulting cells may give more insight into the roles  of CIN and aneuploidy within an organism.   So far, mitosis has most commonly been monitored in vivo by injecting  fluorescent cells into immune compromised mice71, this method ignores  many effects of the immune system and only allows for the visualization of  cells that have been cultured and transduced ex vivo. While mouse models  exist in which we can monitor cell division via transgenic fluorescent fusion  proteins constructs, however these models are either not tissue specific175 or use a tet‐TRE promoter, which requires continuous doxycycline  application to maintain fluorescent protein expression176,177.   In this chapter we describe the development of a new mouse model  henceforth called the “CIN Tracker” mouse that can be used to visualize  chromosome mis‐segregation in vivo, and track the fate of the resulting  cells. The advantage of this mouse model is that the mitotic reporters can  be induced in a tissue specific manner at a time‐point of choice. After  induction, the switched cells and all their progeny remain fluorescent. With  this mouse model, it becomes possible to monitor cell division in vivo  without it being an endpoint measurement for either the cell or the mouse,  allowing for the tracking of cell fate over time. Additionally, this mouse  model fluorescently labels multiple parts of a cell, including the chromatin,  spindle network, and kinetochores, allowing us to better visualize and  quantify cell division.    

(6)

Results  Creating CIN tracking cell lines  To visualize mitosis, we set out to fluorescently label chromatin (H2B), the  spindle network (α tubulin) and either kinetochores (CenpB) or centrioles  (Centrin3) (Figure 1A). To minimize the number of independent genetic  constructs needed to visualize multiple aspects of chromosome  segregation, three genes were cloned into a single vector with a single  promoter. Genes were linked together with T2A or P2A178,179 sequences, a  self‐cleaving sequence which cleaves at the protein level allowing for  polycistronic expression from a single promoter. Two combinations of  fluorescent proteins were created to visualize mitosis: the CenpB tri‐ fluorescent vector labeling chromatin (H2B), the spindle (α‐tubulin) and  kinetochores (CenpB), and the Centrin3 tri‐fluorescent vector labeling  chromatin (H2B), the spindle (α‐tubulin) and the centrioles (Centrin3).   To test functionality of the engineered constructs, RPE1 cells were  transduced with rtTA & Dox inducible fluorescence expression system and  used to visualize fluorescence localization using time‐lapse imaging of  cultured cells (Figure 1B and C). This confirmed that all three fluorescent  proteins localized correctly for both the CenpB tri‐fluorescent vector and  the Centrin3 tri‐fluorescent vector. We also quantified chromosome mis‐ segregation events of the labeled RPE1 cells to rule out any effects of the  constructs on mitotic fidelity. While the CenpB tri‐fluorescent marker  showed no significant increase in chromosome mis‐segregation rates  relative to the control (p‐value= 0.06, ns), the Centrin3 tri‐fluorescent  marker did show a significant increase (p‐value ≤ 1E‐5, Figure 1D).  Expression of the Centrin3 tri‐fluorescent marker provoked notably more  multi‐polar spindles and lead to extended mitotic timing (Figure 1D i), as  well as to an increased number of micronuclei in interphase cells (p‐value≤  1E‐5, Figure 1D ii). Since we want to quantify naturally occurring mis‐ segregation rates in vivo, we decided to not continue with the Centrin3 tri‐ fluorescent cells.   Creating CIN tracker mice  Many mouse models use the Cre ‐ loxP system to activate or delete genes.  The advantage of Cre is that it can be expressed in a tissue specific manner,  or can be induced via drug‐mediated activation; this allows for tissue     Figure 1: CIN tracking cell lines. A) Diagram of the two CIN tracker cell lines expressing H2B‐ GFP, mTurquoise2‐αTubulin and i) CenpB‐mCherry or ii) mCherry‐Centrin3. B) RPE1 cells  expressing CenpB‐mCherry, H2B‐GFP and mTurquoise2‐ αTubulin. Cells in i) interphase or ii)  Mitosis. C) RPE1 cells expressing mCherry‐Centrin3, H2B‐GFP and mTurquoise2‐ αTubulin.  H2B(Histones) Tubulin CenpB (kinetochore) Centrin3 (centrioles) A) i) ii) B) i) C) i) D) i) ii) 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00  � �    Induc ible C enpB Induc ible C entrin 3 freq (int er pha se ph en otyp e) Type of interphase good interphase micronuclei m�nuclei tetraploid dying/dead cell Nuclear morphology ns0.00001 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00  � �   Induc ible C enpB Induc ible C entrin 3 freq(in ter pha se p hen oty

pe) Type of Mitosis

good mitosis anaphase bridge extended mitosis multipolar spindle other ns0.00001 n= 244 180 59 n=5510 1616 1644 ii) ii)

CenpB H2B Tubulin Merge

(7)

