Questo manoscritto descrive un protocollo passo-passo per la generazione e la quantificazione di diversi sottotipi cardiaci riprogrammati utilizzando una somministrazione mediata da retrovirus di Gata4, Hand2, Mef2c e Tbx5.
Articolo metodologico
Questo manoscritto descrive un protocollo passo-passo per la generazione e la quantificazione di diversi sottotipi cardiaci riprogrammati utilizzando una somministrazione mediata da retrovirus di Gata4, Hand2, Mef2c e Tbx5.
La riprogrammazione diretta di un tipo di cellula in un altro è recentemente emersa come un potente paradigma per la medicina rigenerativa, la modellazione delle malattie e la specificazione del lignaggio. In particolare, la conversione di fibroblasti in miociti indotti simili ai cardiomiociti (iCLM) da parte di Gata4, Hand2, Mef2c e Tbx5 (GHMT) rappresenta un'importante via per la generazione de novo di miociti cardiaci in vitro e in vivo. Prove recenti suggeriscono che il GHMT genera una maggiore diversità di sottotipi cardiaci rispetto a quanto precedentemente apprezzato, sottolineando così la necessità di un approccio sistematico alla conduzione di ulteriori studi. Prima che la riprogrammazione diretta possa essere utilizzata come strategia terapeutica, tuttavia, le basi meccanicistiche della conversione del lignaggio devono essere comprese in dettaglio per generare specifici sottotipi cardiaci. Qui presentiamo un protocollo dettagliato per la generazione di iCLM mediante riprogrammazione mediata da GHMT di fibroblasti embrionali di topo (MEF).
Descriviamo metodi per l'isolamento del MEF, la produzione retrovirale e l'infezione da MEF per realizzare una riprogrammazione efficiente. Per determinare l'identità del sottotipo delle cellule riprogrammate, descriviamo in dettaglio un approccio passo-passo per l'esecuzione dell'immunocitochimica sulle iCLM utilizzando un set definito di anticorpi compatibili. Vengono inoltre presentati i metodi per la microscopia confocale, l'identificazione e la quantificazione delle iCLM e dei sottotipi individuali atriali (iAM), ventricolari (iVM) e pacemaker (iPM). Infine, discutiamo i risultati rappresentativi degli esperimenti di riprogrammazione diretta prototipici e sottolineiamo importanti aspetti tecnici del nostro protocollo per garantire un'efficiente conversione del lignaggio. Nel complesso, il nostro protocollo ottimizzato dovrebbe fornire un approccio graduale per consentire agli investigatori di condurre esperimenti di riprogrammazione cardiaca significativi che richiedono l'identificazione di singoli sottotipi di CM.
Il cuore è il primo organo funzionale a sviluppare nell'embrione 1, 2. In combinazione con il sistema circolatorio, fornisce l'ossigeno, nutrienti, e un meccanismo di smaltimento durante lo sviluppo. Tre settimane dopo la fecondazione, il cuore umano batte per la prima volta e la sua regolamentazione adeguata è mantenuta da cardiomiociti (CMS). La perdita irreversibile di queste cellule specializzate è quindi la questione fondamentale sottostante insufficienza cardiaca progressiva. Mentre alcuni organismi come zebrafish e Xenopus hanno il potenziale per la rigenerazione cardiaca, cuore adulto dei mammiferi è più limitata 3, 5, 6. Così, data la funzione critica del cuore, non è sorprendente che la malattia di cuore è la principale causa di morte nel mondo, che rappresentano 600.000 morti nel solo 7 negli Stati Uniti. Ilto, è terapie a base di cellule per riparare o sostituire il miocardio danneggiato in modo efficiente sono di grande interesse clinico.
