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Research Article
Louai Zaidan*1, Perla Geara*1, Matthew J. Borok*1, Léo Machado1, Despoina Mademtzoglou1, Philippos Mourikis1, Frederic Relaix1,2,3,4
1Univ Paris Est Creteil, INSERM, IMRB, F-94010 Creteil, France, 2Ecole nationale vétérinaire d'Alfort, IMRB, F-94700 Maisons-Alfort, France, 3EFS, IMRB, F-94010 Creteil, France, 4AP-HP, Hopital Mondor, Service d'histologie, F-94010 Creteil, France
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
골격근은 상주 줄기세포를 포함한 여러 세포 유형으로 구성되어 있으며, 각 세포 유형은 근육 항상성과 재생에 특별한 기여를 합니다. 여기에서는 근육 줄기 세포의 2D 배양과 생리학적, in vivo 및 환경적 특성의 많은 부분을 보존하는 ex vivo 환경에서의 근육 세포 틈새에 대해 설명합니다.
골격근은 신체에서 가장 큰 조직이며 운동에서 체온 조절에 이르기까지 다양한 기능을 수행합니다. 그 기능과 부상으로부터의 회복은 다양한 세포 유형과 핵심 근육 세포(근섬유, 근육 줄기 세포)와 틈새 사이의 분자 신호에 달려 있습니다. 대부분의 실험 환경은 이 복잡한 생리학적 미세환경을 보존하지 않으며, 근육 줄기 세포에 중요한 세포 상태인 정지 상태의 생체 외 연구도 허용하지 않습니다. 여기에서는 틈새 시장의 세포 성분을 가진 근육 줄기 세포의 생체 외 배양을 위한 프로토콜이 요약되어 있습니다. 근육의 기계적 및 효소적 분해를 통해 세포 유형의 혼합물을 얻어 2D 배양에 넣습니다. 면역염색은 1주일 이내에 여러 틈새 세포가 근섬유와 함께 배양에 존재하며, 중요하게는 정지된 근육 줄기 세포의 특성을 나타내는 Pax7 양성 세포가 존재한다는 것을 보여줍니다. 이러한 고유한 특성으로 인해 이 프로토콜은 세포 증폭 및 근본적이고 중개 문제를 해결하는 데 사용할 수 있는 정지 유사 줄기 세포 생성을 위한 강력한 도구입니다.
운동, 호흡, 신진대사, 자세 및 체온 유지는 모두 골격근에 의존하며, 골격근의 오작동은 쇠약해지는 병리학(예: 근육병증, 근이영양증 등)을 유발할 수 있습니다. 1. 골격근은 본질적인 기능과 풍부함을 감안할 때 정상적인 근육 기능을 지원하고 치료 표적이 될 수 있는 주요 측면을 이해하기 위해 노력하는 전 세계 연구 실험실의 관심을 끌었습니다. 또한, 골격근은 재생과 줄기세포 기능을 연구하는 데 널리 사용되는 모델인데, 건강한 근육은 주로 줄기세포에 의해 완전한 손상과 퇴화 후 완전히 자가 회복할 수 있기 때문이다2; 이들은 위성 세포라고도 불리며, 근육 섬유의 주변부에 있는 기저층(basal lamina) 아래에 국한되어 있다3.
성인 골격근의 핵심 세포는 근섬유(긴 세포융합 다핵 세포)와 위성 세포(근육 생성 전위가 있는 줄기 세포로 부상으로 활성화될 때까지 정지 상태)입니다. 후자의 세포는 근육 재생의 중심 세포이며,이 과정은 부재 할 때 발생할 수 없습니다 4,5,6,7. 즉각적인 미세 환경에는 신호를 보내는 여러 세포 유형과 분자 요인이 있습니다. 이 틈새 시장은 발달 과정과 성인기까지 점진적으로 확립된다8. 성인 근육에는 여러 세포 유형(내피 세포, 주위 세포, 대식세포, 섬유-지방 생성 전구-FAP, 조절 T 세포 등)이 포함되어 있습니다. 9,10 및 세포외 기질 성분(라미닌, 콜라겐, 피브로넥틴, 피브릴린, 페리오스틴 등) 11 건강, 질병 및 재생의 맥락에서 서로 상호 작용하고 위성 세포와 상호 작용합니다.
