在此,我们介绍一种从成人肌肉组织中获取纯化人成肌细胞群体的方法。这些细胞可用于研究 体外 骨骼肌分化,特别是研究参与钙离子(Ca)相关过程的蛋白质2+ 信号传导。
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在此,我们介绍一种从成人肌肉组织中获取纯化人成肌细胞群体的方法。这些细胞可用于研究 体外 骨骼肌分化,特别是研究参与钙离子(Ca)相关过程的蛋白质2+ 信号传导。
卫星细胞(SC)是位于肌纤维质膜与周围基底膜之间的肌肉干细胞,对肌肉再生至关重要。当骨骼肌频繁发生损伤时,SC被激活,增殖形成成肌细胞,并进一步分化以修复肌肉损伤。在肌肉分化过程中发生的诸多事件中,胞质内Ca2+ 信号具有重要意义。这些Ca2+ 信号来源于Ca2+ 内质网钙释放2+ 储存,以及来自Ca2+ 来自细胞外空间的进入,特别是由储存库调控的 Ca2+ 进入(SOCE)。本文描述了一种从骨科手术后获取的肌肉样本中分离出纯度较高的人肌母细胞的方法。组织经过机械和酶消化处理后,细胞被扩增,并根据特定膜标志物的表达情况通过流式细胞术进行分选。获得的人肌母细胞随后进行扩增,并通过去除培养基中的生长因子诱导其向分化方向发展。特定转录因子的表达水平以及 体外 免疫荧光用于评估对照条件下以及沉默参与Ca相关蛋白后的成肌分化过程2+ 信号传导。最后,我们详细阐述了Fura-2作为比率型Ca2+ 提供可靠且可重复的SOCE测量结果的探针。
人类骨骼肌由成群的可收缩的多核肌纤维组成,这些肌纤维由成肌前体细胞融合形成。由于骨骼肌干细胞(SCs)的存在,骨骼肌在损伤后具有再生能力;这些干细胞位于肌纤维质膜(肌膜)与基底膜之间。在未受损的肌肉中,SCs 主要处于静息状态。当受到机械应力或损伤刺激时,SCs 被激活(成为成肌细胞),开始增殖,并进一步分化形成新的肌纤维,或通过自我更新来补充 SC 池1,2。多年来,已发展出多种技术用于从骨骼肌活检组织中分离 SCs 及其子代细胞——成肌细胞。随着对这些细胞表面标志物的深入认识以及荧光激活细胞分选技术(FACS)的发展3,4,5,目前已有可能从人类肌肉样本中分离出高纯度的成肌细胞群体。
钙信号调控骨骼肌的发育、稳态与再生。特别是,Ca2+ 在细胞内储存钙耗竭后被激活的通道,即储存操作性钙进入(SOCE),具有重要意义6 对于这些过程。细胞受到刺激后,Ca2+ 内质网/肌浆网(ER/SR)中的钙水平下降,进而激活质膜Ca2+ 允许 Ca 的通道2+ 进入以补充内质网/肌浆网7参与SOCE的两种主要蛋白是内质网/肌浆网Ca2+-感应型基质相互作用分子1(STIM1)蛋白和质膜Ca2+ 通道Orai1。骨骼肌大量表达这两种蛋白,以及同一家族的其他蛋白(STIM2和Orai2-Orai3)。8,9 以及几种Ca2+瞬时受体电位经典型(TRPC)家族的可通透通道10,11,12,13钙2+ 通过SOCE途径的离子内流对肌肉形成/再生具有重要意义14STIM1 或 Orai1 蛋白的突变对肌肉功能具有有害影响,主要导致肌张力低下15SOCE 功能受损的动物模型也表现出肌肉质量与力量下降,以及疲劳性增强6,16,17如前所述,骨骼肌中还表达其他STIM和Orai蛋白以及多种TRPC通道,但它们各自的功能迄今尚未明确。通过降低这些蛋白的表达水平,可进一步研究它们在SOCE中的作用及其在人类骨骼肌细胞分化过程中的功能。
SOCE 的测量可以通过两种不同的方法进行:电生理电流记录和 Ca2+ 检测。电生理学方法无疑更为直接,因为它能够测量目标电流及其相关的电生理特征。然而,该技术在肌细胞中的应用非常困难,主要原因是肌细胞体积较大,而内源性 SOCE 电流非常微弱。细胞质 Ca2+ 成像在技术上易于实现,但其测量结果更具间接性,因为细胞质中测得的 Ca2+ 水平同时反映了 Ca2+ 的内流以及通过泵出细胞或进入细胞内储存库所导致的再摄取过程。
