新生仔マウスの肩甲間褐色脂肪組織の間質血管分画から前駆脂肪細胞を単離し、脂肪滴を蓄積する細胞に分化し、分子マーカーを発現し、成熟した褐色脂肪細胞のミトコンドリア形態を示します。これらの細胞は、免疫蛍光法および透過型電子顕微鏡法によってさらに分析されます。
方法論記事
新生仔マウスの肩甲間褐色脂肪組織の間質血管分画から前駆脂肪細胞を単離し、脂肪滴を蓄積する細胞に分化し、分子マーカーを発現し、成熟した褐色脂肪細胞のミトコンドリア形態を示します。これらの細胞は、免疫蛍光法および透過型電子顕微鏡法によってさらに分析されます。
褐色脂肪組織(BAT)は哺乳類にのみ存在し、熱発生機能を持っています。褐色脂肪細胞は、複数の脂肪滴を持つ多房性細胞質、中心核、高いミトコンドリア含有量、およびアンカップリングタンパク質1(UCP1)の発現によって特徴付けられます。BATは、代謝エネルギーを熱として放散する能力があるため、肥満およびそれに関連する代謝障害の潜在的な治療標的として提案されています。BATの機能や制御を調べるためには、褐色脂肪細胞の培養が不可欠です。本プロトコールは、新生マウスからの褐色脂肪細胞を培養するための組織プロセシングおよび細胞分化を最適化する。さらに、共焦点免疫蛍光法と透過型電子顕微鏡法の両方を用いて分化した脂肪細胞をイメージングする手順が示されています。本明細書に記載の技術で分化した褐色脂肪細胞では、高いUCP1レベル、ミトコンドリア質量の増加、脂質液滴とミトコンドリアとの間の非常に密接な物理的接触など、古典的なBATの主要な特徴が保持されているため、この方法はBAT研究のための貴重なツールとなっています。
白脂肪組織と褐色脂肪組織は、解剖学的位置、細胞起源、機能、形態、および総質量が異なります。白色脂肪組織(WAT)は、体の主要な生理学的エネルギー貯蔵庫であり、細胞体積のほとんどを占める単一の巨大な脂質液滴を持つ高度に特殊化された細胞に大量のトリアシルグリセロール(TAG)を貯蔵します1。TAG脂肪分解は遊離脂肪酸を放出し、空腹時やその他のエネルギーバランスがマイナスの状態にあるときにエネルギー需要を満たすために体循環に入ります。さらに、WATは、代謝、免疫、および生殖調節機能を持つアディポカインとリポカインと呼ばれるタンパク質と脂質産物をそれぞれ分泌するため、WATは体内で最大の内分泌組織になります2。
褐色脂肪組織(BAT)は、低体温症を予防するための非震え熱発生を主な生理学的機能とする、はるかに小さな臓器です。マウスや新生児では、BATは肩甲骨間腔に位置する明確な器官です。成人は肩甲骨間BAT(iBAT)を欠いています。それにもかかわらず、彼らは、そうでなければ主にWATを構成するデポに統合された茶色の脂肪細胞様細胞のクラスターを発達させます。これらの「ブラウンインホワイト」(ブライト)脂肪細胞は、従来のiBAT脂肪細胞と形態学的および分子的特徴を共有していますが、細胞起源は異なります3,4。
白色脂肪細胞とは対照的に、褐色脂肪細胞は複数の小さな脂肪滴と豊富なミトコンドリア5を持っています。アンカップリングタンパク質1(UCP1、別名サーモゲニン)は、褐色脂肪細胞とブライト脂肪細胞によって特異的に発現し、ミトコンドリア内膜(IMM)のプロトン漏れを媒介するため、ATP合成からの電子輸送が切り離され、熱が発生します。BATにおける非震動熱発生は、ノルエピネフリン(NE)によって活性化され、ノルエピネフリンは低温刺激に応答してBATの交感神経終末から放出されます6。NEは、褐色脂肪細胞の表面にあるβ-アドレナリン受容体(主にβ3)に結合し、細胞内cAMPを介したシグナル伝達カスケードをトリガーします。その結果、TAG脂肪分解、ミトコンドリア脂肪酸のベータ酸化、およびUCP1活性化時の発熱が起こります3。褐色脂肪細胞における脂肪滴とミトコンドリアとの間の密接な機能的関係は、大きくて非常に密接な物理的接触を有する領域におけるこれらの細胞小器官間の相互作用など、構造的な類似性を有する7,8。