실험 환경에서 이 복잡한 틈새를 보존하는 것은 기본적이지만 어려운 일입니다. 마찬가지로 어려운 것은 정지 상태로 돌아가거나 정지 상태로 돌아가는 것인데, 이는 위성 셀(satellite cell)9에 매우 중요하다. 이러한 문제를 부분적으로 해결하기 위해 몇 가지 방법이 도입되었으며, 각 방법에는 장점과 단점이 있습니다(자세한 내용은 토론 섹션 참조). 여기에서는 이 두 가지 장벽을 부분적으로 극복할 수 있는 방법을 제시합니다. 근육은 처음에 채취된 다음 이질적인 세포 혼합물을 배양하기 전에 기계적, 효소적으로 분해됩니다. 배양 과정에서 틈새의 많은 세포 유형이 검출되고 정지 상태로 돌아온 위성 세포가 관찰됩니다. 프로토콜의 마지막 단계로, 보편적으로 허용되는 마커를 사용하여 각 세포 유형을 검출할 수 있는 면역형광 단계가 제시됩니다.
모든 실험은 Institut Mondor de Recherche Biomédicale (INSERM U955)의 프랑스 및 EU 동물 규정, 특히 지침 2010/63/UE를 준수했습니다. 동물은 인증 번호 A94 028 379 및 D94-028-028로 동물 시설에서 통제되고 풍부한 환경에서 사육되었습니다. 그들은 공인된 연구원과 동물 관리인에 의해서만 취급되었으며, 동물 사육 담당자는 일생 동안 불편함의 징후가 있는지 육안으로 검사했습니다. 그들은 해부 전에 자궁 경부 탈구로 안락사되었습니다. 동물의 일생 동안 중재적 절차는 수행되지 않았습니다. 따라서 윤리 위원회와 프랑스 고등 교육, 연구 및 혁신부로부터 절차에 대한 승인을 받을 필요가 없었습니다. 실제로, 지침 2010/63/UE에 따라 안락사 및 사후 해부에 대한 윤리적 허가는 필요하지 않습니다. 이 원고에 제시된 결과는 야생형 C57BL/6NRj 라인( 재료 표 참조)과 형질전환 Tg:Pax7-nGFP 라인12(우리 팀에서 육종)에서 얻은 것입니다. 프로토콜은 생후 8-12주 된 수컷 및 암컷 마우스에 적용되었습니다.
1. 시약 및 장비 준비 사전 소화
2. 시약 및 장비 준비 후 소화
3. 해부

그림 1: 배양 전 근육 준비. (A) 3.1단계에서 설명한 대로 피부를 제거하여 뒷다리 근육을 드러냅니다. (나,씨) 모든 뒷다리 근육은 3.2단계에서 설명한 대로 뼈 주위(B)와 뼈 사이(C)를 채취합니다. (D) 수확된 근육은 3.3단계에 설명된 대로 촉촉한 상태를 유지하기 위해 DMEM 방울과 함께 얼음 위의 10cm 페트리 접시에 넣습니다. (E) 이 이미지에 묘사된 농도로 부드러운 반죽이 될 때까지 가위로 근육을 잘게 썬다. (F) 최종 원심분리 후의 펠릿 이미지; 파란색 화살표는 파란색 점선 아래에서 튜브에 대한 펠릿을 강조 표시합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
4. 소화
참고: 분해가 끝나면 섹션 5에는 4°C의 원심분리기, 얼음 양동이, 세포 여과기 3개(100um, 70um, 40um) 및 50mL 튜브 3개(동물당)가 필요합니다.