1

4

Results  Creating CIN tracking cell lines  To visualize mitosis, we set out to fluorescently label chromatin (H2B), the  spindle network (α tubulin) and either kinetochores (CenpB) or centrioles  (Centrin3) (Figure 1A). To minimize the number of independent genetic  constructs needed to visualize multiple aspects of chromosome  segregation, three genes were cloned into a single vector with a single  promoter. Genes were linked together with T2A or P2A178,179 sequences, a  self‐cleaving sequence which cleaves at the protein level allowing for  polycistronic expression from a single promoter. Two combinations of  fluorescent proteins were created to visualize mitosis: the CenpB tri‐ fluorescent vector labeling chromatin (H2B), the spindle (α‐tubulin) and  kinetochores (CenpB), and the Centrin3 tri‐fluorescent vector labeling  chromatin (H2B), the spindle (α‐tubulin) and the centrioles (Centrin3).   To test functionality of the engineered constructs, RPE1 cells were  transduced with rtTA & Dox inducible fluorescence expression system and  used to visualize fluorescence localization using time‐lapse imaging of  cultured cells (Figure 1B and C). This confirmed that all three fluorescent  proteins localized correctly for both the CenpB tri‐fluorescent vector and  the Centrin3 tri‐fluorescent vector. We also quantified chromosome mis‐ segregation events of the labeled RPE1 cells to rule out any effects of the  constructs on mitotic fidelity. While the CenpB tri‐fluorescent marker  showed no significant increase in chromosome mis‐segregation rates  relative to the control (p‐value= 0.06, ns), the Centrin3 tri‐fluorescent  marker did show a significant increase (p‐value ≤ 1E‐5, Figure 1D).  Expression of the Centrin3 tri‐fluorescent marker provoked notably more  multi‐polar spindles and lead to extended mitotic timing (Figure 1D i), as  well as to an increased number of micronuclei in interphase cells (p‐value≤  1E‐5, Figure 1D ii). Since we want to quantify naturally occurring mis‐ segregation rates in vivo, we decided to not continue with the Centrin3 tri‐ fluorescent cells.   Creating CIN tracker mice  Many mouse models use the Cre ‐ loxP system to activate or delete genes.  The advantage of Cre is that it can be expressed in a tissue specific manner,  or can be induced via drug‐mediated activation; this allows for tissue     Figure 1: CIN tracking cell lines. A) Diagram of the two CIN tracker cell lines expressing H2B‐ GFP, mTurquoise2‐αTubulin and i) CenpB‐mCherry or ii) mCherry‐Centrin3. B) RPE1 cells  expressing CenpB‐mCherry, H2B‐GFP and mTurquoise2‐ αTubulin. Cells in i) interphase or ii)  Mitosis. C) RPE1 cells expressing mCherry‐Centrin3, H2B‐GFP and mTurquoise2‐ αTubulin.  H2B(Histones) Tubulin CenpB (kinetochore) Centrin3 (centrioles) A) i) ii) B) i) C) i) D) i) ii) 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 H2B- GFP ControlInduci ble CenpB Induci ble Cent rin3 freq(inte rphase phenotype) Type of interphase good interphase micronuclei multi- nuclei tetraploid dying/dead cell Nuclear morphology ns 0.00001 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 H2B- GFP ControlInduci ble CenpB Induci ble Cent rin3 freq(inte rphase phenotype) Type of Mitosis good mitosis anaphase bridge extended mitosis multipolar spindle other ns 0.00001 n= 244 180 59 n=5510 1616 1644 ii) ii)

CenpB H2B Tubulin Merge

(8)

Cells in i) interphase or ii) Mitosis. Zoom in of centrioles displayed on the right. D)  Quantification of CIN phenotypes from live cell imaging experiments of RPE1 cells expressing  either H2B‐GFP, or an inducible form of the tri‐fluorescent vectors. “Inducible CenpB”= H2B‐ GFP‐T2A‐CenpB‐mCherry‐T2A‐mTorquoise2‐Tubulin, “inducible centrin3”= H2B‐GFP‐T2A‐ mCherry‐Centrin3‐T2A‐mTorquoise2‐Tubulin. P‐values from chi squared test displayed.  Number of (i) mitotic cells or (ii) interphase cells counter per condition displayed.    specific and /or temporal control of genetic switching. When wildtype loxP  sites are used, Cre recombinase leads to a permanent change in the  genomic DNA, so the ‘switched’ cells pass the genomic alteration on to their  daughter cells. As we want to label cells permanently with the mitotic  marker, but only in a selection of cells (tissue/time specific), we engineered  a vector with a Cre inducible fluorescent marker. The marker contained  fluorescent fusions of H2B, CenpB and tubulin (Figure 2A), and genes were  separated by a self‐cleaving T2A sequence, similar to what is described  above. To generate mouse ES cells for blastocyst injection and transgenic  mouse derivation, the vector was linearized, electorporated into mouse  Embryonic Stem Cells (mESC) and screened for correct gene expression  (Figure 2B). A total of 96 single cell‐derived mESC colonies were plated,  grown, split and transduced with Cre adenovirus to test expression of the  transgenic construct. Adeno‐Cre‐transduced cells were subjected to time‐ lapse imaging to quantify GFP expression, and GFP positive cells were  evaluated for H2B‐eGFP, CenpB‐mCherry and mTurquoise2173‐Tubulin  protein expression (Figure 2C, D I and ii not all clones shown). While many  clones showed correct expression and localization of H2B and tubulin, the  expression of CenpB was weak and sporadic. Even within a single clone,  CenpB expression was highly variable between cells.    While multiple transgene integrations would lead to higher fluorescence  expression, this increased expression would be lost in mice as the transgene  would be integrated in multiple chromosomes, which would partly be lost  due to asymmetric inheritance in offspring. Therefore, qPCR was used to  identify ES cell clones with a single vector integration, and the clones with  multiple integrations were discarded (Figure 2E).  These analyses lead us to  select clone A10, a mESC clone with a single vector integration, correct  fluorescence localization and high fluorescent protein expression. An early  passage of this mESC clone that did not yet express Cre recombinase was  injected into mouse blastocysts, followed by transplantation into pseudo‐ pregnant female mice (Figure 2B, see material and methods). The resulting  chimeric offspring were used to start the “CIN tracker” mouse strain.     Figure 2: Creating and validating tri‐fluorescent mESC. A) Diagram of Cre‐inducible tri‐ fluorescent vector used to create mouse model. B) Schematic of method used to create  mouse model. Inducible vector was transduced into mouse ESC, which was injected into a  mouse blastocyst, which was in turn injected into a pregnant mother mouse. The offspring  of which were chimeras containing the construct. C) A western blot of some of the mESC  screened for multi‐protein expression. mESC clones were activated via Adenoviral Cre  expression. RPE1 cells were used as controls. Alpha‐tubulin was used as loading control. D)  mESC clone A10 imaged via live cell imaging in GFP, mCherry and CFP channels. Images in i)  interphase and ii) mitosis. E) qPCR results for vector integrations per mESC clone. All delta‐ CP values were set relative to clone A10, clones with single vector integrations were colored  green.  A) E) C)

H2B CenpB alpha-Tubulin Merge

i)

ii)

loxP loxP

pChicken B-actin Neo Stop H2B-GFP-T2A-CenpB-mCherry-T2A-mTorq-Tubulin PolyA

Offspring Vector transduction mESC injection injection Mother mouse Blastocyst B) stop codon CenpB-mCherry H2B-eGFP mTorquoise2-Tubulin Alpha-Tubulin

A1 A6 A8 A10 B1 B3 B6 B9 B10 C2 C4 C11 neg. pos.