iBATは血管が豊富で、交感神経末端9.これらの構造は、前駆脂肪細胞、免疫細胞、線維芽細胞、および細胞外マトリックス分子とともに、脂肪間質血管画分(SVF)10を構成します。多くのプロトコルは、前脂肪細胞11,12,13,14,15から成熟脂肪細胞を生成することが報告されています(補足表1);それにもかかわらず、それらは組織処理と分化培地の組成に極端な変動を示します。本明細書に記載のプロトコルは、(1)主要な脂肪形成転写因子ペルオキシソーム増殖因子活性化受容体γ(PPARγ)およびCCAAT/エンハンサー結合タンパク質α(C/EBPα)を発現し、(2)成熟脂肪細胞マーカーperilipin1(PLIN1)およびクラスター決定基36(CD36)を発現し、(3)豊富な脂肪滴を蓄積し、(4)高いミトコンドリア質量および高い存在量のOXPHOS複合体を有する褐色脂肪細胞の効率的かつ再現性のある分化を可能にする。 (5)高レベルのUCP1によって決定される熱発生能力を持ち、(6)成熟した褐色脂肪細胞の表現型に関連するミトコンドリアの形態学的変化を有する。この方法論は、全身性脂肪異栄養症の根底にある分子メカニズムの研究に使用されます15,16,17。
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動物の手順は、ポンティフィシア・カトリカ・デ・チリ大学の施設動物管理および使用委員会によって承認されました。この研究では、C57BL/6J系統と129J系統の混合バックグラウンドに由来する雌雄のP0.5新生児マウスを使用しました。
1.組織抽出
2.組織消化
3. ティッシュ加工
注:消化後、クラスII層流組織培養フードで以下のすべてのステップを実行します。
4. 間質血管分画(SVF)培養
5. 脂肪分化
6. 細胞ホモジネートの調製
7. ウェスタンブロッティング
8. 高解像度イメージング
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脂肪形成は、褐色脂肪細胞の形成を誘導する主要なタンパク質の発現と機能の両方に関与する転写因子のネットワークによって制御され、PPARγやC/EBPαなどの古典的な脂肪形成調節因子23,24,25、成熟脂肪細胞のマーカー26,27を含む。.熱発生性褐色脂肪表現型の獲得を可能にするロシグリタゾンの異なる濃度の試験を通じて、本明細書に記載の方法は、新生仔P0.5マウスのiBATのSVFに存在する前脂肪細胞を成熟褐色脂肪細胞に分化させることを可能にする。誘導および維持培地に5 μMのロシグリタゾンを添加すると、分化7日目の脂肪形成調節因子およびUCP1のタンパク質レベルが著しく増加しました。これは、このPPARγアゴニストの濃度が低い(1 nM)場合と比較してです(
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本プロトコールは、成熟した褐色脂肪細胞の分子的および形態学的特性を有する細胞を生成するための、単純で複製可能な二相分化手順(図2)である。iBATの外科的採取は、組織の裂傷が出発物質の生存率を著しく制限するため、最初の重要なステップです。また、破片のない均質な細胞懸濁液は、培養可能なSVFの量を大幅に増加させるため、組織処理も重要です。現在の研究では、ろ過は、100μmの細胞ストレーナのみを使用した他のプロトコルとは対照的に、100μmおよび40μmの細胞ストレーナを使用して2回行われた11,12,13,14。
間質血管画分培養では、実験に利用可能な細胞の数を増やすために、2ラウンドの継代が行われました。この標準化により、SVFの差別化の再現性を高めることができました。...
