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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Dieses Protokoll beschreibt den technischen Ansatz zur Isolierung von adipogenen und fibro-inflammatorischen Stromazell-Subpopulationen aus murinen intraabdominalen Depots aus weißem Fettgewebe (WAT) durch fluoreszenzaktivierte Zellsortierung oder immunomagnetische Kügelchentrennung.
Die stroma-vaskuläre Fraktion (SVF) des weißen Fettgewebes (WAT) ist bemerkenswert heterogen und besteht aus zahlreichen Zelltypen, die funktionell zur Expansion und zum Umbau von WAT im Erwachsenenalter beitragen. Ein enormes Hindernis für die Untersuchung der Auswirkungen dieser zellulären Heterogenität ist die Unfähigkeit, funktionell unterschiedliche Zellsubpopulationen aus WAT SVF für in vitro- und in vivo-Analysen zu isolieren. Die Einzelzellsequenzierungstechnologie hat kürzlich funktionell unterschiedliche fibroinflammatorische und adipogene PDGFRβ+ perivaskuläre Zellsubpopulationen in intraabdominalen WAT-Depots adulter Mäuse identifiziert. Fibroinflammatorische Vorläuferzellen (als "FIPs" bezeichnet) sind nicht-adipogene Kollagen produzierende Zellen, die einen entzündungsfördernden Phänotyp ausüben können. PDGFRβ+ Adipozyten-Vorläuferzellen (APCs) sind sowohl in vitro als auch in vivo nach Zelltransplantation stark adipogen. In dieser Arbeit beschreiben wir mehrere Methoden zur Isolierung dieser stromalen Zell-Subpopulationen aus murinen intraabdominalen WAT-Depots. FIPs und APCs können durch fluoreszenzaktivierte Zellsortierung (FACS) oder durch Nutzung der auf biotinylierten Antikörpern basierenden immunomagnetischen Bead-Technologie isoliert werden. Isolierte Zellen können für molekulare und funktionelle Analysen verwendet werden. Die isolierte Untersuchung der funktionellen Eigenschaften der Stromazell-Subpopulation wird unser aktuelles Wissen über den Umbau von Fettgewebe unter physiologischen oder pathologischen Bedingungen auf zellulärer Ebene erweitern.
Weißes Fettgewebe (WAT) stellt die Hauptstelle für die Energiespeicherung bei Säugetieren dar. In diesem Gewebe speichern Adipozyten oder "Fettzellen" überschüssige Kalorien in Form von Triglyceriden, die in großen unilokulären Lipidtröpfchen verpackt sind. Darüber hinaus sezernieren Adipozyten eine Vielzahl von Faktoren, die verschiedene Aspekte der Energiehomöostase regulieren 1,2,3. Adipozyten machen den Großteil des WAT-Volumens aus; Adipozyten machen jedoch nur weniger als 50 % der Gesamtzellen aus, die in WAT 4,5 gefunden werden. Das nicht-adipozyten-Kompartiment der WAT oder stromal-vaskulären Fraktion (SVF) ist recht heterogen und enthält vaskuläre Endothelzellen, geweberesidente Immunzellen, Fibroblasten und Adipozyten-Vorläuferzellpopulationen (APC).