Triple positive? + - + + - - - + + - - + - +

mouse ESC clones RPE1

D) 0 1 2 3 4 5 6 7 A8 A10 B9 B10 C11 D10 E8 E10 G6 G9 mESC clone gD N A m ar ke r i nt eg ra tio ns (R el at iv e t o A 10) Single integration FALSE TRUE

(9)

1

4

Cells in i) interphase or ii) Mitosis. Zoom in of centrioles displayed on the right. D)  Quantification of CIN phenotypes from live cell imaging experiments of RPE1 cells expressing  either H2B‐GFP, or an inducible form of the tri‐fluorescent vectors. “Inducible CenpB”= H2B‐ GFP‐T2A‐CenpB‐mCherry‐T2A‐mTorquoise2‐Tubulin, “inducible centrin3”= H2B‐GFP‐T2A‐ mCherry‐Centrin3‐T2A‐mTorquoise2‐Tubulin. P‐values from chi squared test displayed.  Number of (i) mitotic cells or (ii) interphase cells counter per condition displayed.    specific and /or temporal control of genetic switching. When wildtype loxP  sites are used, Cre recombinase leads to a permanent change in the  genomic DNA, so the ‘switched’ cells pass the genomic alteration on to their  daughter cells. As we want to label cells permanently with the mitotic  marker, but only in a selection of cells (tissue/time specific), we engineered  a vector with a Cre inducible fluorescent marker. The marker contained  fluorescent fusions of H2B, CenpB and tubulin (Figure 2A), and genes were  separated by a self‐cleaving T2A sequence, similar to what is described  above. To generate mouse ES cells for blastocyst injection and transgenic  mouse derivation, the vector was linearized, electorporated into mouse  Embryonic Stem Cells (mESC) and screened for correct gene expression  (Figure 2B). A total of 96 single cell‐derived mESC colonies were plated,  grown, split and transduced with Cre adenovirus to test expression of the  transgenic construct. Adeno‐Cre‐transduced cells were subjected to time‐ lapse imaging to quantify GFP expression, and GFP positive cells were  evaluated for H2B‐eGFP, CenpB‐mCherry and mTurquoise2173‐Tubulin  protein expression (Figure 2C, D I and ii not all clones shown). While many  clones showed correct expression and localization of H2B and tubulin, the  expression of CenpB was weak and sporadic. Even within a single clone,  CenpB expression was highly variable between cells.    While multiple transgene integrations would lead to higher fluorescence  expression, this increased expression would be lost in mice as the transgene  would be integrated in multiple chromosomes, which would partly be lost  due to asymmetric inheritance in offspring. Therefore, qPCR was used to  identify ES cell clones with a single vector integration, and the clones with  multiple integrations were discarded (Figure 2E).  These analyses lead us to  select clone A10, a mESC clone with a single vector integration, correct  fluorescence localization and high fluorescent protein expression. An early  passage of this mESC clone that did not yet express Cre recombinase was  injected into mouse blastocysts, followed by transplantation into pseudo‐ pregnant female mice (Figure 2B, see material and methods). The resulting  chimeric offspring were used to start the “CIN tracker” mouse strain.     Figure 2: Creating and validating tri‐fluorescent mESC. A) Diagram of Cre‐inducible tri‐ fluorescent vector used to create mouse model. B) Schematic of method used to create  mouse model. Inducible vector was transduced into mouse ESC, which was injected into a  mouse blastocyst, which was in turn injected into a pregnant mother mouse. The offspring  of which were chimeras containing the construct. C) A western blot of some of the mESC  screened for multi‐protein expression. mESC clones were activated via Adenoviral Cre  expression. RPE1 cells were used as controls. Alpha‐tubulin was used as loading control. D)  mESC clone A10 imaged via live cell imaging in GFP, mCherry and CFP channels. Images in i)  interphase and ii) mitosis. E) qPCR results for vector integrations per mESC clone. All delta‐ CP values were set relative to clone A10, clones with single vector integrations were colored  green.  A) E) C)

H2B CenpB alpha-Tubulin Merge

i)

ii)

loxP loxP

pChicken B-actin Neo Stop H2B-GFP-T2A-CenpB-mCherry-T2A-mTorq-Tubulin PolyA

Offspring Vector transduction mESC injection injection Mother mouse Blastocyst B) stop codon CenpB-mCherry H2B-eGFP mTorquoise2-Tubulin Alpha-Tubulin

A1 A6 A8 A10 B1 B3 B6 B9 B10 C2 C4 C11 neg. pos.

Triple positive? + - + + - - - + + - - + - +

mouse ESC clones RPE1

D) 0 1 2 3 4 5 6 7 A8 A10 B9 B10 C11 D10 E8 E10 G6 G9 mESC clone gD N A m ar ke r i nt eg ra tio ns (R el at iv e t o A 10) Single integration FALSE TRUE

(10)

