このプロトコルは、酵素解離および蛍光活性化細胞ソーティングによるトゲマウス(Acomys)からの骨格筋および心筋線維脂肪形成前駆細胞(FAP)の単離を概説しています。このプロトコルから得られたFAPは、筋線維芽細胞および脂肪細胞に効果的に拡大および分化させることができます。
方法論記事
このプロトコルは、酵素解離および蛍光活性化細胞ソーティングによるトゲマウス(Acomys)からの骨格筋および心筋線維脂肪形成前駆細胞(FAP)の単離を概説しています。このプロトコルから得られたFAPは、筋線維芽細胞および脂肪細胞に効果的に拡大および分化させることができます。
その優れた修復プログラムにより、トゲネズミは再生医療の新たな研究モデルとなっています。線維脂肪形成前駆細胞は、脂肪細胞、線維芽細胞、軟骨細胞に分化することができる組織に常在する細胞です。線維脂肪形成前駆細胞は、損傷後の細胞外マトリックスリモデリングに関与しているため、組織再生を組織再生するための基本です。この研究は、トゲトゲマウスの心臓修復と骨格筋の再生における線維脂肪形成前駆細胞の特定の役割を調査することに焦点を当てています。この目的のために、酵素的に解離した骨格筋および心筋からのフローサイトメトリーによるトゲマウス線維脂肪形成前駆細胞の精製のためにプロトコルが最適化されています。このプロトコルから得られた集団は、 in vitro で拡大することができ、筋線維芽細胞および脂肪細胞に分化することができる。このプロトコールは、研究者がトゲネズミの特徴的な特性を調べ、 それらをMus musculus と比較するための貴重なツールを提供します。これにより、この興味深いモデルにおける再生メカニズムの理解を進める可能性のある洞察が得られます。
当初、非常に壊れやすい皮膚と皮膚の損傷を修復する優れた能力で認識されていたトゲマウスは、Mus musculus 1,2と比較して、筋骨格系、腎臓系、中枢神経系、心血管系などのさまざまな臓器系で優れた再生能力を示しています。
線維脂肪形成前駆細胞(FAP)は、骨格筋や心筋などのさまざまな組織に存在する間質細胞のサブセットです。これらの細胞は、in vivoおよびin vitroで線維形成および脂肪形成の系統に関与する独自の能力を持っています3,4。FAPは、細胞外マトリックスを調節し、修復プロセスに関与する他の細胞タイプの機能をサポートすることにより、組織再生に重要な役割を果たします。骨格筋では、FAPは損傷に応答して活性化し、筋幹細胞の分化と筋形成を促進します5,6。心臓の虚血性損傷では、FAPは心筋の完全性を維持するために瘢痕組織を敷設します。筋肉とは対照的に、心臓のFAPは慢性的に活性化され、病理学的リモデリングに寄与します7,8。
これまでの研究では、トゲネズミの細胞外マトリックスは、Mus musculus 9,10と比較して、再生をサポートする組成、構造、および特性が異なることが示されています。 筋肉および心臓の損傷では、FAPはとげのあるマウス11,12,13の優れた治癒に寄与することが注目されています。トゲトゲマウスのFAPと間質の行動と制御制御を理解することで、その再生能力の背後にあるメカニズムに光が当てられる可能性があります。FAPは、mus musculus14,15などの他の動物モデルで広く研究されていますが、現在、とげのあるマウスのFAPを分離するための公開されたプロトコルはありません。このようなプロトコルを開発すれば、この分野の大きなギャップを埋めることができ、研究者はトゲネズミの再生能力の根底にある細胞および分子メカニズムを調べることができます。
このプロトコルは、とげのあるマウスから骨格筋および心筋のFAPを分離、拡張、および区別するための堅牢で再現性のあるプロトコルを説明しています。ここで説明するプロトコールは、蛍光活性化セルソーティング(FACS)に適した高品質のシングルセル懸濁液をもたらします。rh−TGFβ1または適合する市販培地、すなわち筋FAP16を鑑別するために広く使用されている2つの方法を使用することにより、選別されたトゲ状FAPは、それぞれ線維形成系統および脂肪形成系統に沿って分化する能力を維持する(図1)。
