Ce manuscrit décrit un protocole étape par étape pour la génération et la quantification de divers sous-types cardiaques reprogrammés à l’aide d’une administration médiée par un rétrovirus de Gata4, Hand2, Mef2c et Tbx5.
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Article de méthode
Ce manuscrit décrit un protocole étape par étape pour la génération et la quantification de divers sous-types cardiaques reprogrammés à l’aide d’une administration médiée par un rétrovirus de Gata4, Hand2, Mef2c et Tbx5.
La reprogrammation directe d’un type de cellule en un autre est récemment apparue comme un paradigme puissant pour la médecine régénérative, la modélisation des maladies et la spécification de lignée. En particulier, la conversion des fibroblastes en myocytes induits de type cardiomyocytes (iCLM) par Gata4, Hand2, Mef2c et Tbx5 (GHMT) représente une voie importante pour générer des myocytes cardiaques de novo in vitro et in vivo. Des preuves récentes suggèrent que la GHMT génère une plus grande diversité de sous-types cardiaques qu’on ne le pensait auparavant, soulignant ainsi la nécessité d’une approche systématique pour mener des études supplémentaires. Cependant, avant que la reprogrammation directe puisse être utilisée comme stratégie thérapeutique, les fondements mécanistes de la conversion de lignée doivent être compris en détail pour générer des sous-types cardiaques spécifiques. Nous présentons ici un protocole détaillé pour générer des iCLM par reprogrammation de fibroblastes embryonnaires de souris (MEF) médiée par GHMT.
Nous décrivons des méthodes pour l’isolement des MEF, la production de rétroviraux et l’infection par les MEF afin d’accomplir une reprogrammation efficace. Pour déterminer l’identité du sous-type des cellules reprogrammées, nous détaillons une approche étape par étape pour effectuer l’immunocytochimie sur des iCLM à l’aide d’un ensemble défini d’anticorps compatibles. Des méthodes de microscopie confocale, d’identification et de quantification des iCLM et des sous-types individuels auriculaires (iAM), ventriculaires (iVM) et stimulateurs cardiaques (iPM) sont également présentées. Enfin, nous discutons des résultats représentatifs d’expériences de reprogrammation directe prototypiques et soulignons les aspects techniques importants de notre protocole pour assurer une conversion efficace de la lignée. Dans l’ensemble, notre protocole optimisé devrait fournir une approche par étapes aux chercheurs pour mener des expériences de reprogrammation cardiaque significatives qui nécessitent l’identification de sous-types individuels de MC.
Le cœur est le premier organe fonctionnel à se développer dans l'embryon 1, 2. En conjonction avec le système circulatoire, il fournit de l'oxygène, des nutriments, et un mécanisme d'élimination des déchets au cours du développement. Trois semaines après la fécondation, le cœur humain bat pour la première fois et sa réglementation appropriée est maintenue par cardiomyocytes (SGC). La perte irréversible de ces cellules spécialisées est donc la question fondamentale qui sous-tend l'insuffisance cardiaque progressive. Tandis que certains organismes , tels que le poisson zèbre et Xenopus ont un potentiel de régénération cardiaque, le cœur de mammifère adulte est plus limitée 3, 5, 6. Ainsi, compte tenu de la fonction critique du cœur, il est pas étonnant que la maladie cardiaque est la principale cause de décès dans le monde, ce qui représente 600.000 décès aux Etats-Unis seulement 7. lerefore, les thérapies à base de cellules pour réparer ou remplacer efficacement le myocarde blessés sont d'un grand intérêt clinique.
