Ten manuskrypt opisuje protokół izolacji i hodowli osteoklastów in vitro ze szpiku kostnego myszy oraz badania roli ssaczo-mechanistycznego celu kompleksu rapamycyny 1 w tworzeniu osteoklastów.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Ten manuskrypt opisuje protokół izolacji i hodowli osteoklastów in vitro ze szpiku kostnego myszy oraz badania roli ssaczo-mechanistycznego celu kompleksu rapamycyny 1 w tworzeniu osteoklastów.
Osteoklasty to unikalne komórki resorpujące kości, które różnią się od linii monocytów/makrofagów szpiku kostnego. Dysfunkcja osteoklastów może prowadzić do szeregu chorób metabolicznych kości, w tym osteoporozy. Aby opracować cele farmaceutyczne w celu zapobiegania patologicznej utracie masy kostnej, należy zrozumieć mechanizmy, dzięki którym osteoklasty różnią się od prekursorów. Zdolność do izolowania i hodowli dużej liczby osteoklastów in vitro ma kluczowe znaczenie dla określenia roli określonych genów w różnicowaniu osteoklastów. Inaktywacja ssaczo-mechanistycznego celu kompleksu rapamycyny 1 (TORC1) w osteoklastach może zmniejszyć liczbę osteoklastów i zwiększyć masę kostną; Jednak mechanizmy leżące u podstaw tego zjawiska wymagają dalszych badań. W niniejszym badaniu opisano oparty na RANKL protokół izolacji i hodowli osteoklastów ze szpiku kostnego myszy oraz badania wpływu inaktywacji mTORC1 na tworzenie osteoklastów. Protokół ten skutecznie doprowadził do powstania dużej liczby gigantycznych osteoklastów, zwykle w ciągu jednego tygodnia. Delecja Raptor upośledzała tworzenie osteoklastów i zmniejszała aktywność kwasowej fosfatazy odpornej na winian wydzielnicze, co wskazuje, że mTORC1 ma kluczowe znaczenie dla tworzenia osteoklastów.
Kość jest ciągle zmieniającym się organem i jest przebudowywana przez osteoblasty i osteoklasty przez całe życie. Osteoklasty są odpowiedzialne za zmineralizowaną resorpcję macierzy, a osteoblasty syntetyzują i wydzielają nowe matryce kostne1. Równowaga między resorpcją kości a tworzeniem kości ma kluczowe znaczenie dla zdrowia kości, w tym utrzymania masy kostnej oraz reakcji na stymulację i urazy. Jeśli ta równowaga zostanie zakłócona, może dojść do szeregu chorób metabolicznych kości, w tym osteoporozy i chorób przyzębia. W tych chorobach utrata masy kostnej wynikająca z osteoklastycznej resorpcji kości przekracza zdolność kościotwórczą osteoblastów2,3. W związku z tym, aby opracować cele farmaceutyczne do leczenia chorób układu kostnego, takich jak osteoporoza, kluczowe znaczenie ma zrozumienie powstawania i biologii osteoklastów4.
Osteoklasty to unikalne gigantyczne wielojądrowe komórki znajdujące się na powierzchni kości lub w jej pobliżu, należące do rodziny monocytów/makrofagów1. Ibbotson, K. J. i wsp. opisano metodę generowania komórek podobnych do osteoklastów in vitro z pożywką zawierającą 1,25-dihydroksy-witaminę D35. Identyfikacja czynnika stymulującego tworzenie kolonii makrofagów (M-CSF) i aktywatora receptora dla liganda czynnika jądrowego κ B (RANKL) jako podstawowych czynników tworzenia osteoklastów znacznie zwiększyła skuteczność osteoklastogenezy in vitro1,6,7. Możliwość hodowli osteoklastów in vitro poszerzyła naszą wiedzę na temat wytwarzania i regulacji osteoklastów.
Ssakowy/mechanistyczny cel rapamycyny (mTOR) funkcjonuje w dwóch strukturalnie i funkcjonalnie odrębnych kompleksach, a mianowicie mTORC1 i mTORC28,9. Te dwa kompleksy wielobiałkowe różnią się od siebie różnymi składnikami i substratami końcowymi. mTORC1 zawiera unikalne białko mTOR (Raptor) związane z regulatorem, podczas gdy mTORC2 zawiera niewrażliwego na rapamycynę towarzysza mTOR (Rictor)9. mTORC1 może integrować i przesyłać ważne sygnały w celu regulacji wzrostu, proliferacji i różnicowania komórek. Niedawno wykazaliśmy, że mTORC1 odgrywa kluczową rolę w sieci katabolicznej resorpcji kości poprzez delecję Raptor w celu inaktywacji mTORC1 w osteoklastach10. Mechanizmy leżące u podstaw tego zjawiska wymagają jednak dalszych badań. W niniejszym badaniu zastosowano metodę osteoklastogenną opartą na RANKL do generowania osteoklastów z makrofagów pochodzących ze szpiku kostnego (BMM) myszy typu dzikiego (WT) i RapCtsk oraz do zbadania wpływu inaktywacji mTORC1 na tworzenie osteoklastów.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury związane ze zwierzętami zostały przeprowadzone zgodnie z protokołem zatwierdzonym przez Stanford Administrative Panel on Laboratory Animal Care (APLAC) i zostały zatwierdzone przez Komitet ds. Opieki nad Zwierzętami i Użytkowania Shanghai Institute of Biochemistry and Cell Biology.