すべての動物の維持管理および実験手順は、ブリティッシュコロンビア大学動物管理委員会の承認およびブリティッシュコロンビア大学の規則に従って実施されました。動物は、標準的な条件(12:12明暗サイクル、21-23°C、湿度40%-60%)で病原体のない密閉施設に収容され、タンパク質が豊富なマウスの食事 と水を自由に提供しました。この研究には、成体(生後4〜6か月、50〜60 g)の雌と雄の Acomys dimidiatus マウスを使用しました。使用したすべての試薬と機器の詳細は、 材料表に記載されています。
1. 溶液とバッファーの調製
2. ティッシュコレクション
3.組織消化
4. 蛍光活性化細胞ソーティング(FACS)のための染色
5. 蛍光活性化細胞選別
6. 組織培養
7. 線維原性分化
8.脂肪原性分化
9. 免疫染色
骨格筋と心臓のFAPを分離して培養するためのこのプロトコルの概略図を 図1にまとめています。組織採取の場合、肝臓の色が濃い赤から淡い黄色に変わることは、通常、灌流が成功したことを示しています。とげのあるマウスの指定された年齢範囲では、心臓の重量は通常約200 mgですが、大腿四頭筋は約350 mgです。
ステップ3.5-3.7の各消化バッファーの変更中、細胞が組織から放出されると、消化チューブ内の消化バッファーは不透明に見えます。消化の最後には、溶液は比較的均質なスラリーでなければならず、いくつかの組織片が残っている必要があります。細胞の生存率や培養結果に悪影響を与える過剰消化を避けるために、すべての組織が完全に消化される前に必ず消化を終了してください。
FACSの予想されるフロープロットを 図2に示します。FAPは、生細胞およびLIN-細胞の約2%を占めると予想されています。PI+ イベントの割合は、サンプル調製の品質の指標であり、10% 未満である必要があります。この研究では、心臓あたり 150k FAP (心室のみ) と 2 つの大腿四頭筋から 100k FAP が通常取得されます。
プレートに入れると、細胞は通常72時間以内に付着し、5日以内に80%のコンフルエントに達し、突起のある典型的な線維芽細胞の形態を示します(図5)。

図1:プロトコルの概略図と各ステップに必要なおおよその時間。 ティッシュコレクション:マウスあたり10分。組織消化:1.5-2時間細胞染色:45分-75分蛍光活性化細胞ソーティング:2時間。線維脂肪形成前駆細胞(FAP)の拡大:4日間。FAP分化:線維形成分化の場合は48時間、骨格筋FAPの場合は脂肪分化の場合は6日、心FAPの場合は14日。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図2:骨格筋(上)と心臓(下)のFAP分離の代表的なFACSプロット。この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。

図3:トゲマウス骨格筋FAP分化 (A)線維形成分化制御。(B)線維形成分化。(C)脂肪形成分化制御。(D)脂肪原性分化。ペリリピン(緑)、SMA(マゼンタ)、DAPI(青)、スケールバー= 100μm。 この 図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図4:トゲトゲマウスの心拍FAP分化 (A)線維形成分化制御。(B)線維形成分化。(C)脂肪形成分化制御。(D)脂肪原性分化。ペリリピン(緑)、SMA(マゼンタ)、DAPI(青)、スケールバー= 100μm。 この 図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図5:培養5日後、分化前のとげのあるマウス骨格筋(A)と心臓(B)FAPの明視野画像。 スケールバー = 360 μm. この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
| コントロール | CD31 SCの | PDGFRα SC | CD31 FMOの | PDGFRα FMOの | 見本 |
| CD31抗体 | + | - | - | + | + |
| PDGFRα抗体 | - | + | + | - | + |
表1:コントロールおよびサンプル用の抗体染色カクテルのセットアップに関する概略ガイド。 SC = 単色コントロール、FMO = 蛍光 - 1 コントロール、+ = 対応する抗体あり、 - = 対応する抗体なし。