L'étude séminal Yamanaka et ses collègues 8 montré que l' expression forcée de quatre facteurs de transcription est suffisante pour transformer des cellules de fibroblastes complètement différenciées des cellules souches pluripotentes. Cependant, la capacité tumorigène de toutes les stratégies de cellules souches pluripotentes a été une préoccupation critique dans leur utilisation à des fins thérapeutiques. Ceci a motivé le domaine scientifique à la recherche de méthodes alternatives pour transdifférencier cellules tout en évitant une étape pluripotentes. Récemment, plusieurs groupes ont montré la faisabilité de cette stratégie en affichant la conversion directe de fibroblastes de souris aux cellules analogues à des cardiomyocytes induites (iCLMs) avec l'expression ectopique de facteurs de transcription Gata4, MEF2C, Tbx5, et plus tard, Hand2 (GMT et GHMT , respectivement) , 9, 10. Furthermore, la même stratégie peut être réalisée in vivo et dans des tissus d' origine humaine 9, 11, 12. Des études récentes ont mis en évidence des facteurs supplémentaires ou les voies de signalisation qui peuvent être modulées pour améliorer encore l' efficacité de reprogrammation cardiaque 13, 14, 15. Pris ensemble, ces études démontrent le potentiel de transdifférenciation dirigé pour les thérapies régénératrices. Cependant, la faible efficacité de CM reprogrammation, les mécanismes moléculaires inconnus, reproductibilité incompatibles en raison des différences méthodologiques 16, et de la nature hétérogène de iCLMs restent sans réponse.
Afin d'évaluer directement ICLM hétérogénéité, nous avons conçu un essai à cellule unique discrète et robuste pour l'identification du développement des sarcomères et cardiaque lignée specification-deux caractéristiques nécessaires de cardiomyocytes fonctionnels. Il y a au moins trois grands types de CM dans le coeur tel que défini par leur emplacement et les propriétés électriques uniques: auriculaire (AM), ventriculaire (VM) et pacemaker (PM) 17, 18, 19, 20. Dans une combinaison orchestrée, ils permettent le bon pompage du sang. Pendant les blessures du cœur, un ou tous les sous-types peuvent être affectés, et le type de thérapie cellulaire devraient être abordées au cas par cas. À l'heure actuelle, la plupart des stratégies axées sur la production globale de cardiomyocytes, alors que peu de travaux sont en cours pour étudier les mécanismes moléculaires qui régule la spécification de sous-type.
L'étude suivante détaille comment quantifier correctement sarcomères bien organisés et identifier un ensemble diversifié de sous-types de cardiomyocytes. L'utilisation d'un pacemaker (PM) souris rapporteur spécifique de, nous sommes en mesure d'appliquer un iapproche mmunocytochemical de distinguer les myocytes atriaux induites comme (IAM), les myocytes ventriculaires induites comme (IVM), et myocytes PM-like induits (IPMS) 21. Sur la base de nos observations, seules les cellules qui présentent l'organisation sarcomère sont capables de battre spontanée. Cette plate-forme de reprogrammation unique permet d'évaluer le rôle de certains paramètres dans l'organisation du sarcomère, la spécification du sous-type, et l'efficacité de CM reprogrammation à seule cellule de résolution.
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Toutes les procédures expérimentales impliquant des pratiques animales ont été approuvées par le soin et l'utilisation des animaux Commission institutionnelle à l'UT Southwestern Medical Center.
1. Isolement de HCN4-GFP E12.5 souris embryonnaires fibroblaste (MEF)
2. Rétrovirus Production et Reprogrammation
Attention: Le protocole suivant nécessite la production et la manipulation des rétrovirus infectieux. Effectuez les étapes suivantes dans une armoire de biosécurité de niveau 2 en vertu de BSL-2 des lignes directrices et une technique stérile. Utilisez l'eau de Javel à 10% de disposer de tous les matériaux exposés à des retrovirus.
3. Immunomarquage de MEFs reprogrammée
4. Identification des cardiaques sous-types utilisant la microscopie confocale
NOTE: Pour l'imagerie, un microscope confocal équipé d'au moins 2 détecteurs fluorescents capables de détection spectrale à 405, 488, 555, et 639 longueurs d'onde nm est nécessaire afin d'identifier IPMS, Iams et MVI. Imagcellules e en utilisant un objectif Plan-Apochromat 20X / 0,75 ou mieux. En utilisant le logiciel d'analyse d'image du fabricant, la numérisation des images de zoom peut atteindre 40X-huile des images de qualité d'immersion.