WAT ist außergewöhnlich in seiner bemerkenswerten Fähigkeit, mit steigender Nachfrage nach Energiespeichern zu expandieren. Die Aufrechterhaltung dieser Gewebeplastizität ist von entscheidender Bedeutung, da eine angemessene Speicherung von Lipiden in WAT vor schädlicher ektopischer Lipidablagerung in Nicht-Fettgewebe schützt6. Die Art und Weise, wie die einzelnen WAT-Depots diese Expansion als Reaktion auf einen Kalorienüberschuss erfahren, ist eine kritische Determinante für die Insulinsensitivität bei Fettleibigkeit7. Die pathologische WAT-Expansion, die bei adipösen Personen mit metabolischem Syndrom beobachtet wird, ist durch eine bevorzugte Expansion der viszeralen WAT-Depots auf Kosten des metabolisch günstigen subkutanen Fettgewebes gekennzeichnet. Darüber hinaus ist die Insulinresistenz bei Adipositas mit einem pathologischen Umbau der WAT verbunden. Dies ist gekennzeichnet durch hypertrophes Wachstum der vorhandenen Adipozyten (Vergrößerung), unzureichende Angiogenese, chronische metabolische Entzündung, Akkumulation extrazellulärer Matrixkomponenten (Fibrose) und Gewebehypoxie 8,9. Diese WAT-Phänotypen der Adipositas sind mit Lebersteatose und Insulinresistenz verbunden, ähnlich wie bei der Lipodystrophie (Fehlen einer funktionellen WAT). Im Gegensatz dazu wird eine gesunde WAT-Expansion in der metabolisch gesunden adipösen Population beobachtet und ist durch eine bevorzugte Expansion der protektiven subkutanen WAT und eine Depotexpansion durch Adipozytenhyperplasie gekennzeichnet10. Die Rekrutierung neuer Adipozyten wird durch die De-novo-Differenzierung von Adipozyten-Vorläuferzellen (APCs) (als "Adipogenese" bezeichnet) vermittelt. Die Adipozytenhyperplasie fällt mit einem relativ niedrigeren Grad der WAT-Fibrose und der metabolischen Entzündung zusammen 6,11. Eine Vielzahl von Zelltypen innerhalb der WAT-Mikroumgebung beeinflussen direkt die Gesundheit und Erweiterbarkeit von WAT bei Adipositas12. Daher hat die Definition der Funktion der verschiedenen Zelltypen, die in WAT vorhanden sind, nach wie vor eine hohe Priorität für das Feld.
In den letzten zehn Jahren wurden verschiedene Strategien eingesetzt, um native APCs aus Mensch und Maus zu definieren und zu isolieren WATSVF 13. Bei solchen Strategien werden APCs basierend auf der Zelloberflächenexpression gemeinsamer mesenchymaler Stamm-/Vorläuferzellmarker unter Verwendung von Antikörper-basierten Zelltrennungstechniken isoliert. Zu diesen Ansätzen gehören die fluoreszenzaktivierte Zellsortierung (FACS) mit fluorophormarkierten Antikörpern oder die immunomagnetische Bead-Trennung (d. h. chemisch modifizierte Antikörper). Zu den Zelloberflächenproteinen, die für die Isolierung von APCs vorgesehen sind, gehören PDGFRα, PDGFRβ, CD34 und SCA-1. Diese Ansätze haben dazu beigetragen, APCs zu bereichern; Die Zellpopulationen, die auf der Grundlage dieser Marker isoliert werden, sind jedoch recht heterogen. Jüngste Einzelzell-RNA-Sequenzierungsstudien (scRNA-seq) haben die molekulare und funktionelle Heterogenität von Stromazellen innerhalb der isolierten stromal-vaskulären Fraktion (SVF) der murinen WAT 14,15,16,17 hervorgehoben. Aus unseren eigenen scRNA-seq- und funktionellen Analysen haben wir funktionell unterschiedliche immunmodulierende und adipogene PDGFRβ+ perivaskuläre Zellsubpopulationen im stromalen Kompartiment von intraabdominalen WAT bei adulten Mäusen identifiziert und charakterisiert15. Fibroinflammatorische Vorläufer (FIPs) stellen eine prominente Subpopulation von PDGFRβ+-Zellen dar und können auf der Grundlage der LY6C-Expression (LY6C+ PDGFRβ+-Zellen) isoliert werden15. FIPs fehlt es an adipogener Kapazität, sie üben eine starke entzündungsfördernde Reaktion auf verschiedene Reize aus, produzieren Kollagen und sezernieren anti-adipogene Faktoren15. Die proinflammatorische und fibrogene Aktivität dieser Zellen nimmt in Verbindung mit Fettleibigkeit bei Mäusen zu, was diese Zellen als Regulatoren des WAT-Umbaus impliziert. Die LY6C-CD9-PDGFRβ+-Subpopulation repräsentiert Adipozyten-Vorläuferzellen (APCs). Diese APCs sind in der Expression von Pparg und anderen pro-adipogenen Genen angereichert und differenzieren sich in vitro und in vivo leicht zu reifenAdipozyten 15. In dieser Arbeit stellen wir ein detailliertes Protokoll für die Isolierung dieser unterschiedlichen Zellpopulationen aus intraabdominalen WAT-Depots adulter Mäuse unter Verwendung von FACS und die immunmagnetische Bead-Trennung mit biotinylierten Antikörpern zur Verfügung. Dieses Protokoll kann verwendet werden, um funktionell unterschiedliche Fettvorläufer-Subpopulationen aus mehreren intraabdominalen WAT-Depots von adulten männlichen und weiblichen Mäusen zu isolieren15. Die isolierte Untersuchung dieser funktionell unterschiedlichen Zellpopulationen kann wesentlich zu unserem aktuellen Verständnis der molekularen Mechanismen beitragen, die die Adipogenese und den Umbau des intraabdominalen Fettgewebes bei Gesundheit und Krankheit regulieren.
Das folgende Protokoll beschreibt die Isolierung von adipösen Vorläuferzellen aus murinen Nebenhoden-WAT; Das gleiche Verfahren kann jedoch verwendet werden, um entsprechende Zellen aus dem mesenterialen und retroperitonealen WAT-Depot sowohl männlicher als auch weiblicher Mäuse zu isolieren15. Ein detailliertes Protokoll zur Identifizierung und Isolierung dieser Depots bei Mäusen findet sich in Bagchi et al.18. Dieses Protokoll wurde für die Verwendung von Mäusen im Alter von 6-8 Wochen optimiert. Die Häufigkeit und Differenzierungsfähigkeit von APCs kann im Zusammenhang mit dem Altern abnehmen.
Alle Tierprotokolle und -verfahren wurden vom Institutional Animal Use and Care Committee des Southwestern Medical Center der University of Texas genehmigt.
1. Isolierung der stromalen vaskulären Fraktion (SVF) aus gonadalem weißem Fettgewebe
2. Isolierung von APCs und FIPs mittels FACS
3. Immunomagnetische Trennung von adipogenen und nicht-adipogenen Fraktionen
4. Bewertung der Reinheit von adipogenen und nicht-adipogenen Fraktionen durch Durchflusszytometrie
5. Genexpressionsanalyse mittels quantitativer PCR zur Beurteilung der Reinheit von FIPs und APCs
6. Zellkultur und Differenzierung
Dieses Protokoll beschreibt zwei Strategien, die die Isolierung unterschiedlicher stromaler Zellpopulationen aus intraabdominalen WAT-Depots adulter Mäuse ermöglichen. APCs und FIPs können durch FACS (Abbildung 1) oder immunmagnetische Bead-Trennung mit biotinylierten Antikörpern (Abbildung 2) isoliert werden. Bei beiden Ansätzen werden Reagenzien und Antikörper verwendet, die alle kommerziell erhältlich sind. Die immunomagnetische Kügelchentrennung führt zur Trennung von adipogenen von nicht-adipogenen Zellen aus dem gWAT SVF. Die durchflusszytometrische Analyse zeigte, dass 75% der Zellen innerhalb der adipogenen Fraktion LY6C-CD9-APCs repräsentierten. >75% der nicht-adipogenen Fraktion entfielen auf FIPs (LY6C+-Zellen).