トゲネズミ組織は、組織解離のストレスに対してより敏感であり、このプロトコルには、ストレスを最小限に抑えて細胞の生存率を向上させることを目的としたいくつかの側面があります。サンプル調製には、必要な酵素の濃度を下げるためのシリアル酵素解離技術が採用されています。酵素消化が進むと、酵素活性は低下します。新鮮な酵素に置き換えることで、消化全体を通じて一貫した酵素活性をよりよく達成でき、高濃度の酵素を避けることができます。さらに、溶液中のすでに放出された細胞を過剰に消化するために消化バッファーを変更することを避けることができます。次に、ACK溶解バッファーを使用して赤血球を除去します。心臓は放血され、灌流されていますが、血管新生が進んだ臓器であるため、まだ赤血球が含まれています。汚染された赤血球を除去することで、FACSに必要な時間を最小限に抑え、細胞の劣化を回避します。最後に、ステップ2.1からステップ6.4まで迅速かつ熱心に作業し、ピペッティングを穏やかに行うことや、できるだけ氷上で保管するなど、細胞を扱うためのベストプラクティスに従うことが重要です。一部の詳細は、視聴覚形式でも表示するのが難しく、ある程度の経験が必要になる場合があります。
細胞培養では、最適な細胞増殖のためには初期播種密度が重要です。皿の中のFAPはパラクリン方式で通信し、分泌された成長因子を介して成長を刺激します。播種密度が低い条件下では、細胞は増殖に十分なシグナルを受け取らず、増殖に失敗するか、ダウンストリームアプリケーションに適したコンフルエンシーレベルに到達するために追加の培養時間が必要になります。これは、脂肪原性分化の各培地変化の間に培地の半分だけを変更する理論的根拠でもあります。それらの分化に重要な前脂肪細胞からの成長因子を含むいくつかの条件付け培地を残すことが重要です。
免疫染色中は、細胞の剥離を最小限に抑えるために、バッファーを添加または除去する際には穏やかであることが重要です。特に、ステップ9.1では、細胞は固定前に最も剥離しやすいです。ピペットや針と注射器などの手動吸引が推奨されますが、強力な真空吸引器の使用はお勧めしません。
このプロトコルの限界は、PDGFRαがFAPの一般的なマーカーであり、FAPの固有のサブタイプを区別するためにより多くのマーカーが必要であることである17。FAPのようなDPP4+前駆細胞やCD10+脂肪形成FAPなどのサブタイプは、疾患と恒常性の両方の状況に関与している18,19,20。FAPサブセットは、とげのあるマウスにも存在する可能性があります。それらは、対応するmus musculus FAPサブセットと比較して、異なる比率で存在し、異なる細胞挙動を示し、または異なる生理学的機能を有する可能性があります。トゲネズミのFAPサブタイプ特異的マーカーのさらなる最適化は、トゲネズミのFAPの詳細を調べるために必要になります。
要約すると、このプロトコルは、骨格筋および心臓のFAPをとげのあるマウスから分離、培養、および区別するための堅牢で再現性のある方法を詳述しています。トゲネズミは、新たな超再生動物モデルとして勢いを増しています。FAPと間質は、筋肉と心臓の恒常性の維持に大きく関与しており、複数の慢性疾患モデル5,7の臓器機能障害に寄与しています。トゲネズミのFAPを特徴づけることで、その優れた再生能力の背後にあるメカニズムを解明し、再生医療における新たな戦略への道を開くことができるかもしれません。
著者には、開示すべき利益相反はありません。
UBCフローコアのAndy Johnson氏とJustin Wong氏には、FACSプロトコルの最適化に関する専門知識と支援を提供していただき、また、UBC生物医学研究センターの動物施設スタッフのトゲネズミ治療にも感謝いたします。 図1 はBiorenderを使用して作成されています。 図2 はFlowJoソフトウェアを使用して作成されています。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.5M EDTA | Invitrogen | 15575–038 | |
| 1.7 mL微量遠心チューブVWR | 87003-294 | ||
| 15 mL遠心分離管 | Falcon | 352096 | |
| 1x Dulbecco'リン酸緩衝生理食塩水 (DPBS) | Gibco | 14190-144 | |
| 20 mL syringe | BD | 309661 | |
| 4′,6-ジアミジノ-2-フェニルインドール (DAPI) | Invitrogen | D3571 | |
| 40 μm細胞ストレーナー | Falcon | 352340 | |
