Este manuscrito describe un protocolo paso a paso para la generación y cuantificación de diversos subtipos cardíacos reprogramados utilizando una administración mediada por retrovirus de Gata4, Hand2, Mef2c y Tbx5.
Se requiere una suscripción a JoVE para ver este contenido. Inicie sesión o comience su prueba gratuita.
Artículo de método
Este manuscrito describe un protocolo paso a paso para la generación y cuantificación de diversos subtipos cardíacos reprogramados utilizando una administración mediada por retrovirus de Gata4, Hand2, Mef2c y Tbx5.
La reprogramación directa de un tipo de célula en otro ha surgido recientemente como un poderoso paradigma para la medicina regenerativa, el modelado de enfermedades y la especificación de linajes. En particular, la conversión de fibroblastos en miocitos similares a cardiomiocitos inducidos (iCLM) por Gata4, Hand2, Mef2c y Tbx5 (GHMT) representa una vía importante para generar miocitos cardíacos de novo in vitro e in vivo. La evidencia reciente sugiere que la GHMT genera una mayor diversidad de subtipos cardíacos de lo que se apreciaba anteriormente, lo que subraya la necesidad de un enfoque sistemático para realizar estudios adicionales. Sin embargo, antes de que la reprogramación directa pueda utilizarse como estrategia terapéutica, es necesario comprender en detalle los fundamentos mecanicistas de la conversión de linaje para generar subtipos cardíacos específicos. Aquí presentamos un protocolo detallado para la generación de iCLMs por reprogramación mediada por GHMT de fibroblastos embrionarios de ratón (MEFs).
Describimos métodos para el aislamiento de MEF, la producción retroviral y la infección por MEF para lograr una reprogramación eficiente. Para determinar la identidad del subtipo de las células reprogramadas, detallamos un enfoque paso a paso para realizar inmunocitoquímica en iCLMs utilizando un conjunto definido de anticuerpos compatibles. También se presentan métodos para la microscopía confocal, la identificación y la cuantificación de iCLM y subtipos individuales de auriculares (iAM), ventriculares (iVM) y marcapasos (iPM). Finalmente, discutimos los resultados representativos de los experimentos prototípicos de reprogramación directa y destacamos aspectos técnicos importantes de nuestro protocolo para garantizar una conversión de linaje eficiente. En conjunto, nuestro protocolo optimizado debería proporcionar un enfoque gradual para que los investigadores realicen experimentos significativos de reprogramación cardíaca que requieran la identificación de subtipos individuales de MC.
El corazón es el primer órgano funcional para el desarrollo en el embrión de 1, 2. En combinación con el sistema circulatorio, que suministra oxígeno, nutrientes, y un mecanismo de eliminación de residuos durante el desarrollo. Tres semanas después de la fecundación, el corazón humano late por primera vez y su regulación adecuada es mantenida por los cardiomiocitos (CMS). Por lo tanto, la pérdida irreversible de estas células especializadas es la cuestión fundamental que subyace en la insuficiencia cardíaca progresiva. Si bien algunos organismos, tales como el pez cebra y Xenopus tienen el potencial para la regeneración cardiaca, el corazón de los mamíferos adultos es más limitada 3, 5, 6. Por lo tanto, dada la función crítica del corazón, no es sorprendente que la enfermedad cardíaca es la causa principal de muerte en el mundo, con 600.000 muertes sólo en 7 de los Estados Unidos. losrefore, las terapias basadas en células para reparar o reemplazar el miocardio lesionado de manera eficiente son de gran interés clínico.