Embryonic Stem Cells express transcripts without a polyA site  In our initial attempt to make the CIN tracker mice, transfected and  selected mESCs colonies displayed substantial expression of the  fluorescently labeled proteins: several mESC clones showed moderate to  good fluorescence expression, with all three proteins localizing correctly:  chromatin (H2B), kinetochores (CenpB), and tubulin (α‐Tubulin)  (Supplementary Figure 1A).   The resulting CIN tracker mouse was next subjected to a number of  additional validation tests. We harvested MEFs, which were genotyped to  check for the inheritance of the “CIN tracker” marker, and positive clones  were induced to express the marker by transducing them with Cre  Adenovirus. As a positive control, 3T3 MEFs were transduced with the same  Cre inducible tri‐fluorescent marker used to make the CRE tracker mouse  (Supplementary Table 1).   While we succeeded in transfecting 3T3 cells with a control GFP vector,  transfection of the CIN tracker construct did not show any expression of the  transgenic construct and none of the “CIN tracker” primary MEFs displayed  any fluorescence expression after Cre‐treatment(Supplementary Figure 1B).  The lack of expression in the transgenic MEFs was not the result of absence  of the construct, nor failure of Cre to remove the lox‐STOP‐lox sequence  that blocks mitotic marker expression before Cre activation (Data not  shown).   To check whether the lack of expression was specific to MEFs, the “CIN  tracker” mice were crossed with Cre‐ERT2 mice (a tamoxifen‐inducible  version, systemically expressed version of Cre‐recombinase), treated with  tamoxifen via oral gavaging, to activate of the fluorescence in vivo.  Unfortunately, also in this case, two‐photon imaging of the mouse skin  revealed that the initial “CIN tracker” mice had no notable fluorescence  expression after tamoxifen induction (Supplementary Figure 1C).   To investigate the reason for the lack of fluorescence expression, we  isolated genomic DNA from the CIN tracker mice and sequenced each  section of the transgene, revealing that the transgenic construct was  abrogated between the 3’ end of the mTorquoise2‐Tubulin and the PolyA  site (Supplementary Figure 1D). We concluded that the fluorescent marker  was separated from its downstream polyA site when it was transfected into  mESC. One somewhat unrelated finding therefore is that mouse ES cells  apparently do not need a polyA sequence to express the fluorescent marker  transcript.   Thus, while mESCs may be able to translate transcripts without a PolyA tail,  many differentiated cells clearly cannot. While this is an intriguing finding, it  is outside the scope of this thesis and we therefore decided to not pursue  this further.   Activating the CIN tracker mouse model  Given the failed CIN tracker mice, version 1, we generated new mESCs with  the triple fluorescent marker, now ensuring that the polyA sequence would  be included, digesting the transgene targeting vector 718bp downstream of  the polyA site (Figure 2A). Transgenic ES cells were derived as described  above (Figure 2B). Before the ES cells were injected, they were tested for  protein expression of H2B‐GFP, CenpB‐mCherry and mTurq‐Tubulin (Figure  2C), imaged for fluorescent protein localization (Figure 2D), and qPCR was  used to check for clones with only a single integration of the vector  construct (Figure 2E), followed by blastocyst injection and injection of  chimeric blastocysts into pseudo‐pregnant female mice.   Before activation and assessment of CIN tracker expression in mice, we  tested the CIN tracker construct in cell culture. For this purpose, CIN tracker  mice were bred with Cre‐ERT2 homozygous mice, from which we isolated  primary mouse embryonic fibroblasts (MEFs) containing the CIN tracker  construct and Cre‐ERT2. A genomic PCR was used to identify which MEF  clones had inherited the CIN tracker construct (Data not shown). Clones  that were positive for the construct were either transduced with Cre  adenovirus, or cultured with 4‐hydroxy‐tamoxifen to activate Cre‐ERT2 to  remove the lox‐STOP‐lox cassette 5’ of the fluorescent construct. CIN  tracker MEFs were monitored for fluorescence expression and correct  localization of the mitotic reporters. Indeed, 90% of the MEFs treated with  Cre‐adenovirus expressed the fluorescent proteins, while 4‐hydroxy‐ tamoxifen treated cells had ~ 5% fluorescence expression. Importantly,  switched MEFs showed expression and correct localization of all three  fluorescent proteins expressed: H2B‐eGFP, CenpB‐mCherry, and  mTurquoise2‐Tubulin (Figure 3A). However, while H2B and tubulin  fluorescence was always co‐expressed, CenpB loci were only sporadically  visible, despite all three proteins being translated from the same mRNA, in  line with our earlier observations in mouse ES cells.  

(11)

1

4

Embryonic Stem Cells express transcripts without a polyA site  In our initial attempt to make the CIN tracker mice, transfected and  selected mESCs colonies displayed substantial expression of the  fluorescently labeled proteins: several mESC clones showed moderate to  good fluorescence expression, with all three proteins localizing correctly:  chromatin (H2B), kinetochores (CenpB), and tubulin (α‐Tubulin)  (Supplementary Figure 1A).   The resulting CIN tracker mouse was next subjected to a number of  additional validation tests. We harvested MEFs, which were genotyped to  check for the inheritance of the “CIN tracker” marker, and positive clones  were induced to express the marker by transducing them with Cre  Adenovirus. As a positive control, 3T3 MEFs were transduced with the same  Cre inducible tri‐fluorescent marker used to make the CRE tracker mouse  (Supplementary Table 1).   While we succeeded in transfecting 3T3 cells with a control GFP vector,  transfection of the CIN tracker construct did not show any expression of the  transgenic construct and none of the “CIN tracker” primary MEFs displayed  any fluorescence expression after Cre‐treatment(Supplementary Figure 1B).  The lack of expression in the transgenic MEFs was not the result of absence  of the construct, nor failure of Cre to remove the lox‐STOP‐lox sequence  that blocks mitotic marker expression before Cre activation (Data not  shown).   To check whether the lack of expression was specific to MEFs, the “CIN  tracker” mice were crossed with Cre‐ERT2 mice (a tamoxifen‐inducible  version, systemically expressed version of Cre‐recombinase), treated with  tamoxifen via oral gavaging, to activate of the fluorescence in vivo.  Unfortunately, also in this case, two‐photon imaging of the mouse skin  revealed that the initial “CIN tracker” mice had no notable fluorescence  expression after tamoxifen induction (Supplementary Figure 1C).   To investigate the reason for the lack of fluorescence expression, we  isolated genomic DNA from the CIN tracker mice and sequenced each  section of the transgene, revealing that the transgenic construct was  abrogated between the 3’ end of the mTorquoise2‐Tubulin and the PolyA  site (Supplementary Figure 1D). We concluded that the fluorescent marker  was separated from its downstream polyA site when it was transfected into  mESC. One somewhat unrelated finding therefore is that mouse ES cells  apparently do not need a polyA sequence to express the fluorescent marker  transcript.   Thus, while mESCs may be able to translate transcripts without a PolyA tail,  many differentiated cells clearly cannot. While this is an intriguing finding, it  is outside the scope of this thesis and we therefore decided to not pursue  this further.   Activating the CIN tracker mouse model  Given the failed CIN tracker mice, version 1, we generated new mESCs with  the triple fluorescent marker, now ensuring that the polyA sequence would  be included, digesting the transgene targeting vector 718bp downstream of  the polyA site (Figure 2A). Transgenic ES cells were derived as described  above (Figure 2B). Before the ES cells were injected, they were tested for  protein expression of H2B‐GFP, CenpB‐mCherry and mTurq‐Tubulin (Figure  2C), imaged for fluorescent protein localization (Figure 2D), and qPCR was  used to check for clones with only a single integration of the vector  construct (Figure 2E), followed by blastocyst injection and injection of  chimeric blastocysts into pseudo‐pregnant female mice.   Before activation and assessment of CIN tracker expression in mice, we  tested the CIN tracker construct in cell culture. For this purpose, CIN tracker  mice were bred with Cre‐ERT2 homozygous mice, from which we isolated  primary mouse embryonic fibroblasts (MEFs) containing the CIN tracker  construct and Cre‐ERT2. A genomic PCR was used to identify which MEF  clones had inherited the CIN tracker construct (Data not shown). Clones  that were positive for the construct were either transduced with Cre  adenovirus, or cultured with 4‐hydroxy‐tamoxifen to activate Cre‐ERT2 to  remove the lox‐STOP‐lox cassette 5’ of the fluorescent construct. CIN  tracker MEFs were monitored for fluorescence expression and correct  localization of the mitotic reporters. Indeed, 90% of the MEFs treated with  Cre‐adenovirus expressed the fluorescent proteins, while 4‐hydroxy‐ tamoxifen treated cells had ~ 5% fluorescence expression. Importantly,  switched MEFs showed expression and correct localization of all three  fluorescent proteins expressed: H2B‐eGFP, CenpB‐mCherry, and  mTurquoise2‐Tubulin (Figure 3A). However, while H2B and tubulin  fluorescence was always co‐expressed, CenpB loci were only sporadically  visible, despite all three proteins being translated from the same mRNA, in  line with our earlier observations in mouse ES cells.  