1. Przygotowanie
2. Sekcja (Dzień -1)
3. Izolacja (Dzień -1)
4. Poszycie (Dzień 0)
5. Zróżnicowanie (dni 3-7)
6. Barwienie kwaśną fosfatazą odporną na winian (TRAP)
UWAGA: Dojrzałe osteoklasty mogą być obecne po 6-7 dniach hodowli in vitro (krok 4).
7. Kwantyfikacja aktywności TRAP pożywki hodowlanej
8. Western Blotting (zachodnia plama)
UWAGA: Po 6-7 dniach hodowli in vitro na płytce 24-dołkowej, dojrzałe osteoklasty powinny być widoczne.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Stosując niniejszy protokół, w 6. dniu zaobserwowano dużą liczbę olbrzymich osteoklastów; jeśli olbrzymie osteoklasty nie są widoczne, może być wymagany jeden dodatkowy dzień różnicowania osteoklastów (Rycina 1). Pomyślną formację osteoklastów potwierdzono za pomocą barwienia TRAP (Rycina 2A). Osteoklasty stanowiły olbrzymie komórki o kolorze winnej czerwieni/fioletu z więcej niż 3 jądrami. W każdej studni płytki 96-dołkowej z BM...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Test osteoklastogenny jest najczęściej stosowaną metodą izolowania i hodowli osteoklastów in vitro 12,13. Podczas gdy opisano kilka indukcji osteoklastów opartych na RANKL 13,14,15, w niniejszym badaniu opisano protokół z pewnymi modyfikacjami opartymi na poprzednich metodach.
W poprzednim badaniu BMM były posiewane natychmiast po izo...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszyscy autorzy oświadczają, że nie mają konfliktu interesów.
Autorzy dziękują Dr. Minghan Tong i S. Kato za uprzejme dostarczenie odczynników i myszy. Dziękujemy członkom laboratorium Zou za przydatne dyskusje. Praca ta była częściowo wspierana przez granty z programu 973 z chińskiego Ministerstwa Nauki i Technologii (MOST) [2014CB964704 i 2015CB964503], Programu Badań Klinicznych 9th People's Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine. Dziękujemy za pomoc Core Facility for Cell Biology i Core Facility for Chemical Biology, CAS Center for Excellence in Molecular Cell Science, Shanghai Institute of Biochemistry and Cell Biology, Chinese Academy of Sciences.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Myszy Raptorfl/fl | Myszy | ||
| Ctsk-cre | od S. Kato, Uniwersytet Tokijski, Tokio, Japonia | ||
| Gibico | 15140122 | ||
| Płodowa surowica cielęca | BioInd | 04-001-1A | |
| Rekombinowane mysie białko M-CSF | R& D | Q3U4F9 | |
| Rekombinowane mysie białko RANKL | R& D | Q3TWY5 | |
| Bufor do lizy RBC | Beyotime | C3702 | |
| Błękit trypanowy | Sigma-Aldrich | 302643 | |
| Aceton | Shanghai Chemical Co., Ltd. | ||
| Roztwór cytrynianu | Sigma-Aldrich | 915 | |
| Roztwór formaldehydu | Shanghai Chemical Co., Ltd. | ||
| Zestaw fosfatazy kwasowej, leukocytów (TRAP) | Sigma-Aldrich | 387A-1KT | |
| Szybki granat GBC Roztwór podstawowy | Sigma-Aldrich | 3872 | |
| Roztwór azotynu sodu | Sigma-Aldrich | 914 | |
| Naftol AS-BI Roztwór fosforanu | Sigma-Aldrich | 3871 | |
| Roztwór octanu | Sigma-Aldrich | 3863 | |
| Roztwór winianu | Sigma-Aldrich | 3873 | |
| Sól fizjologiczna buforowana fosforanami Dulbecco | Corning | 21-031-CVR | |
| Kwas L-winowy | Sigma-Aldrich | 251380 | |
| Winian sodu dwuzasadowy odwodnienie | Sigma-Aldrich | s4797 | |
| Glycine | Shanghai Chemical Co., Ltd. | ||
| MgCl2 | Shanghai Chemical Co. Ltd. | ||
| ZnCl2 | Shanghai Chemical Co. Ltd. | ||
| NaOH | Shanghai Chemical Co., Ltd. | ||
| Substrat fosfatazy | Sigma-Aldrich | P4744 | |
| anti-Raptor | Cell Signaling Technology | 2280 | |
| białko anty-P-rybosomalne S6 (S235/236) | Technologia sygnalizacji komórkowej | 2317 | |
| białko antyrybosomalne S6 | Technologia sygnalizacji komórkowej | 2211 | |
| anty-β-aktyna | Santa Cruz Biotechnologia | sc-130300 | |
| 37% formaldehyd | Xilong naukowa | ||
| membrana z polifluorku winylidenu (PVDF) | Bio-Rad | ||
| Western Chemiluminescent Substrate HRP (ECL) | Millipore | 00000367MSDS | |
| IX71 | Olympus | ||
| Envision | Perkin Elmer | ||
| 0,45 mm Strzykawka | |||
| nożycowa | |||
| Kleszczyk |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.