El estudio seminal de Yamanaka y colegas 8 mostró que la expresión forzada de cuatro factores de transcripción es suficiente para convertir células de fibroblastos completamente diferenciadas a células madre pluripotentes. Sin embargo, la capacidad tumorigénico de todas las estrategias de células madre pluripotentes ha sido una preocupación fundamental en su uso para fines terapéuticos. Esto motivó el campo científico para buscar métodos alternativos para transdifferentiate células evitando al mismo tiempo una etapa pluripotente. Recientemente, varios grupos han demostrado la viabilidad de esta estrategia mediante la visualización de conversión directa de fibroblastos de ratón a células cardiomiocitos como inducidas (iCLMs) con la expresión ectópica de los factores de transcripción Gata4, MEF2C, Tbx5, y más tarde, Hand2 (GMT y GHMT , respectivamente) 9, 10. Furthermore, la misma estrategia se puede realizar in vivo y en los tejidos humanos derivados de 9, 11, 12. Estudios recientes han puesto de relieve factores adicionales o vías de señalización que pueden ser modulados para mejorar aún más la eficiencia de reprogramación cardíaca 13, 14, 15. Tomados en conjunto, estos estudios demuestran el potencial de transdiferenciación dirigida para las terapias regenerativas. Sin embargo, la baja eficiencia de reprogramación CM, los mecanismos moleculares desconocidos, reproducibilidad inconsistentes debido a las diferencias metodológicas 16, y la naturaleza heterogénea de iCLMs siguen sin resolverse.
Con el fin de evaluar directamente ICLM heterogeneidad, se diseñó un ensayo de una sola célula discreta y robusto para la identificación del desarrollo sarcómero y specificatio linaje cardiacon-dos características necesarias de los cardiomiocitos funcionales. Hay al menos tres tipos principales de CM en el corazón tal como se define por su ubicación y propiedades eléctricas únicas: auricular (AM), ventricular (VM) y el marcapasos (PM) 17, 18, 19, 20. En una combinación orquestada, que permiten el bombeo de la sangre adecuado. Durante la lesión del corazón, uno o todos los subtipos podrían verse afectados, y tendrían que ser abordado sobre una base caso por caso, el tipo de terapia celular. En la actualidad, la mayoría de las estrategias se centran en la generación global de los cardiomiocitos, mientras que poco trabajo se está haciendo para estudiar los mecanismos moleculares que regulan la especificación subtipo.
El siguiente estudio detalla cómo cuantificar adecuadamente sarcómeros bien organizados e identificar un conjunto diverso de subtipos de cardiomiocitos. El uso de un marcapasos (MP) de ratón específico de reportero, somos capaces de aplicar un immunocytochemical enfoque para distinguir los miocitos auriculares inducidas similar (IAM), miocitos ventriculares-como inducidas (IVM), y miocitos inducida PM-como (IPMS) 21. Sobre la base de nuestras observaciones, solamente las células que exhiben organización del sarcómero son capaces de latidos espontáneos. Esta plataforma permite la reprogramación única para evaluar el papel de ciertos parámetros en la organización del sarcómero, la especificación de subtipo, y la eficiencia de reprogramación CM en la resolución de una sola célula.
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Todos los procedimientos experimentales con las prácticas con animales fueron aprobados por el Comité de Cuidado y Uso de Animales Institucional de UT Southwestern Medical Center.
1. Aislamiento de HCN4-GFP E12.5 de embriones de ratón de fibroblastos (MEF)
2. Producción y reprogramación Retrovirus
Precaución: La siguiente protocolo requiere la producción y el manejo de los retrovirus infecciosos. Realice los siguientes pasos en un gabinete de seguridad biológica de nivel 2 bajo BSL-2 directrices y una técnica estéril. Utilice lejía al 10% de disponer de todos los materiales expuestos a los retrovirus.
3. La inmunotinción de MEFs reprogramadas
4. Identificación de los subtipos cardíacos Utilizando microscopía confocal
NOTA: Para imágenes, un microscopio confocal equipado con al menos 2 detectores fluorescentes capaces de detección espectral a 405, 488, 555, y 639 nm longitud de onda es necesaria con el fin de identificar IPMS, Iams, y IVMS. imagLas células E usando un Plan-Apocromático 20X / 0.75 o mejor objetivo. El uso de software de análisis de imágenes del fabricante, la digitalización de imágenes de zoom puede lograr imágenes de calidad inmersión 40X-petróleo.