Abbildung 1: Isolierung von PDGFR-β + Stromazell-Subpopulationen aus gonadaler WAT durch FACS. (A) Schematischer Überblick über das Verfahren: Die stromale Gefäßfraktion (Nicht-Adipozytenzellen) wurde durch enzymatische Gewebeverdauung und Zentrifugation von reifen Adipozyten getrennt. Die Fluoreszenz-aktivierte Zellsortierung (FACS) wurde dann verwendet, um endotheliale (CD31+) und hämatopoetische (CD45+) Zellen der Linie zu entfernen und LY6C+ PDGFRβ+ Zellen (FIPs) und LY6C-CD9- PDGFRβ+ Zellen (APCs) zu isolieren. (B) Repräsentative FACS-Sammelstellen. Panel A wird mit Genehmigung von Ref.11 reproduziert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: Trennung von adipogenen und nicht-adipogenen Stromazellen durch immunomagnetische Kügelchentrennung. (A) Schematische Übersicht über das Vorgehen: Schritt 1: CD31+ & CD45+ Zellen binden an den Magneten. Dadurch werden sowohl endotheliale als auch hämatopoetische Zellen entfernt. Die Eluate, die CD31- und CD45-Zellen enthalten, wurden gesammelt und dann mit Antikörpern inkubiert, die LY6C bzw. CD9 erkennen. Schritt 2: CD9+ und LY6C+ Zellen binden an den Magneten. Schritt 3: Der Überstand (ungebundene Fraktion), der CD9- & LY6C-Zellen enthält, wurde entnommen, da es sich um die adipogene Fraktion (APCs) handelt. Nicht-adipogene CD9+- und LY6C+-Zellen, die an Nanokugeln gebunden sind, wurden als die nicht-APC-Fraktion, die FIPs enthält, eluiert. (B) Durchflusszytometrische Analyse zur Beurteilung der Häufigkeit von APCs (LY6C-CD9-) und FIPs (LY6C+) innerhalb adipogener bzw. nicht-adipogener Fraktionen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Lichtmikroskopie und Genexpressionsanalyse zeigen, dass APCs, die durch FACs oder durch magnetische Bead-Trennung von gWAT von 6-8 Wochen alten Mäusen isoliert wurden, sich innerhalb von 7-10 Tagen nach der ersten Beschichtung der Zellen in gonadalen APC-Kulturmedien zu einem hohen Grad in lipidhaltige Adipozyten differenzierten (Abbildung 3). Im Gegensatz dazu blieben nicht-adipogene Vorläufer (wie z. B. fibroinflammatorische Vorläufer oder FIPs) fibroblastenartig undwurden nicht zu Adipozyten, wenn sie in denselben Kulturmedien (gonadale APC-Kulturmedien) gehalten wurden (Abbildung 3). Es sollte beachtet werden, dass nur wenige Zellen in den Nicht-APCs-Kulturen eine gewisse Lipidakkumulation zeigten (Abbildung 3D). Diese entstehen wahrscheinlich durch APC-Kontamination während der Zellisolierung. Zusätzliche Wäschen können die Reinheit dieser Fraktion verbessern.