5. 여과
6. (선택 사항) 동결
참고: 섹션 6은 선택 사항입니다. 필터링 후 프로토콜을 일시 중지할 수 있지만 이로 인해 세포 생존 및 배양 성공률이 떨어질 수 있습니다.
7. 배양
참고: 냉동 또는 신선 셀 현탁액은 3-4웰 플레이트의 24-32웰을 채울 것으로 예상할 수 있습니다.
8. 고정
알림: 섹션 8-10은 달리 명시되지 않는 한 실온에서 수행해야 합니다.
9. 투과성 및 차단
10. 염색
이 프로토콜은 내인성 틈새에서 위성 세포와 대부분의 세포를 보존하면서 근육 세포 배양을 허용합니다. 그림 2는 프로토콜의 주요 단계를 요약한 것이며, 해부 및 분해의 필수 부분은 그림 1에 나와 있습니다. 뒷다리 근육 조직의 해부가 권장되는데(그림 1A-C), 이 근육 그룹은 잘 연구되어 있고 발달 기원과 분자 계층 구조를 공유하기 때문이다14. 멸균 조건에서 모든 혼합물을 준비하는 것이 좋습니다. 또한, 분해 혼합물을 세포 배양 후드 아래의 0.22μm 필터를 통과시켰을 때 배양 오염이 더 낮은 것으로 나타났습니다.
벌크 프렙의 1/30을 코팅된 1cm2 웰 플레이트에 도금하면 배양 시작 후 3-4일 후에 길쭉한 세포가 보입니다. 그러나 이는 세포 농도에 따라 달라질 수 있으며, 특히 냉동 벌크 준비를 확장할 때 길쭉한 세포가 나중에 나타나기 시작할 수 있습니다. 약 7일 후, 배지가 노란색으로 변해야 하며, 이 시점에서 매일 배지를 교체해야 합니다. 또한 이 시점에서 우물은 근관으로 덮여 있어야 합니다. 내피 세포는 배양액의 작은 부분을 구성합니다. 성공적인 배양의 주요 징후는 고정 및 염색이 필요할 수 있는 풍부한 PAX7+ 세포입니다. 가능할 때 사용할 수 있는 편리한 마우스 모델은 GFP 발현의 형태로 PAX7 양성을 시각화할 수 있는 Tg:Pax7-nGFP 라인12입니다. 따라서, 위성 셀은 리포터 GFP에 의해 쉽게 검출될 수 있다. GFP는 거꾸로 한 epifluorescence 현미경에 20x 확대에 관찰될 수 있어, 문화가 진행되는 동안 문화 성공의 분석을 허용하. 이를 통해 벌크 배양에서 PAX7-GFP 세포의 실시간 이미징도 가능합니다. 배양권은 10일 이상 방치할 수 없습니다. 그 후, 예비 세포의 수가 감소하기 시작하고 근관이 플레이트에서 분리될 수 있습니다. 냉동 세포에서 배양한 최근 경험을 포함하여 실패한 배양은 여전히 많은 양의 섬유를 생성할 수 있지만 PAX7-GFP 세포는 거의 생성하지 않습니다. PAX7에 대한 형광 마커가 없는 마우스를 사용하는 경우 예비 세포 생성의 효능을 평가하기 위해 염색을 수행해야 합니다.