5. Quantification
NOTE: Afin d'évaluer le nombre réel de MEFs potentiellement reprogrammées, 2 puits d'une plaque de 24 puits sont ensemencées en parallèle aux puits expérimentaux et sont récoltés un jour après placage. Le nombre total de cellules ensemencées est alors déterminée en calculant la moyenne des deux puits. Cela devient les cellules totales réelles plaquées (Un total).
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Profitant de la souris reporter PM-spécifique, nous avons développé une stratégie d'immunocoloration multiplex pour identifier divers myocytes endogènes comme le montre la figure 1. Après les étapes de reprogrammation de la figure 2, l' induction de CMs spécifiques du sous-type peut être détectée dès le jour 4 21, mais à un faible taux. Au jour 14, l'expérience peut être arrêté et évalué pour l' organisation sarcom...
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La présente étude fournit une stratégie directe reprogrammation pour la conversion de MEFs dans un ensemble diversifié de sous-types cardiaques via l'expression de retrovirus de la transcription cardiaque Facteurs Gata4, MEF2C, Tbx5 et Hand2 (GHMT). En utilisant une approche d'immunocoloration multiplex en combinaison avec une souris reporter PM-spécifique, nous sommes en mesure d'identifier iAM, IVM, et IPMS à la résolution d'une seule cellule. Un tel essai permet une expérimentation dans le sy...
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Les auteurs n’ont rien à divulguer.
A.F.-P. a été soutenu par la bourse de recherche supérieure de la National Science Foundation dans le cadre de la subvention n° 2015165336. N.V.M a été soutenu par des subventions du NIH (HL094699), du Burroughs Wellcome Fund (1009838) et de la March of Dimes (#5-FY14-203). Nous reconnaissons Young-Jae Nam, Christina Lubczyk et Minoti Bhakta pour leurs importantes contributions au développement de protocoles et à l’analyse des données. Nous remercions également John Shelton pour sa précieuse contribution technique et les membres du laboratoire Munshi pour la discussion scientifique.
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| DMEM | Sigma | D5796 | Composant des milieux iCLM, Plat-E, fibroblaste et milieu de transfection |
| Milieu 199 | Thermo Fisher Scientific | 11150059 | Composant du milieu iCLM |
| Sérum de veau fœtal (FBS) | Sigma | F2442 | Composant du milieu iCLM, du milieu Plat-E, du fibroblaste et du milieu de transfection |
| Insuline-Transferrine-Sélénium G | Thermo Fisher Scientific | 41400-045 | Composant du milieu iCLM |
| Solution vitaminique MEM | Thermo Fisher Scientific | 11120-052 | Composant du milieu iCLM |
| Acides aminés MEM | Thermo Fisher Scientific | 1601149 | Composant du milieu iCLM |
| Acides aminés non essentiels Thermo | Fisher Scientific | 11140-050 | Composant du milieu iCLM |
| Antibiotiques-antimycosiques | Thermo Fisher Scientific | 15240062 | Composant du média iCLM |
| Supplément B-27 | Thermo Fisher Scientific | 17504044 | Composant du média iCLM Sérum de |
| cheval inactivé par la chaleur | Thermo Fisher Scientific | 26050-088 | Composant du média iCLM |
| NaPyruvate | Thermo Fisher Scientific | 11360-70 | Composant du média iCLM |
| Pénicilline/Streptomycine | Thermo Fisher Scientific | 1514022 | Composant du milieu Plat-E et du milieu fibroblastique |