Abbildung 3: In vitro Differenzierung von PDGFR-β + Stromazellpopulationen, die aus gWAT adulter Mäuse isoliert wurden. (A-D) Repräsentative Hellfeldbilder von differenzierten Stromazell-Subpopulationen, die durch immunomagnetische Bead-Trennung (A-B) oder FACS (C-D) aus 6-8 Wochen alten gWAT SVF der Maus isoliert wurden. Die Bilder wurden sieben Tage nach dem Plattieren von Zellen in gonadalen APC-Kulturmedien aufgenommen. Innerhalb von 7-10 Tagen nach der Beschichtung durchlaufen APCs eine spontane Adipozytendifferenzierung. Vergrößerung 10X. Skala = 250 μM. (E-F) mRNA-Spiegel von Adipozyten-selektiven Genen in differenzierten Kulturen, gezeigt in A-D. Die Balkendiagramme stellen den Mittelwert + SEM dar. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
| Fips | Angereicherte Gene (im Vergleich zu APCs) | Vordere Grundierung 5'-3' | Reverse Grundierung 5'-3' |
| Ly6c1 | ACTGTGCCTGCAACCTTGTCT | GGCCACAAGAAGAATGAGCAC | |
| CD9 (Englisch) | GCGGGAAACACTCAAAGCCAT | AAAGCTGTTTCTTGGGGCAGG | |
| Nov | GTTCCAAGAGCTGTGGAATGG | CTCTTGTTCACAAGGCCGAAC | |
| Efhd1 | GGCCGCTCTAAGGTCTTCAAT | GTCAATAAAGCCGTCCCTTCC | |
| Stmn4 | ACCTGAACTGGTGCGTCATCT | CTTGGGAGGGAGGCATTAAAC | |
| Dact2 | AGCCCCCTAAAGGAAGAAACC | GGTCCTTGGCCACAGTCATTA | |
| Il33 | ATTTCCCCGGCAAAGTTCAG | AACGGAGTCTCATGCAGTAGA | |
| Ccl2 | CCACAACCTCAAGCACTTC | AAGGCATCAGTCAGTCCGAGTCAC | |
| Tgfb2 | GGTGTTGTTCCAGGGGTTA | CGGTCCTTCAGATCCTCCTTT | |
| Fn1 | GAGAGCACACCCGTTTTCATC | GGGTCCACATGATGGTGACTT | |
| DPP4 | TGGTGGATGCTGGTGTGGATT | AAGGGGCCTCTCTTCTCTTCCT | |
| Thy1 | TCTTCTTTCCCTTGCCCCTCTG | AGGTTGCAAGACTCTCGCTGT | |
| Schützenpanzer | Angereicherte Gene (vs. FIPs) | Vordere Grundierung 5'-3' | Reverse Grundierung 5'-3' |
| Agt | GTTCTGGGCAAAACTCAGTGC | GAGGCTCTGCTGCTCATCATT | |
| Cxcl14 | TGGACGGGTCCAAGTGTAAGT | TCCTCGCAGTGTGGGTACTTT | |
| Mmd2 | ATCTGGGAGCTGATGACAGGA | AGTGGGTACCAGCACCAAATG | |
| PDE11a | CGAGCTTGTCAGGAAAGGAGA | TTCAGCCACCTGTCTGGAGAT | |
| Lrn1 | CAACATGGGAGAGCTGGTTTC | GCACACTACGGAAAGCCAAAC | |
| Pparg | GCATGGTGCCTTCGCTGA | TGGCATCTCTGTGTCAACCATG | |
| Fabp4 | ACTGGGCGTGGAATTCGATGA | ACCAGCTTGTCACCATCTCGT | |
| Lpl | CATCGAGAGAGGATCCGAGTGAA | TGCTGAGTCCTTTCCCTTCTG | |
| CD36 | GAGTTGGCGAGAAAACCAGTG | GAGAATGCCTCCAAACACAGC |
Tabelle 1: qPCR-Primer-Sequenzen, die zur Validierung der Isolierung von FIPs und APCs verwendet werden
T.A.P. ist Mitarbeiter und Anteilseigner von Novo Nordisk A/S
Dieses Protokoll beschreibt den technischen Ansatz zur Isolierung von adipogenen und fibro-inflammatorischen Stromazell-Subpopulationen aus murinen intraabdominalen Depots aus weißem Fettgewebe (WAT) durch fluoreszenzaktivierte Zellsortierung oder immunomagnetische Kügelchentrennung.