(12)

  Figure 3: Mice express fluorescent proteins. A) MEF cells from “CIN tracker” mice, induced to  become fluorescent with Cre Adenovirus. B) 2‐photon imaging on live “CIN tracker” mouse  skin with mosaic switching. i) Single z‐image with 10x lens. Since the mouse is alive during  imaging, the mouse’s breathing causes out‐of‐focus stripes. ii) Z‐stack projection of  fluorescent cells at 40x. Breathing stripes disappear due to z‐stack projection due to  breathing stripes not syncing up between different z‐stack images. C) 3D z‐stack  reconstruction of mouse skin with fluorescent cells. Green= H2B‐eGFP, Blue = mTorquoise2‐ Tubulin, Purple= collagen (2nd harmonics).  A) B) M ou se s ki n, 1 00 x Mo us e sk in, 40 0x hair follicle

Tubulin H2B mCherry Merge

C re -in du ced M EF s Zo om Mous e ski n, 40 0x , 3 D C)

H2B CenpB Tubulin Merge

i) ii) Collagen layer To now test the construct in vivo, we applied 4‐hydroxy‐tamoxifen (4OHT)  topically to the skin of mice in order to activate Cre‐ Loxp switching and  induce fluorescence expression (Figure 2A). Mice were imaged at one week  and three weeks after first 4OHT application. Mouse skin revealed mosaic  cell switching, with fluorescent cells clustered together in groups (Figure  3B). While tubulin and H2B were clearly visible (Figure 3B), we failed to  detect kinetochore (CenpB) fluorescence in epidermal cells.   Our imaging method also picked up an auto‐fluorescent signal from the  adjacent dermal layer. This stems from the fact that collagen, a dense  protein which makes up the majority of the dermal layer in skin180, converts  light to its second harmonic during 2‐photon imaging181. Therefore, despite  having no fluorescent protein labeling, the collagen layer of the dermis is  clearly visible in our 2‐photon imaging experiments. The fluorescent cells  rest on top of the dermis’ collagen layer, forming a cellular epidermal layer  measured to be ~40uM thick (Figure 3C).   The fraction of fluorescent cells present in the skin of 4OHT‐treated mice  did not noticeably change between one and three weeks after tamoxifen  application. However, fluorescent cells tended to appear in small groups,  suggesting that Cre activation switched transiently amplifying cells,  generating adjacent fluorescent clones, although formally, we cannot  exclude the possibility that 4OHT only acted very locally. Together, these  data show that our tamoxifen activated, Cre based genetic switching can  provoke expression of the CIN tracker, and will allow us to monitor labeled  cells for several weeks, if not months, after tamoxifen induction.      Discussion  Absence of fluorescent CenpB   While both H2B, a chromatin marker, and tubulin, a marker for the mitotic  spindle, were fluorescently labeled and visible within the skin cells of the  CIN tracker mice, we failed to detect the CenpB kinetochore marker. While  disappointing, this fits well with our observations in the transgenic mouse  ES cells and MEFs, which are genetically identical to the mice model. This  inconsistent expression may be explained by the genetic positioning of the  CenpB‐mCherry gene. The kinetochore marker is located between H2B and  Tubulin on a single open reading frame separated by T2A self‐cleaving 

(13)

1

4

  Figure 3: Mice express fluorescent proteins. A) MEF cells from “CIN tracker” mice, induced to  become fluorescent with Cre Adenovirus. B) 2‐photon imaging on live “CIN tracker” mouse  skin with mosaic switching. i) Single z‐image with 10x lens. Since the mouse is alive during  imaging, the mouse’s breathing causes out‐of‐focus stripes. ii) Z‐stack projection of  fluorescent cells at 40x. Breathing stripes disappear due to z‐stack projection due to  breathing stripes not syncing up between different z‐stack images. C) 3D z‐stack  reconstruction of mouse skin with fluorescent cells. Green= H2B‐eGFP, Blue = mTorquoise2‐ Tubulin, Purple= collagen (2nd harmonics).  A) B) M ou se s ki n, 1 00 x Mo us e sk in, 40 0x hair follicle

Tubulin H2B mCherry Merge

C re -in du ce d M EF s Zo om Mous e ski n, 40 0x , 3 D C)