다음 항체는 프로토콜 섹션 10에 제시된 염색 프로토콜과 잘 작동하며 테스트되었습니다. 항-PAX7 (위성 세포 및 활성화된 근아세포의 마커 15; 또한 이 배양에서 출현하는 예비 세포의 마커), 항-미오신 (근관 마커15), 항-CD31 (내피 세포마커 16), 항-GFP (리포터 마우스를 사용하는 경우), 항-MYOD (근아세포 15의 마커), 항-MYOG (분화 근세포 15의 마커), 항-KI67 (증식하는 세포의 마커17) 및 항-PDGFRα (FAPs15의 마커). 그림 3은 배양 7일 후의 근육 및 틈새 세포를 보여줍니다. 그림 3A-C와 관련하여, 근육 부피는 야생형 마우스에서 배양된 반면, 그림 3D-F의 경우 근육 부피는 앞서 언급한 Tg:Pax7-nGFP 라인에서 배양되었습니다. PAX7 및 KI67을 사용한 이중 염색(그림 3A)을 통해 배양 5일 후 나타나고 세포 주기의 출구(KI67- 상태) 및 형성된 근관에 대한 "위성"으로서의 국소화와 같은 근육 줄기 세포 특성을 가진 예비 세포를 표시할 수 있었습니다. MyHC와 MYOG를 사용한 이중 염색(그림 3B,D,E)을 통해 근육 분화를 통해 진행된 세포를 표시할 수 있었고, 따라서 MYOG를 점진적으로 발현한 다음 병합하여 다핵 MyHC+ 근관을 형성할 수 있었습니다. CD31 또는 PDGFRα로 염색하면 내피 세포 및 FAP와 같은 틈새 세포를 마킹할 수 있습니다(그림 3C). 그림 3D,E는 GFP로 표시된 신흥 예비 세포를 보여줍니다. GFP 및 MyHC를 함께 염색하면 예비 세포의 위성 세포 위치를 평가할 수 있으며(그림 3E), GFP 및 기타 활성화/분화 마커와 함께 염색하면 예비 세포의 정지 유사 특성을 평가할 수 있습니다(그림 3F).

그림 2: 프로토콜 단계 개요. (A–D) (A) 해부, (B) 분해, (C) 여과 및 (D) 배양의 순차적 단계. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 세포 집단의 면역염색. (A) 근육원(PAX7, 녹색으로 표시) 및 순환(KI67, 빨간색으로 표시) 세포의 면역형광. 핵은 DAPI(파란색)로 대조염색됩니다. 비순환성 근원세포(KI67-PAX7+)의 존재는 프로토콜이 7일간의 배양에 풍부한 야생형 마우스에서 정지 유사 세포를 생산할 수 있음을 보여줍니다. (B) 야생형 마우스의 세포를 배양한 지 7일 후의 근관(myosin 중쇄[MyHC]로 표시, 녹색) 및 근세포(MYOG로 표시, 빨간색)의 면역형광. 핵은 DAPI(파란색)로 대조염색됩니다. (C) 야생형 마우스의 세포를 7일 동안 배양한 후 근육 세포(PAX7, 녹색으로 표시), 중간엽 섬유-지방 생성 전구세포(PDGFRa, 빨간색으로 표시) 및 내피 세포(CD31, 자홍색으로 표시)의 면역형광. 핵은 DAPI(파란색)로 대조됩니다. (D) PAX7 발현 세포가 핵 GFP로 표시된 Tg:Pax7-nGFP 마우스의 세포를 8일 동안 배양한 후 GFP+ 세포(녹색) 및 근세포(MYOG로 표시, 자홍색)의 면역형광. (E) Tg:Pax7-nGFP 마우스의 세포를 7일 동안 배양한 후 GFP+ 세포(녹색) 및 근관(MyHC, 빨간색으로 표시)의 면역형광. 위성 세포와 유사한 세포는 7일 후에 배양에 나타납니다. (F) 위성 세포(PAX7), 활성화(FOSB), 증식(KI67) 또는 근육 분화(MYOD, MYOG)의 마커를 함께 발현하는 GFP+ 세포 비율의 정량화. 오차 막대는 표준 편차를 나타냅니다. 눈금: 100um. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.
골격근은 상주 줄기세포를 포함한 여러 세포 유형으로 구성되어 있으며, 각 세포 유형은 근육 항상성과 재생에 특별한 기여를 합니다. 여기에서는 근육 줄기 세포의 2D 배양과 생리학적, in vivo 및 환경적 특성의 많은 부분을 보존하는 ex vivo 환경에서의 근육 세포 틈새에 대해 설명합니다.