本文介绍了一种方法,包括在酶消化后从小块人骨骼肌组织中分离成肌细胞,并进行扩增和荧光激活细胞分选(FACS)。文中描述了肌肉分化的过程,以及随时间追踪分化标志物表达的免疫荧光实验方案18。最后,阐述了钙库操纵性钙离子内流(SOCE)的测定方法,以及不同离子通道在钙离子(Ca2+)信号传导和骨骼肌分化中的作用。
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人体肌肉样本(取自半腱肌的组织)是在健康患者接受骨科手术期间作为手术废弃物收集的。所有涉及人体研究的方法均遵循瑞士卫生监管机构的指南和规定,并由瑞士日内瓦州当局的州伦理研究委员会批准(方案编号 CER n° 12-259)。所有参与研究的成年受试者均签署了知情且书面的同意书。
1. 从人骨骼肌中分离成肌细胞
2. 解离方案
3. 抗体染色与细胞分选
4. 细胞培养
5. 人成肌细胞的siRNA转染
注意:成肌细胞在诱导分化前两天使用商用转染试剂进行转染。针对特定基因的siRNA效应始终与对照siRNA的效应进行比较。siRNA为双链RNA,必须置于冰上保存,并佩戴手套操作。
6. 分化标志物的免疫荧光染色
注意:免疫荧光染色在分化培养基中培养48小时后进行,但也可在其他分化时间点进行。Myogenin和MEF2是仅在已分化细胞(融合成肌管之前)中表达的核蛋白,其染色可用于评估分化过程。肌球蛋白重链(MyHC)仅在肌管中表达,可用于估算肌管大小和融合指数(肌管内核数/总核数)。
7. 钙成像
8. Ca2+ 测量分析
注意:使用采集软件进行分析。
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在对人肌肉样本进行酶解离后,细胞在GM中扩增。通过FACS获得定义为CD56+/CD146+/CD45-/CD34-/CD144-的人肌母细胞。肌母细胞占分析细胞群体的60%以上。图1。将原代人成肌细胞重新接种,培养至融合后,在分化培养基(DM)中继续培养48小时。经免疫染色检测转录因子MEF2和骨骼肌特异性蛋白肌球蛋白重链(MyHC)的表达后,我们观察到大部分细胞形成了肌管 体外 (MyHC阳性细胞),融合指数值为60.9 ± 1.3%(n = 5; 图2)。我们还观察到,约40%的人成肌细胞(称为储备细胞)逃避了这种终末分化,保持为未分化的单核细胞。在功能研究中,我们分析了Ca2+ 成肌细胞或肌管在分化开始后48小时的反应。 图3 展示了用于诱导SOCE的代表性实验方案以及从此类记录中提取的关键参数。为了区分与SOCE相关分子的信息,细胞被转染了针对目标分子的siRNA。 图...
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从成人骨骼肌中分离和培养人成肌细胞提供了一种 体外 用于研究肌肉分化和肌肉再生的模型。本文提供了一种简单且成本可控的方法,用于高效纯化大量人源成肌细胞。此外,该技术在成肌细胞分离率及其成肌分化效率方面具有良好的可靠性和可重复性。事实上,经细胞分选后,我们获得了约60%的人源成肌细胞。这些细胞在体外培养中可维持至6代(约30次倍增),并保持其分化能力。此外,当培养基由生长培养基(GM)更换为分化培养基(DM)后,成肌分化迅速发生;在DM中培养2至3天后,成肌细胞融合达到峰值。在此模型中,约60%的成肌细胞在DM中培养2天后融合形成肌管。另一优势在于,这些原代人源细胞易于转染siRNA。本实验室所用的GM和DM培养基均为自制;也可选用商品化培养基,但我们从未测试过其在人源原代细胞培养中的效率。
上述方法的一个缺点是在组织酶解过程中使用胰蛋白酶(trypsin)。该步骤会去除大量细胞表面标志物,因此需要将细胞培养数天后才能进行流式细胞分选(...