Lo studio fondamentale di Yamanaka e colleghi hanno mostrato che 8 espressione forzata di quattro fattori di trascrizione è sufficiente per convertire i fibroblasti completamente differenziate di cellule staminali pluripotenti. Tuttavia, la capacità tumorigenico di tutte le strategie di cellule staminali pluripotenti è stata una preoccupazione fondamentale per il loro uso per scopi terapeutici. Questo ha motivato il campo scientifico per la ricerca di metodi alternativi per transdifferenziare cellule, evitando uno stadio di pluripotenza. Recentemente, diversi gruppi hanno dimostrato la fattibilità di questa strategia per la visualizzazione di conversione diretta dei fibroblasti di topo a cellule cardiomiociti come indotte (iCLMs) con l'espressione ectopica di fattori di trascrizione Gata4, MEF2C, Tbx5, e più tardi, Hand2 (GMT e GHMT rispettivamente) 9, 10. Furthermore, la stessa strategia può essere eseguita in vivo e in tessuti umani di derivazione 9, 11, 12. Recenti studi hanno evidenziato fattori complementari o vie di segnalazione che possono essere modulati per migliorare ulteriormente l'efficienza riprogrammazione cardiaco 13, 14, 15. Presi insieme, questi studi dimostrano il potenziale di transdifferenziazione diretta per terapie rigenerative. Tuttavia, la scarsa efficienza della riprogrammazione CM, i meccanismi molecolari sconosciuti, riproducibilità incoerente a causa delle differenze metodologiche 16, e la natura eterogenea del iCLMs rimangono senza indirizzo.
Al fine di valutare direttamente iCLM eterogeneità, abbiamo progettato un saggio unicellulare discreto e robusto per l'individuazione di sviluppo sarcomere e cardiaco specificatio lignaggion-due necessarie caratteristiche di cardiomiociti funzionali. Ci sono almeno tre tipi principali di CM nel cuore come definite dalla loro posizione e uniche proprietà elettriche: atriale (AM), ventricolare (VM) e pacemaker (PM) 17, 18, 19, 20. In una combinazione orchestrato, permettono il corretto pompaggio di sangue. Durante la ferita del cuore, uno o tutti i sottotipi potrebbero essere interessati, e il tipo di terapia cellulare dovrebbero essere affrontate caso per caso. Attualmente, la maggior parte delle strategie si concentrano sulla generazione complessiva di cardiomiociti, mentre poco lavoro è stato fatto per studiare i meccanismi molecolari che regola specifica sottotipo.
Il seguente studio dettagli come quantificare correttamente sarcomeri ben organizzati e identificare un insieme diversificato di sottotipi di cardiomiociti. Utilizzando un pacemaker (PM) topo giornalista SPECIFICI, siamo in grado di applicare un iapproccio mmunocytochemical distinguere miociti atriali indotte-like (IAM), miociti ventricolari come indotta (IVM), e indotti miociti PM-like (IPMS) 21. Sulla base delle nostre osservazioni, solo le cellule che presentano l'organizzazione sarcomere sono in grado di battere spontanea. Questa piattaforma unica riprogrammazione permette di valutare il ruolo di alcuni parametri nell'organizzazione sarcomere, specifica sottotipo, e l'efficienza della riprogrammazione CM ad una risoluzione di singola cellula.
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Tutte le procedure sperimentali che coinvolgono le pratiche degli animali sono stati approvati dal Comitato Istituzionale Animal cura e l'uso a UT Southwestern Medical Center.
1. Isolamento di HCN4-GFP E12.5 embrionali di topo fibroblasti (MEF)
2. Retrovirus Produzione e riprogrammazione
Attenzione: il seguente protocollo richiede la produzione e la gestione dei retrovirus infettive. Effettuare le seguenti operazioni in un armadio biosicurezza di livello 2 sotto BSL-2 linee guida e tecnica sterile. Utilizzare il 10% di candeggina per smaltire tutti i materiali esposti a retrovirus.
3. Immunocolorazione di MEF riprogrammato
4. Identificazione di cardiache sottotipi Utilizzando Microscopia confocale
NOTA: Per l'imaging, un microscopio confocale dotato di almeno 2 rivelatori fluorescenti capaci di rilevazione spettrale a 405, 488, 555 e 639 nm lunghezza d'onda necessaria per identificare IPM, Iams, e IVMS. imagcellule e utilizzando un piano-Apochromat 20X / 0.75 obiettivo o migliore. Utilizzando il software di analisi di immagine del produttore, la digitalizzazione delle immagini dello zoom può ottenere immagini di qualità ad immersione 40X-petrolio.