그림 2에서는 Servier Medical Art(https://smart.servier.com/)의 템플릿이 사용되었습니다. FR 연구소는 Association Française contre les Myopathies - AFM via TRANSLAMUSCLE (보조금 19507 및 22946), Fondation pour la Recherche Médicale - FRM (EQU202003010217, ENV202004011730, ECO201806006793), Agence Nationale pour la Recherche - ANR (ANR-21-CE13-0006-02, ANR-19-CE13-0010, ANR-10-LABX-73) 및 La Ligue Contre le Cancer (IP/SC-17130)의 지원을 받습니다. 위의 연구비 제공자는 본 연구의 설계, 수집, 분석, 해석 또는 보고나 본 원고의 작성에 어떠한 역할도 하지 않았다.
| anti-CD31 | BD | 550274 | 희석 1:100 |
| anti-FOSB | Santa Cruz | sc-7203 | 희석 1:200 |
| anti-GFP | Abcam | ab13970 | 희석 1:1000 |
| anti-Ki67 | Abcam | ab16667 | 희석 1:1000 |
| anti-MyHC | DSHB | MF20-c | 희석 1:400 |
| anti-MYOD | 활성 모티프 | 39991 | 희석 1:200 |
| anti-MYOG | Santa Cruz | sc-576 | 희석 1:150 |
| anti-Pax7 | Santa Cruz | sc-81648 | 희석 1:100 |
| anti-PDGFRα | Invitrogen | PA5-16571 | 희석 1:50 |
| b-FGF | Peprotech | 450-33 | 농도 4 ng/mL |
| 소 혈청 알부민 (BSA) – 소화에 사용 | Sigma Aldrich | A7906-1006 | 농도 0.2% |
| BSA IgG-free, protease-free – 염색에 사용됨 | Jackson ImmunoResearch | 001-000-162 | 농도 5% |
| Cell strainer 40 um | Dominique Dutscher | 352340 | |
| Cell strainer 70 um | Dominique Dutscher | 352350 | |
| Cell strainer 100 um | Dominique Dutscher | 352360 | |
| 콜라겐 분해 효소 | Roche 10103586001 | 농도 0.5 U/mL | |
| 배양 플레이트 | Sarstedt | 94.6140.802 | |
| Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Euromedex | UD8050-05-A | |
| Dispase | Roche | 4942078001 | 농도 3 U/mL |
| 해부 겸자 크기 5 | Fine Science Tools | 91150-20 | |
| 해부 집게 크기 55 | Fine Science Tools | 11295-51 | |
| 해부 가위(대, 직선) | Fine Science Tools | 9146-11 | |
| 해부 가위(소, 곡선) | 를 자르는 데 이상적Fine Science Tools | 15017-10 | |
| 해부 가위(소, 직선) | Fine Science Tools | 14084-08 | |
| Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) | ThermoFisher | 41966-029 | |
| EdU Click-iT kit | ThermoFisher | C10340 | |
| 소 태아 혈청 – 옵션 1 | Eurobio | CVF00-01 | |
| 소 혈청 – 옵션 2 | Gibco | 10270-106 | |
| Matrigel | Corning Life Sciences | 354234 | 코팅 솔루션 |
| Parafilm | Dominique Dutscher | 090261 | 플렉시블 필름 |
| 파라포름알데히드 – 옵션 1 | PanReac AppliChem ITW 시약 | 211511.1209 | 농도 4% |
| 파라포름알데이드 – 옵션 2 | ThermoFisher | 28908 | 농도 4% |
| 페니실린 스트렙토 마이신 | Gibco | 15140-122 | |
| 흔들리는 수조 | ThermoFisher | TSSWB27 | |
| TritonX100 | 시그마 Aldrich | T8532-500 ML | 농도 0.5 % |
| 야생형 마우스 | Janvier | C57BL / 6NRj |