| 48ウェル平底組織培養プレート | Falcon | 53078 | |
| 5 mL ポリプロピレン | Falcon | 352063 | |
| 5 mL ポリスチレン丸底チューブ(細胞ストレーナーキャップ付き | Falcon | 352235 | |
| 5 mL syringe | BD | 309646 | |
| 50 mL遠心分離管 | Falcon | 352070 | |
| 60 mm ペトリ皿 | Falcon | 353002 | |
| 96 well V底組織培養プレート | Corning | 3894< | |
| em>Acomys dimidiatus マウス (とげのあるマウス) | Dr. Ashley W. Seifert(ケンタッキー大学)から贈られました。 | ||
| 塩化アンモニウムカリウム (ACK) 溶解バッファー | Gibco | A10492-01 | |
| 抗ペリリピン (1:100) | Sigma | P1873 | |
| 抗 SMA (1:100) | Invitrogen | 14-9760-82 | |
| APC PDGFRa (1:800) | Abcam | ab270085 | |
| BD PrecisionGlide Needle 18 G | BD | 305195 | |
| BD PrecisionGlide Needle 23 G | BD | 305145 | |
| ウシ血清アルブミン | Σ | A7906-100g | |
| BV605 CD31 (1:500) | BD biosciences | 744359 | |
| CaCl2 | Sigma-Aldrich | C4901 | |
| 遠心分離機 | Eppendorf | 5810R | |
| DMEM/F12 | Gibco | 11320033 | |
| Donkey anti-mouseAlexa 555 (1:1000) | Invitrogen | A31570 | |
| ロバ抗ウサギ Alexa 647 (1:1000) | Invitrogen | A31573 | |
| ロバ血清 | Σ | S30-100ML | |
| FACS ソーター - MoFlo Astrios 5 レーザー | ベックマン・コールター | B52102 | |
| ウシ胎児血清 | Gemini | 100-500 | |
| 細かいハサミ | FST | 14058-11 | |
| Fluoromount-G | SouthernBiotech | 0100-01 | |
| 鉗子 | FST | 11051-10 | |
| Hemostat | FST | 91308-12 | |
| ヒト FGF - 塩基性組換えタンパク質 (bFGF) | Gibco | 13256029 | |
| ヒト TGF ベータ 1 組換えタンパク質 (TGFb1) | eBiosciences | 14-8348-62 | |
| インキュベーター - Heracell 160i CO2 | ThermoFisher | 51033557 | |
| 倒立顕微鏡 - Revolve | ECHO | n/a | |
| Liberase | Roche | 5401127001 | |
| Mouse MesenCult Adipogenic Differentiation 10x Supplement | STEMCELL technologies | 5507 | |
| マウスオンマウス(MOM)ブロッキング試薬 | Vector Laboratories | MKB-2213 | |
| パラホルムアルデヒド | シグマ | P1648-500G | |
| ペニシリン-ストレプトマイシン | Gibco | 15140–122 | |
| PicoLabマウスダイエット 20 | LabDiet | 3005750-220 | |
| ヨウ化プロピジウム(PI) | Invitrogen | P3566 | |
| 輸送バイアル 5mLチューブ | キャプラグ エバーグリーン | 222-3005-080 | |
| トリトン X-100 | シグマ | 9036-19-5 |
このJoVE記事のテキストまたは図の再利用許可をリクエスト
許可をリクエスト