H2B CenpB Tubulin Merge

i) ii) Collagen layer To now test the construct in vivo, we applied 4‐hydroxy‐tamoxifen (4OHT)  topically to the skin of mice in order to activate Cre‐ Loxp switching and  induce fluorescence expression (Figure 2A). Mice were imaged at one week  and three weeks after first 4OHT application. Mouse skin revealed mosaic  cell switching, with fluorescent cells clustered together in groups (Figure  3B). While tubulin and H2B were clearly visible (Figure 3B), we failed to  detect kinetochore (CenpB) fluorescence in epidermal cells.   Our imaging method also picked up an auto‐fluorescent signal from the  adjacent dermal layer. This stems from the fact that collagen, a dense  protein which makes up the majority of the dermal layer in skin180, converts  light to its second harmonic during 2‐photon imaging181. Therefore, despite  having no fluorescent protein labeling, the collagen layer of the dermis is  clearly visible in our 2‐photon imaging experiments. The fluorescent cells  rest on top of the dermis’ collagen layer, forming a cellular epidermal layer  measured to be ~40uM thick (Figure 3C).   The fraction of fluorescent cells present in the skin of 4OHT‐treated mice  did not noticeably change between one and three weeks after tamoxifen  application. However, fluorescent cells tended to appear in small groups,  suggesting that Cre activation switched transiently amplifying cells,  generating adjacent fluorescent clones, although formally, we cannot  exclude the possibility that 4OHT only acted very locally. Together, these  data show that our tamoxifen activated, Cre based genetic switching can  provoke expression of the CIN tracker, and will allow us to monitor labeled  cells for several weeks, if not months, after tamoxifen induction.      Discussion  Absence of fluorescent CenpB   While both H2B, a chromatin marker, and tubulin, a marker for the mitotic  spindle, were fluorescently labeled and visible within the skin cells of the  CIN tracker mice, we failed to detect the CenpB kinetochore marker. While  disappointing, this fits well with our observations in the transgenic mouse  ES cells and MEFs, which are genetically identical to the mice model. This  inconsistent expression may be explained by the genetic positioning of the  CenpB‐mCherry gene. The kinetochore marker is located between H2B and  Tubulin on a single open reading frame separated by T2A self‐cleaving 

(14)

peptide sequences, and previous research179 has shown that the second  position of a tri‐cistronic construct with 2A cleaving sequences has the  lowest expression. Thus, while CenpB‐mCherry is genetically encoded in the  cell, it may be expressed below detectable limits. Future work should reveal  whether CenpB can be detected at later time points, or with higher  resolution imaging or more sensitive detection.   Gene expression in mESC without PolyA sites  While developing a mouse model containing an inducible genetic transcript  without a PolyA wasn’t intentional, it did lead to a potential new discovery  about protein translation in embryonic stem cells. Several mESC clones had  activatable fluorescent protein expression, while the mice and MEFs  resulting from those mESC clones did not, even though they were  genetically identical. This implies that mESCs may not need a polyA  sequence in order to translate open reading frames. To our knowledge, this  has not been previously reported, and may help to illuminate some of the  protein expression changes that occur when a cell differentiates.   The CIN tracker fluorescent mice  The level of aneuploidy within an organism varies between tissues89,92 increases with age182 and can be dramatically altered with genetic  modification14,159(also this thesis Chapter 3), and drug treatment in cultured 

cells 97,159. Additionally, three out of four cancers are aneuploid7,8, many 

cancer cell lines have high rates of CIN137,183, and many cancers have been  shown to have multiple aneuploid clones which allow for tumor selection  and evolution9,27,183. Despite this, the level of chromosome mis‐segregation  within these tumors has rarely been studied, due to the lack of available  models to observe CIN in living organisms (See Chapter 2). While cancer cell  lines can be used to study CIN in cancer, the frequency of chromosome mis‐ segregation events in cell lines does not necessarily represent the level of  CIN in vivo (see also Chapter 2).  The CIN tracker mouse model can be used  to assess and better understand the rates and types of chromosome mis‐ segregation taking place in vivo within living cells in various tissues or  tumors, at multiple time points and within a variety of genetic backgrounds  without having to take cells ex vivo.   There are several advantages to using the CIN tracker mouse model over  other mouse models expressing fluorescently‐tagged H2B to monitor cell  division, currently available. First, the CIN tracker does not only express  H2B, but α‐tubulin as well, which labels the cell cytoplasm during  interphase, and the spindle network during mitosis. This allows for better  quantification of different forms of chromosome instability, such as multi‐ polar spindles, can possibly be used to study spindle orientation in mitosis,  relevant for asymmetric cell division, and can be used to visualize cell size  and shape.   The CIN tracker mice express fluorescence expression in vivo, so the  fluorescent markers do not need to be introduced ex vivo. Since a CIN  phenotype is known to enhance tumor progression9,18,21,50,184, and some  forms of CIN have even been reported to initiate tumorigenesis14 visualizing the true level and type of chromosome mis‐segregation rates in  vivo is essential to better understanding the biology of cancer initiation and  progression. Additionally, while low to intermediate levels of CIN have been  reported to enhance tumorigenesis, high levels of CIN appear to inhibit  tumor progression16,32,159,164,166, and may be a suitable approach to target  CIN cells 159,164 (See chapter 3).    Since the CIN tracker induces fluorescence through genetic switching, and  does not rely on cell transplantation, there are no requirements to suppress  the immune system in these mice. The immune system not only plays an  essential, and frequently overlooked, role in tumor progression30,185,186, CIN  itself has also been shown to interact with the immune system22,30. The  immune system may help eliminate CIN cells, as cells that have been  subjected to high rates of CIN have been shown to be eliminated using co‐ culture experiments with CIN cells and a Natural Killer cell line 97 Additionally, highly aneuploid tumors have a higher chance of  metastasizing115, and CIN itself may promote epithelial to mesenchymal  transition (EMT) facilitating metastasis in vivo22,187,188. The CIN tracker model  may therefore be used in future experiments to visualize CIN cells in  immune‐competent mice, to gain a better understanding of the complex  interactions between the immune system and CIN.   Additionally, CIN tracker expression can be induced in a tissue‐specific  fashion by combining the CIN tracker with tissue specific Cre expression,  allowing for lineage tracing within tissues or even developing cancers18,50 and would allow for tissue specific evaluation of CIN rates, and the  consequences of CIN. For instance, the CIN tracker can be used to better  understand why some tissues can deal with CIN induction15,18 while others  cannot4,15(See also chapter 6).  