| Puromycine ; | Thermo Fisher Scientific | A11139-03 | Composant de Plat-E media |
| Blasticidine ; ; | Gemini Bio-Products | 400-128P | Composant du média Plat-E |
| Glutamax | Thermo Fisher Scientific | 35050-061 | Composant du média Fibroblaste |
| Balayage laser confocal LSM700 | Zeiss Pour l’analyse | confocale | |
| FuGENE 6 Réactif de transfection | Promega | E2692 | Réactif de transfection ; |
| Opti-MEM Sérum Réduit Medium | Thermo Fisher Scientific | 31985-070 | Réactif de transfection ; |
| Polybrene | Millipore | TR-1003-G | Réactif d’induction. Utilisation à une concentration finale de 8 &mu ; M/mL |
| Lignée cellulaire rétrovirale packagin platinium-E (PE), cellule écotropiqueBiolabs | RV-101 | Lignée cellulaire rétrovirale pacaking | |
| Trypsine 0,25 % EDTA | Thermo Fisher Scientific | Pour les MEF et la dissociation Plat-E | |
| Souris anti &alpha ;-actinine (clone EA-53) | Anticorps Sigma | A7811 | pour l’analyse confocale. Utiliser à 1:200 |
| Poulet anti-GFP IgY | Thermo Fisher Scientific | A10262 | Anticorps pour l’analyse confocale. Utilisation à 1:200 |
| Rabbit Pab anti-NPPA ; | Anticorps AP8534A Abgent | pour l’analyse confocale. Utilisation à 1:400 | |
| Rabbit Pab anti Myl2 IgG ; | ProteinTech | 10906-1-AP | Anticorps pour l’analyse confocale. Utilisation à 1:200 |
| Solution Vectashield avec DAPI (4',6-Diamidino-2-Phénylindole, dichlorhydrate) | Vector Labs | H-1500 | Colorant pour l’analyse confocale |
| Lames de microscope Superfrost Plus Thermo | Fisher Scientific | 12-550-15 | 25 x 75 x 1,0 mm |
| BioCoat Fibronectine 12 mm Couvre-objectifs | NeuVitro Corp | GG-12-1.5 | pour l’analyse confocale |
| 100 &mu ; crépine à cellules m | Thermo Fisher Scientific | 08-771-19 | |
| 0.45 &mu ; m Seringues filtres SFCA 25MM | Thermo Fisher Scientific | 09-740-106 | Pour filtration virale |
| 6 mL Seringues | Covidien | 8881516937 | Pour filtration virale |
| Chèvre anti-Poulet IgY (H& L) A488 | Abcam | AB150169 | Anticorps secondaire pour l’analyse confocale. Utilisation à 1:400 |
| Âne anti-lapin A647 IgG(H+L) ; | Thermo Fisher Scientific | A31573 | Anticorps secondaire pour l’analyse confocale. Utilisation à 1:400 |
| Chèvre anti-souris IgG(H+L) A555 | Thermo Fisher Scientific | A21422 | Anticorps secondaire pour l’analyse confocale. Utilisation à 1:400 |
| Triton X-100 | Sigma | 93443-100ml | Pour la perméabilisation cellulaire ; |
| PBS de Dulbecco sans CaCl2 et MgCl2 (D-PBS) | Sigma | D8537 | |
| Power Block 10x Réactif de blocage universel | Thermo Fisher Scientific | NC9495720 | Diluer à 1x dans H2O |
| 16 % Solution aqueuse de paraformaldéhyde (PFA) | Microscopy Sciences ; | 15710 | Utilisation à 4 % diluée dans le dH2O |
| Plaques de 6 cm | Olympus | 25-260 | |
| Plaques à 6 puits | Genesee Scientific | 25-105 | |
| Plaques à 24 puits | Genesee Scientific | 25-107 | |
| 10 cm Boîtes de culture tissulaire | Corning | 4239 | |
| 15 cm ; Boîtes de culture tissulaire | Thermo Fisher Scientific | 5442 | |
| 15 mL Tubes coniques | Corning | 4308 | |
| 50 mL Tubes coniques | Corning | 4249 | |
| 0,4 % Trypan blue solution | Sigma | T8154 | Pour la viabilité |
| Alcool éthylique 200 proof | Thermo Fisher Scientific | 7005 | |
| Eau de Javel | Thermo Fisher Scientifique | 6009 |
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