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作者无竞争性财务利益。
本工作由瑞士国家科学基金会(资助号 310030-166313)、瑞士肌肉疾病研究基金会、“Marcel Levaillant 基金会”以及骨关节研究基金会资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Ham’s F10 | ThermoFisher Scientific | 31550-023 | |
| FCS | ThermoFisher Scientific | 10270-106 | 批号 41G5532K |
| BSA | Sigma | O5482 | |
| 胎球蛋白 | Sigma | F3385 | |
| EGF | Corning | 354001 | |
| 地塞米松 | Sigma | D1756 | |
| 胰岛素 | Sigma | I9278 | |
| 肌酸 | Sigma | 27900 | |
| 丙酮酸 | Sigma | P4562 | |
| 尿苷 | Sigma | U3003 | |
| 庆大霉素 | ThermoFisher Scientific | 15710-049 | |
| 0.05% 胰蛋白酶-EDTA | ThermoFisher Scientific | 25300-062 | |
| 70 μm 细胞滤器 | Falcon | 352350 | |
| 40 μm 细胞滤器 | Falcon | 352340 | |
| Falcon 50 mL 管 | Falcon | 352070 | |
| Falcon 15 mL 管 | Falcon | 352096 | |
| Falcon 5 mL 管(FACS) | Falcon | 352058 | |
| 培养基:OPTI-MEM | ThermoFisher Scientific | 31985-047 | |
| 转染试剂:RNAiMax | ThermoFisher Scientific | 1756064 | |
| PBS | ThermoFisher Scientific | 14190-094 | |
| 封片剂 | Fluka | 10981 | |
| 小鼠抗 MyHC * | DSHB | MF20 | 浓缩液 |
| 小鼠抗肌细胞生成素 | BD Pharmigen | 556358 | |
| 兔抗 MEF2 | Santa Cruz Biotech | C-21 | |
| 羊抗小鼠 Alexa488 | ThermoFisher Scientific | A11029 | |
| 羊抗兔 Alexa 546 | ThermoFisher Scientific | A11035 | |
| 小鼠抗人 CD56-Alexa488 | BD Pharmingen | 557699 | |
| 小鼠抗人 CD146-PECy7 | BD Pharmingen | 562135 | |
| 小鼠抗人 CD45-PE-CF594 | BD Pharmingen | 562279 | |
| 小鼠抗人 CD34-APC | BD Pharmingen | 345804 | |
| 小鼠抗人 CD144-PE | BD Pharmingen | 560410 | |
| Alexa Fluor 488 小鼠 IgG1k | BD Pharmingen | 557702 | |
| PECy7 小鼠 IgG1k | BD Pharmingen | 557872 | |
| PE-CF594 小鼠 IgG1k | BD Pharmingen | 562292 | |
| APC 小鼠 IgG1k | BD Pharmingen | 550854 | |
| PE 小鼠 IgG1k | BD Pharmingen | 556650 | |
| DAPI | Sigma | D9542 | 注意: 有毒化合物 |
| 多聚甲醛 | Fluka | 762400 | |
| Fura-2 AM | ThermoFisher Scientific | F1201 | |
| Pluronic F-127 | ThermoFisher Scientific | P3000MP | |
| 毒胡萝卜素 | Sigma | T9033 | 注意 :有毒化合物 |
| 比率成像采集软件:Metafluor 6.3 | Molecular Device | ||
| * :MF 20 由 Fischman, D.A. 提交至 DSHB |
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