5. Cuantificación
NOTA: A fin de evaluar el número real de MEFs potencialmente reprogramadas, 2 pocillos de una placa de 24 pocillos se siembran en paralelo a los pocillos experimentales y se cosechan un día después de la siembra. El número total de células cultivadas en placas se determina entonces el promedio de los dos pozos. Esto se convierte en las células totales reales plateados (Atotal).
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Aprovechando el ratón reportero PM-específica, hemos desarrollado una estrategia inmunotinción múltiplex para identificar diversas miocitos endógenos como se muestra en la Figura 1. Siguiendo los pasos de reprogramación que se muestran en la Figura 2, la inducción de los CM subtipo específico puede detectarse ya en el día 4 21, aunque a una velocidad baja. Para el día 14, el experimento se puede detener y evaluado para la organiza...
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
El presente estudio proporciona una estrategia de reprogramación directa para la conversión de los MEF en un conjunto diverso de subtipos cardíacas a través de la expresión mediada por retrovirus de la transcripción cardiaca Factores Gata4, MEF2C, Tbx5, y Hand2 (GHMT). Utilizando un enfoque de inmunotinción múltiplex en combinación con un ratón reportero PM-específica, somos capaces de identificar IAM, IVMS, y iPMS a una resolución de una sola célula. Dicho ensayo permite una experimental sistema in vitro capaz...
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Los autores no tienen nada que revelar.
A.F.-P. fue apoyada por la Beca de Investigación de Posgrado de la Fundación Nacional de Ciencias bajo la Subvención No.2015165336. N.V.M contó con el apoyo de subvenciones de los NIH (HL094699), Burroughs Wellcome Fund (1009838) y March of Dimes (#5-FY14-203). Agradecemos a Young-Jae Nam, Christina Lubczyk y Minoti Bhakta por sus importantes contribuciones al desarrollo de protocolos y análisis de datos. También agradecemos a John Shelton por su valiosa aportación técnica y a los miembros del laboratorio de Munshi por su debate científico.
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| DMEM | Sigma | D5796 | Componente de medios iCLM, medios Plat-E, fibroblastos y medios de transfección |
| Medio 199 | Thermo Fisher Scientific | 11150059 | Componente de medios iCLM |
| Suero fetal bovino (FBS) | Sigma | F2442 | Componente de medios iCLM, medios Plat-E, fibroblastos y medios de transfección Insulina-Transferrina-Selenio |
| G | Thermo Fisher Scientific | 41400-045 | Componente de los medios iCLM |
| Solución vitamínica MEM | Thermo Fisher Scientific | 11120-052 | Componente de los medios iCLM |
| Aminoácidos MEM | Thermo Fisher Scientific | 1601149 | Componente de los medios iCLM |
| Aminoácidos no esenciales | Thermo Fisher Scientific | 11140-050 | Componente de los medios iCLM |
| Antibióticos-antimicóticos | Thermo Fisher Scientific | 15240062 | Componente del suplemento iCLM media |
| B-27 | Thermo Fisher Scientific | 17504044 | Componente del medio iCLM |
| Suero de caballo inactivado por calor | Thermo Fisher Scientific | 26050-088 | Componente del medio iCLM |
| NaPyruvate | Thermo Fisher Scientific | 11360-70 | Componente del medio iCLM |