5. quantificazione
NOTA: Per valutare il numero effettivo di MEF potenzialmente riprogrammati, 2 pozzetti di una piastra da 24 pozzetti vengono seminate in parallelo ai pozzetti sperimentali sono raccolte un giorno dopo la placcatura. Il numero totale di cellule piastrate è quindi determinata dalla media dei due pozzetti. Questo diventa le cellule totali effettivi cromato (atotal).
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Approfittando della PM-specifica del mouse giornalista, abbiamo sviluppato una strategia immunocolorazione multiplex per identificare i diversi miociti endogeni come illustrato nella figura 1. Seguendo la procedura di riprogrammazione mostrati nella Figura 2, l'induzione di CM specifici del sottotipo può essere rilevato fin dal giorno 4 21, anche se ad un basso tasso. Entro il giorno 14, l'esperimento può essere fermato e ...
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Il presente studio fornisce una strategia a riprogrammazione diretta per la conversione di MEF in un insieme diversificato di sottotipi cardiaci tramite espressione retrovirus-mediata della trascrizione cardiaco fattori Gata4, MEF2C, Tbx5, e Hand2 (GHMT). Utilizzando un approccio immunocolorazione multiplex in combinazione con un PM-specifica del mouse giornalista, siamo in grado di identificare iAM, IVMS, e IPMS ad una risoluzione di singola cellula. Tale test permette una sperimentazione in vitro sistema in g...
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Gli autori non hanno nulla da rivelare.
A.F.-P. è stato supportato dalla National Science Foundation Graduate Research Fellowship con sovvenzione n. 2015165336. N.V.M è stato sostenuto da sovvenzioni del NIH (HL094699), del Burroughs Wellcome Fund (1009838) e della March of Dimes (#5-FY14-203). Ringraziamo Young-Jae Nam, Christina Lubczyk e Minoti Bhakta per i loro importanti contributi allo sviluppo del protocollo e all'analisi dei dati. Ringraziamo anche John Shelton per il prezioso contributo tecnico e i membri del laboratorio Munshi per la discussione scientifica.
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| DMEM | Sigma | D5796 | Componente di terreni iCLM, terreni Plat-E, fibroblasti e terreni di trasfezione |
| Terreno 199 | Thermo Fisher Scientific | 11150059 | Componente di terreni iCLM |
| Siero fetale bovino (FBS) | Sigma | F2442 | Componente di terreni iCLM, terreni Plat-E, fibroblasti e terreni di trasfezione |
| Insulina-Transferrina-Selenio G | Thermo Fisher Scientific | 41400-045 | Componente dei terreni iCLM |
| Soluzione vitaminica MEM | Thermo Fisher Scientific | 11120-052 | Componente dei terreni iCLM |
| Aminoacidi MEM | Thermo Fisher Scientific | 1601149 | Componente dei terreni iCLM |
| Aminoacidi non essenziali | Thermo Fisher Scientific | 11140-050 | Componente dei terreni iCLM |
| Antibiotici-Antimicotici | Thermo Fisher Scientific | 15240062 | Componente dell'integratore B-27 iCLM media |
| Thermo Fisher Scientific | 17504044 | Componente dei terreni iCLM | |
| Siero di cavallo inattivato termicamente | Thermo Fisher Scientific | 26050-088 | Componente dei terreni iCLM |
| NaPyruvato | Thermo Fisher Scientific | 11360-70 | Componente dei terreni iCLM |
| Penicillina/Streptomicina | Thermo Fisher Scientific | 1514022 | Componente dei terreni Plat-E e dei terreni per fibroblasti |