(15)

1

4

peptide sequences, and previous research179 has shown that the second  position of a tri‐cistronic construct with 2A cleaving sequences has the  lowest expression. Thus, while CenpB‐mCherry is genetically encoded in the  cell, it may be expressed below detectable limits. Future work should reveal  whether CenpB can be detected at later time points, or with higher  resolution imaging or more sensitive detection.   Gene expression in mESC without PolyA sites  While developing a mouse model containing an inducible genetic transcript  without a PolyA wasn’t intentional, it did lead to a potential new discovery  about protein translation in embryonic stem cells. Several mESC clones had  activatable fluorescent protein expression, while the mice and MEFs  resulting from those mESC clones did not, even though they were  genetically identical. This implies that mESCs may not need a polyA  sequence in order to translate open reading frames. To our knowledge, this  has not been previously reported, and may help to illuminate some of the  protein expression changes that occur when a cell differentiates.   The CIN tracker fluorescent mice  The level of aneuploidy within an organism varies between tissues89,92 increases with age182 and can be dramatically altered with genetic  modification14,159(also this thesis Chapter 3), and drug treatment in cultured 

cells 97,159. Additionally, three out of four cancers are aneuploid7,8, many 

cancer cell lines have high rates of CIN137,183, and many cancers have been  shown to have multiple aneuploid clones which allow for tumor selection  and evolution9,27,183. Despite this, the level of chromosome mis‐segregation  within these tumors has rarely been studied, due to the lack of available  models to observe CIN in living organisms (See Chapter 2). While cancer cell  lines can be used to study CIN in cancer, the frequency of chromosome mis‐ segregation events in cell lines does not necessarily represent the level of  CIN in vivo (see also Chapter 2).  The CIN tracker mouse model can be used  to assess and better understand the rates and types of chromosome mis‐ segregation taking place in vivo within living cells in various tissues or  tumors, at multiple time points and within a variety of genetic backgrounds  without having to take cells ex vivo.   There are several advantages to using the CIN tracker mouse model over  other mouse models expressing fluorescently‐tagged H2B to monitor cell  division, currently available. First, the CIN tracker does not only express  H2B, but α‐tubulin as well, which labels the cell cytoplasm during  interphase, and the spindle network during mitosis. This allows for better  quantification of different forms of chromosome instability, such as multi‐ polar spindles, can possibly be used to study spindle orientation in mitosis,  relevant for asymmetric cell division, and can be used to visualize cell size  and shape.   The CIN tracker mice express fluorescence expression in vivo, so the  fluorescent markers do not need to be introduced ex vivo. Since a CIN  phenotype is known to enhance tumor progression9,18,21,50,184, and some  forms of CIN have even been reported to initiate tumorigenesis14 visualizing the true level and type of chromosome mis‐segregation rates in  vivo is essential to better understanding the biology of cancer initiation and  progression. Additionally, while low to intermediate levels of CIN have been  reported to enhance tumorigenesis, high levels of CIN appear to inhibit  tumor progression16,32,159,164,166, and may be a suitable approach to target  CIN cells 159,164 (See chapter 3).    Since the CIN tracker induces fluorescence through genetic switching, and  does not rely on cell transplantation, there are no requirements to suppress  the immune system in these mice. The immune system not only plays an  essential, and frequently overlooked, role in tumor progression30,185,186, CIN  itself has also been shown to interact with the immune system22,30. The  immune system may help eliminate CIN cells, as cells that have been  subjected to high rates of CIN have been shown to be eliminated using co‐ culture experiments with CIN cells and a Natural Killer cell line 97 Additionally, highly aneuploid tumors have a higher chance of  metastasizing115, and CIN itself may promote epithelial to mesenchymal  transition (EMT) facilitating metastasis in vivo22,187,188. The CIN tracker model  may therefore be used in future experiments to visualize CIN cells in  immune‐competent mice, to gain a better understanding of the complex  interactions between the immune system and CIN.   Additionally, CIN tracker expression can be induced in a tissue‐specific  fashion by combining the CIN tracker with tissue specific Cre expression,  allowing for lineage tracing within tissues or even developing cancers18,50 and would allow for tissue specific evaluation of CIN rates, and the  consequences of CIN. For instance, the CIN tracker can be used to better  understand why some tissues can deal with CIN induction15,18 while others  cannot4,15(See also chapter 6).  

(16)

Importantly, mice can be imaged multiple times, allowing researchers to  observe the same tissues over time, particularly when combining imaging  micro‐tattooing to return to the exact same imaging position as before.  Multiple imaging experiments per mouse does not only lower the number  of mice necessary per experiment, but it also allows researchers to observe  CIN rates in tumors or tissues before and after interventions, for instance to  better understand the mechanism and/or side effects of specific drugs or  the effect of genetic interventions. For example, one could setup an  experiment to quantify the rate of chromosome mis‐segregation in Mad2  knockout tumors18,38(also see Chapter 6) before and after treating the  tumor with SKI606, a drug that we find to increase mis‐segregation rate of  Mad2‐knockdown cell in vitro (see Chapter 3), to study the interaction  between CIN and the drug in vivo.   While the CIN tracker was created to monitor CIN in vivo, it can also be used  for other experiments. For example, one could induce mosaic switching  within a single tissue, combined with the ability to image the same mouse  multiple times, which would allow researchers to track cell movement and  (stem) cell clusters over time. Depending on resolution that can be acquired  from the imaging setup, the CIN tracker could also be used to study the  structure and function of the tubulin cytoskeleton and the spindle network  in different tissues and how this tubulin fibers are affected by drugs or  mutations in vivo.   In conclusion, this novel CIN tracker mouse model will allow us to observe  chromosome segregation, chromosome mis‐segregation and the fate of the  emerging cells and tissues, allowing the field to better understand the role  of CIN in cancer initiation and progression, cell death, and aging.     Material and Methods  Cloning  The tri‐fluorescent vector was made using Gibson Assembly cloning kit  (New England Biolabs Inc.) to insert multiple fluorescent sections, and the  connecting T2A sequences within a single cloning step. The T2A sequence  was taken from Liu et al. 2017179. Vectors and cell lines are available upon  request.   Cell culture 

RPE1 cells (ATCC) were cultured at 37°C, in 5% CO2 and 18% O2, with DMEM 

media supplemented with 10% Fetal Bovine Serum and 100 Units/ml  Penicillin and 100ug/ml Streptomycin. NIH 3T3 MEFs and Primary MEFs  were cultured at 5% CO2 and 5% O2, in DMEM media supplemented with 