| Penicilina/Estreptomicina | Thermo Fisher Scientific | 1514022 Componente de los medios Plat-E y los medios fibroblastos | |
| Puromycin | Thermo Fisher Scientific | A11139-03 | Componente del medio Plat-E |
| Blasticidina | Gemini Bio-Products | 400-128P | Componente de los medios Plat-E |
| Glutamax | Thermo Fisher Scientific | 35050-061 | Componente de los medios de fibroblastos |
| Escaneo láser confocal LSM700 | Zeiss | Para el análisis confocal | |
| Reactivo de transfección FuGENE 6 | Promega | E2692 | Reactivo de transfección |
| Opti-MEM Medio de suero reducido | Thermo Fisher Scientific | 31985-070 | Reactivo de transfección |
| Polybrene | Millipore | TR-1003-G | Reactivo de inducción. Úselo a una concentración final de 8 μ M/mL |
| Platinium-E (PE) Línea celular de paquetes retrovirales, | célula ecotrópicaBiolabs | RV-101 | Línea celular de pacaking retroviral |
| Tripsina 0.25% EDTA | Thermo Fisher Scientific | para MEFs y disociación de Plat-E | |
| Anti &alfa;-Actinina de ratón (Clon EA-53) | Sigma | A7811 | Anticuerpo para análisis confocal. Úselo en 1:200 |
| Fisher Scientific | A10262 | anti-GFP IgY | para análisis confocal. Úselo a 1:200 |
| Rabbit Pab anti-NPPA | Anticuerpo Abgent | AP8534A | para análisis confocal. Usar a 1:400 |
| Rabbit Pab anti Myl2 IgG | Anticuerpo ProteinTech | 10906-1-AP | para análisis confocal. Uso en solución Vectashield 1:200 |
| con DAPI (4',6-Diamidino-2-Fenilindol, Dihidroclorhidrato) | Vector Labs | H-1500 | Colorante para análisis confocal |
| Superfrost Plus Portaobjetos de microscopio Thermo | Fisher Scientific | 12-550-15 | 25 x 75 x 1.0 mm |
| BioCoat Fibronectina 12 mm cubreobjetos | NeuVitro Corp | GG-12-1.5 | cubreobjetos para análisis confocal |
| 100 μ m filtro de celdas | Thermo Fisher Scientific | 08-771-19 | |
| 0.45 μ m Filtros de jeringas SFCA 25MM | Thermo Fisher Scientific | 09-740-106 | Para la filtración de virus |
| Jeringas de 6 mL | Covidien | 8881516937 | Para la filtración |
| de virus Cabra anti-Pollo IgY (H& L) A488 | Abcam | AB150169 | Anticuerpo secundario para análisis confocal. Usar a 1:400 |
| Burro anti-conejo A647 IgG(H+L) | Thermo Fisher Scientific | A31573 | Anticuerpo secundario para análisis confocal. Úselo a 1:400 |
| Anticuerpo secundario IgG(H+L) anti-ratón de cabra A555 | Thermo Fisher Scientific | A21422 | para análisis confocal. Úselo a 1:400 |
| Triton X-100 | Sigma | 93443-100ml | Para la permeabilización celular |
| PBS de Dulbecco sin CaCl2 y MgCl2 (D-PBS) | Sigma | D8537 | |
| Power Block 10x Reactivo de bloqueo universal | Thermo Fisher Scientific | NC9495720 | Diluido a 1x en H2O |
| 16% Solución acuosa de paraformaldehído (PFA) | electromicroscopía | 15710 | Usar al 4% diluido en dH2O |
| placas de 6 cm | Olympus | 25-260 | |
| Placas de 6 pocillos | Genesee Scientific | 25-105 | |
| Placas de 24 pocillos | Genesee Scientific | 25-107 | |
| 10 cm Placas de cultivo de tejidos | Corning | 4239 | |
| 15 cm Placas de cultivo de tejidos | Thermo Fisher Scientific | 5442 | |
| 15 mL Tubos cónicos | Corning | 4308 | |
| 50 mL Tubos cónicos | Corning | 4249 | |
| 0,4% Solución de azul de tripano | Sigma | T8154 | Para la viabilidad |
| Alcohol etílico 200 grados | Thermo Fisher Scientific | 7005 | |
| Lejía | Thermo Fisher Científico | 6009 |
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.