Die Autoren danken Lisa Hansen und Kirsten Vestergaard für die hervorragende technische Unterstützung sowie P. Scherer, N. Joffin und C. Crewe für die kritische Lektüre des Manuskripts. Die Autoren danken dem UTSW Flow Cytometry Core für die hervorragende Anleitung und Unterstützung bei der Entwicklung der hier beschriebenen Protokolle. R.K.G. wird von NIH NIDDK R01 DK104789, NIDDK RC2 DK118620 und NIDDK R01 DK119163 unterstützt. J.P. wird durch einen Pre-Doctoral Award des Innovation Fund Denmark gesponsert.
| Mechanische Gewebevorbereitung und SVF-Isolierung | |||
| 40 und 100 µ m Zellsiebe | Fisher Scientific | 352340/352360 | |
| 1X phosphatgepufferte Kochsalzlösung (PBS) | Fisher Scientific | 21040CV | |
| 5ml Polypropylen-Röhrchen | Fisher Scientific | 352053 | |
| Aufschlusspuffer (für 10 ml) | |||
| 10 ml HBSS | Sigma | H8264 | |
| 10 mg Kollagenase D (1 mg/ml final cc.) | Roche | 11088882001 | |
| 0,15 g BSA (1,5 % final cc.) | Fisher Scientific | BP1605-100 | |
| Immunomagnetische Trennung von APCs und Nicht-APCs | 5X MojoSort Puffer (MS-Puffer|||
| ) | BioLegend | 480017 | |
| 5 ml MojoSort Magnet (MS-Magnet) | BioLegend | 480019 | |
| 100 µ L MojoSort Streptavidin Nanobeads | BioLegend | 480015 | |
| Purity Check und FACS | |||
| 10X Lysepuffer für rote Blutkörperchen | eBioscience | 00-4300-54 | |
| Fc-Block (Maus CD16/CD32) | eBioscience | 553141 | |
| Antikörper | |||
| Biotin CD45 | BioLegend | 103103 | Konzentration: ≤ 0,25 µ g pro 10^6 Zellen Spezies: Maus Klon: 30-F11 |
| Biotin CD31 | BioLegend | 102503 | Konzentration: ≤ 0,25 µ g pro 10^6 Zellen Spezies: Maus Klon: MEC13.3 |
| Biotin CD9 | BioLegend | 124803 | Konzentration: ≤ 0,25 µ g pro 10^6 Zellen Spezies: Maus Klon: MZ3 |
| Biotin LY6C | BioLegend | 128003 | Konzentration: ≤ 0,25 µ g pro 10^6 Zellen Spezies: Maus Klon: HK1.4 |
| CD31-PerCP/Cy5.5 | BioLegend | 102419 | Konzentration: Verdünnung 1:400 Spezies: Maus Klon: 390 |
| CD45-PerCP/Cy5.5 | BioLegend | 103131 | Konzentration: Verdünnung 1:400 Spezies: Maus Klon: 30-F11 |
| CD140b PDGFRβ-PE | BioLegend | 136006 | Konzentration: Verdünnung 1:50 Spezies: Maus Klon: APB5 |
| LY6C-APC | BioLegend | 128016 | Konzentration: Verdünnung 1:400 Spezies: Maus Klon: HK1.4 |
| CD9-FITC | BioLegend 124808 | Konzentration: Verdünnung 1:400 Spezies: Maus Klon: MZ3 | |
| Zellkultur und Differenzierung | |||
| 288 mL DMEM mit 1 g/l Glukose | Corning | 10-014-CV | |
| 192 mL MCDB201 | Sigma | M6770 | |
| 10 mL Fötales Rinderserum (FBS)** Lot#14E024 | Sigma | 12303C | |
| 5 mL 100% ITS Premix | BD Bioscience | 354352 | |
| 5 mL 10 mM L-Ascorbinsäure-2-2phosphat | Sigma | A8960-5G | |
| 50 & Mikro; L 100 g/ml FGF-basic | R& D systems | 3139-FB-025/CF | |
| 5 mL Pen/Strep | Corning | 30-001-CI | |
| 500 & Mikro; L Gentamycin | Gibco | 15750-060 | |
| **HINWEIS: Die adipogene Kapazität von primären APCs kann von Charge zu Charge kommerzieller FBS variieren. Es sollten mehrere Chargen/Quellen von FBS getestet werden. |