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著者は何も開示していません。
資金は、FONDECYT(1181214および1221146)とAnillos(ACT210039)によってVCに提供され、博士奨学金ANIDはAMFにANID 21171743、FSにANID 21150665が提供されました。サンプルの処理に協力し、透過型電子顕微鏡の技術的アドバイスを提供してくださったAlejandro Munizagaに感謝します。イラストはBioRenderを使用して作成されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 10x Tris/Glycine Buffer | BioRad | 1610734 | |
| 16% パラホルムアルデヒド水溶液 | 電子顕微鏡 Sciences | 15710 | |
| 35 mm TC 処理 Easy-Grip Style Cell Culture Dish | Falcon | 353001 | |
| 3-Isobutyl-1-methylxanthine (IBMX) | Calbiochem | 410957 | |
| 40% アクリルアミド/ビス溶液、37.5:1 | BioRad | 1610148 | |
| 6ウェルプレート | SPLライフサイエンス | - | |
| 96ウェルオプティカルブラック(蓋付き)細胞培養滅菌 | Thermo Scientific | 165305 | |
| AccuRuler RGB Plus Pre-stained Protein Ladder | マエストロゲン | 02102-250ACK | |
| 溶解バッファー | Gibco | A10492-01 | |
| 過硫酸アンモニウム | BioRad | 1610700 | |
| 抗生物質-抗真菌剤 | Gibco | ||
| 15240062 抗マウスIgG、HRP結合抗体 | Cell Signaling | 7076 | |
| 抗ウサギIgG、HRP結合抗体 | Cell Signaling | 7074 | |
| ッティンググレードブロッカー | バイオラッド | 170-6404 | |
| ボディピー 493/503 | Invitrogen | D3922 | |
| BSA | Sigma | A1470 | |
| C/EBPα 抗体 | Cell Signaling | 2295 | |
| CaCl2 | >Calbiochem | ||
| CD36抗体 | Invitrogen | PA1-16813 | |
| Cell Strainer 100 µm、ナイロン | Falcon | 352360 | |
| セルストレーナー40µm, ナイロン | Falcon | 352340 | |
| Collagenase type II | Gibco | 17101-015 | |
| Cytation 5 Cell Imaging Multimode Reader | Biotek | ||
| Dexamethasone | Sigma | D4902 | |
| DMEM/F-12, 粉末 | Gibco | 12500062 | |
| EMBed-812 EMBEDDING KIT (Epon) | Electron Microscopy Sciences | 14120 | |
| Ethanol absolute | Merck | 100983 | |
| ウシ胎児血清 | Gibco | 16000-044 | |
| 冷水魚皮ゼラチン | Sigma | G7041 | |
| グルコース | Gibco | 15023-021 | |
| グルタルアルデヒド 25% 水溶液 | 電子顕微鏡科学 | 16210 | |
| ヤギ抗ウサギ IgG (H+L) 交差吸着二次抗体、Alexa Fluor 594 | Life Technologies | A11012 | |
| Halt ホスファターゼ阻害剤カクテル 100X | Thermo Scientific | 78427 | |
| Halt プロテアーゼ阻害剤カクテル 100X | Thermo Scientific | 78429 | |
| Hoechst 33258 | Invitrogen | H1398 | |
| 免疫ブロットPVDFメンブレン | BioRad | 1620177 | |
| インドメタシン | シグマ | I7378 | |
| インスリン | シグマ | I3536 | |
| KCl | カルバイオケム | ||
| KH2PO4 | Calbiochem | 529568 | |
| KHCO3 | Sigma | 60339 | |
| レーンマーカー レデューシング サンプル バッファー | Thermo Scientific | 39000 | |
| MgSO4 | Sigma | M2643 | |
| MilliQ 水滅菌 | - | - | |
| Mitoprofile Total OXPHOS Rodent WB antibody カクテル | アブカム | MS604 | |
| NaCl | メルク | ||
| OmniPur 10x PBS濃縮液 | Calbiochem | 6505-OP | |
| 四酸化オスミウム | Electron Microscopy Sciences | 19100 | |
| ペリリピン1抗体 | Cell Signaling | 9349 | |
| PPARγ(81B8) 抗体 | 細胞シグナル伝達 | 2443 | |
| RIPA バッファー溶解 | Thermo Scientific | 89901 | |
| ロシグリタゾン | メルク | 557366 | |
| 重炭酸ナトリウム | シグマ | S5761 | |
| プディレートナトリウム | 電子顕微鏡科学 | 12300 | |
| デシル硫酸ナトリウム | BioRad | 1610301 | |
| T3 | Sigma | T6397 | |
| Talos F200C G2 | Thermo Scientific | ||
| TEMED | BioRad | 1610800 | |
| TOM20 | 抗体 細胞シグナル伝達 | 42406 | |
| Tris Buffered Saline (TBS-10X) | 細胞シグナル伝達 | 12498 | |
| Triton X-100 | Sigma | 93443 | |
| トリプシン-EDTA (0,25%) | Gibco | 25200056 | |
| Tween 20、分子生物学グレード | 製品 | H5152 | |
| UCP1抗体 | Cell Signaling | 14670 | |
| Ultracut R | Leica | ||
| ウラニルアセテート | 電子顕微鏡科学 | 22400 | |
| Westar Sun | Cyanagen | XLS063 | |
| ウェスター超新星 | シアナゲン | XLS3 |
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