FBS and Pen/Strep as above, 1% MEM NEAA (Cat. Num. 11140050) (Gibco,  Thermo Scientific), and 0.1% 5.5x10^‐2 β‐Mercapto‐Ethanol (Cat. Num.  21985023) (Gibco, Thermo Scientific).  Primary MEFs were kept between  30% and 80% confluency.   MEF harvesting  Male mice with the desired genotype were setup in a timed mating with  female Black6 mice. Mothers were terminated on day 13.5 of their  pregnancies. The E13.5 embryos were harvested dissected in a laminar flow  cabinet. For this, the embryonic sac, internal organs and the head were  removed, and tissue was homogenized with a scalpel, then digested with  Trypsin for 15 minutes. Cells were resuspended in MEF media. The resulting  MEF cell lines were genotyped for presence of the desired genotype and  negative MEFs were discarded.   Imaging Live Mice and Cre switching  All animal experiments were performed in accordance with Dutch law and  approved by the University of Groningen Medical Center Committees on  Animal Care. Mice carrying the CIN tracker were bred with mice expressing  ubiquitous Cre‐ERT2. The CIN tracker construct was activated via topical  application of 4‐hydroxy‐Tamoxifen onto shaved mouse skin. A total of 100  μl of 5 mg/ml 4‐hydroxy‐tamoxifen dissolved in pure ethanol was applied to  mice three times, with a 48 hour rest period between applications.   Live, anaesthetized, mice were imaged with a constant supply of  isofluorane (1.5‐2.5%) and 8% oxygen. The imaged mouse and all  microscope equipment was kept at 37°C. Before imaging, mice were  subcutaneously injected with sterile PBS equal to 1% of their body weight  to keep them hydrated throughout the experiment. Mice were imaged on a  Zeiss LSM 780 2‐photon microscope (Axio Observer.Z1, Zeiss International)  for a maximum of 3 hours under anesthesia.    Imaging cell lines 

(17)

1

4

Importantly, mice can be imaged multiple times, allowing researchers to  observe the same tissues over time, particularly when combining imaging  micro‐tattooing to return to the exact same imaging position as before.  Multiple imaging experiments per mouse does not only lower the number  of mice necessary per experiment, but it also allows researchers to observe  CIN rates in tumors or tissues before and after interventions, for instance to  better understand the mechanism and/or side effects of specific drugs or  the effect of genetic interventions. For example, one could setup an  experiment to quantify the rate of chromosome mis‐segregation in Mad2  knockout tumors18,38(also see Chapter 6) before and after treating the  tumor with SKI606, a drug that we find to increase mis‐segregation rate of  Mad2‐knockdown cell in vitro (see Chapter 3), to study the interaction  between CIN and the drug in vivo.   While the CIN tracker was created to monitor CIN in vivo, it can also be used  for other experiments. For example, one could induce mosaic switching  within a single tissue, combined with the ability to image the same mouse  multiple times, which would allow researchers to track cell movement and  (stem) cell clusters over time. Depending on resolution that can be acquired  from the imaging setup, the CIN tracker could also be used to study the  structure and function of the tubulin cytoskeleton and the spindle network  in different tissues and how this tubulin fibers are affected by drugs or  mutations in vivo.   In conclusion, this novel CIN tracker mouse model will allow us to observe  chromosome segregation, chromosome mis‐segregation and the fate of the  emerging cells and tissues, allowing the field to better understand the role  of CIN in cancer initiation and progression, cell death, and aging.     Material and Methods  Cloning  The tri‐fluorescent vector was made using Gibson Assembly cloning kit  (New England Biolabs Inc.) to insert multiple fluorescent sections, and the  connecting T2A sequences within a single cloning step. The T2A sequence  was taken from Liu et al. 2017179. Vectors and cell lines are available upon  request.   Cell culture 

RPE1 cells (ATCC) were cultured at 37°C, in 5% CO2 and 18% O2, with DMEM 

media supplemented with 10% Fetal Bovine Serum and 100 Units/ml  Penicillin and 100ug/ml Streptomycin. NIH 3T3 MEFs and Primary MEFs  were cultured at 5% CO2 and 5% O2, in DMEM media supplemented with 

FBS and Pen/Strep as above, 1% MEM NEAA (Cat. Num. 11140050) (Gibco,  Thermo Scientific), and 0.1% 5.5x10^‐2 β‐Mercapto‐Ethanol (Cat. Num.  21985023) (Gibco, Thermo Scientific).  Primary MEFs were kept between  30% and 80% confluency.   MEF harvesting  Male mice with the desired genotype were setup in a timed mating with  female Black6 mice. Mothers were terminated on day 13.5 of their  pregnancies. The E13.5 embryos were harvested dissected in a laminar flow  cabinet. For this, the embryonic sac, internal organs and the head were  removed, and tissue was homogenized with a scalpel, then digested with  Trypsin for 15 minutes. Cells were resuspended in MEF media. The resulting  MEF cell lines were genotyped for presence of the desired genotype and  negative MEFs were discarded.   Imaging Live Mice and Cre switching  All animal experiments were performed in accordance with Dutch law and  approved by the University of Groningen Medical Center Committees on  Animal Care. Mice carrying the CIN tracker were bred with mice expressing  ubiquitous Cre‐ERT2. The CIN tracker construct was activated via topical  application of 4‐hydroxy‐Tamoxifen onto shaved mouse skin. A total of 100  μl of 5 mg/ml 4‐hydroxy‐tamoxifen dissolved in pure ethanol was applied to  mice three times, with a 48 hour rest period between applications.   Live, anaesthetized, mice were imaged with a constant supply of  isofluorane (1.5‐2.5%) and 8% oxygen. The imaged mouse and all  microscope equipment was kept at 37°C. Before imaging, mice were  subcutaneously injected with sterile PBS equal to 1% of their body weight  to keep them hydrated throughout the experiment. Mice were imaged on a  Zeiss LSM 780 2‐photon microscope (Axio Observer.Z1, Zeiss International)  for a maximum of 3 hours under anesthesia.    Imaging cell lines 

Referenties

GERELATEERDE DOCUMENTEN

振り仮名 in Japanese, which translates to something like 'sprinkled (syllabic)

License: Licence agreement concerning inclusion of doctoral thesis in the Institutional Repository of the University of

Chapter 9 Tamoxifen resistance by a conformational arrest of 159 the Estrogen Receptor α after PKA activation in breast cancer.

Usually, this involves experiments where large num- ber of cells are lysed, protein content is subsequently isolated and studied using antibodies to detect

Examples of processes studied using biophysical techniques that are discussed in this review include: (9) interaction of the T-cell receptor with peptide-loaded MHC class

Inhibitors of the proteasome block the degrada- tion of most cell proteins and the generation of peptides presented on MHC class I molecules. Benham AM, Gromme M,

When compared to the cytoplasm, fluorescent re- covery within the bleached area of the nucleus was slower, suggesting that a fraction of the microinjected peptide pool is

major histocompatibility complex class II molecules to the cell surface by invariant chain allows antigen presentation upon recy- cling... early endosomes are required for