| Puromicina | Thermo Fisher Scientific | A11139-03 | Componente del terreno Plat-E |
| Blasticidin | Gemini Bio-Products | 400-128P | Componente del terreno Plat-E |
| Glutamax | Thermo Fisher Scientific | 35050-061 | Componente del terreno per fibroblasti |
| Scansione laser confocale LSM700 | Zeiss | Per analisi confocale | |
| Reagente di trasfezione FuGENE 6 Reagente | Promega | E2692 | Reagente di trasfezione |
| Opti-MEM Siero Ridotto Medium | Thermo Fisher Scientific | 31985-070 | Reagente di trasfezione |
| Polybrene | Millipore | TR-1003-G | Reagente di induzione. Utilizzare ad una concentrazione finale di 8 μ M/mL |
| Platinium-E (PE) Linea cellulare di packagin retrovirale | cellula ecotropicaBiolabs | RV-101 | Linea cellulare di pacatura retrovirale |
| Tripsina 0,25% EDTA | Thermo Fisher Scientific | Per MEFs e dissociazione Plat-E | |
| Topo anti &alfa;-actinina (clone EA-53) | Anticorpo Sigma | A7811 | per analisi confocale. Utilizzare in 1:200 |
| Pollo anti-GFP IgY Thermo | Fisher Scientific | A10262 | Anticorpo per analisi confocale. Utilizzare in scala 1:200 |
| Rabbit Pab anti-NPPA | Anticorpo Abgent | AP8534A | per analisi confocale. Utilizzare a 1:400 |
| Rabbit Pab anti Myl2 IgG | ProteinTech | 10906-1-AP | Anticorpo per analisi confocale. Utilizzare in soluzione 1:200 |
| Vectashield con DAPI (4',6-Diamidino-2-Fenilindolo, Dicloridrato) | Vector Labs | H-1500 | Colorante per analisi confocale |
| Superfrost Plus Vetrini per microscopio | Thermo Fisher Scientific | 12-550-15 | 25 x 75 x 1,0 mm |
| BioCoat Fibronectina 12 mm Vetrini coprioggetti | NeuVitro Corp | GG-12-1.5 | Vetrini coprioggetti per analisi confocali |
| 100 μ filtro cellulare m | Thermo Fisher Scientific | 08-771-19 | |
| 0.45 μ m Siringhe filtri SFCA 25MM | Thermo Fisher Scientific | 09-740-106 | Per filtrazione virus |
| 6 mL Siringhe | Covidien | 8881516937 | Per filtrazione virus |
| Capra anti-Pollo IgY (H& L) A488 | Abcam | AB150169 | Anticorpo secondario per analisi confocale. Utilizzare a 1:400 |
| Asino anti-coniglio A647 IgG(H+L) | Thermo Fisher Scientific | A31573 | Anticorpo secondario per analisi confocale. Utilizzare in 1:400 |
| IgG(H+L) anti-topo di capra A555 | Thermo Fisher Scientific | A21422 | Anticorpo secondario per analisi confocale. Utilizzare a 1:400 |
| Triton X-100 | Sigma | 93443-100ml | Per permeabilizzazione cellulare |
| PBS di Dulbecco senza CaCl2 e MgCl2 (D-PBS) | Sigma | D8537 | |
| Power Block 10x Reagente bloccante universale | Thermo Fisher Scientific | NC9495720 | Diluire a 1x in H2O |
| 16% Soluzione acquosa di paraformaldeide (PFA) | Scienze dell'elettromicroscopia | 15710 | Utilizzare al 4% diluito in dH2O |
| piastre da 6 cm | Piastre Olympus | 25-260 | |
| 6 pozzetti | Genesee Scientific | 25-105 | |
| Piastre a 24 pozzetti | Genesee Scientific | 25-107 | |
| Piastre per coltura tissutale da 10 cm | Corning | 4239 | |
| 15 cm Piastre per coltura tissutale | Thermo Fisher Scientific | 5442 | |
| Provette coniche da 15 mL | Corning | 4308 | |
| Provette coniche da 50 mL | Corning | 4249 | |
| Soluzione di blu di tripano allo 0,4% | Sigma | T8154 | Per la vitalità |
| Alcool etilico a prova 200 | Thermo Fisher Scientific | 7005 | |
| Candeggina | Thermo Fisher Scientifico | 6009 |
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