Ten protokół przedstawia szczegółowe ramy metodologiczne dla opartej na elektroporacji transgenezy komórek serca w rozwijających się sercach myszy. Udostępnione tutaj materiały wideo ułatwią naukę tej wszechstronnej techniki.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół przedstawia szczegółowe ramy metodologiczne dla opartej na elektroporacji transgenezy komórek serca w rozwijających się sercach myszy. Udostępnione tutaj materiały wideo ułatwią naukę tej wszechstronnej techniki.
Serce ssaków jest złożonym organem powstałym podczas rozwoju przez bardzo zróżnicowane populacje komórek progenitorowych. Pochodzenie, czas rekrutacji, oraz losy tych przodków są istotne dla prawidłowego rozwoju tego organu. Mechanizmy molekularne, które rządzą morfogenezą serca, są niezbędne do zrozumienia patogenezy wrodzonych chorób serca i regeneracji serca w zarodku. Klasyczne podejścia do badania tych mechanizmów wykorzystywały pokolenie transgenicznych myszy do oceny funkcji określonych genów podczas rozwoju serca. Jednak transgeneza myszy jest złożonym, czasochłonnym procesem, którego często nie można przeprowadzić w celu oceny roli określonych genów podczas rozwoju serca. Aby rozwiązać ten problem, opracowaliśmy protokół wydajnej elektroporacji i hodowli embrionalnych serc myszy, umożliwiając transgenezę przejściową w celu szybkiej oceny wpływu wzmocnienia lub utraty funkcji genów zaangażowanych w rozwój serca. Korzystając z tej metodologii, udało nam się nadeksprymować Meis1 w sercu embrionalnym, z preferencją dla transfekcji komórek nasierdzia, demonstrując możliwości tej techniki.
Serce jest pierwszym organem powstającym podczas rozwoju embrionalnego. Proces ten obejmuje czasowo-przestrzenną koordynację różnych populacji komórek progenitorowych pochodzących z odrębnych obszarów embrionu. Wszystko to dzieje się w czasie, gdy rozwijające się serce nieustannie bije i funkcjonuje, co podkreśla niezwykły poziom koordynacji wymagany do jego sformowania1,2,3. Biorąc pod uwagę kluczową rolę serca, ścisła regulacja na poziomach komórkowym i molekularnym jest niezbędna dla jego prawidłowego rozwoju4,5. Identyfikacja mechanizmów kontrolujących rozwój serca budzi duże zainteresowanie, ponieważ są one kluczowe dla zrozumienia wrodzonych wad serca, które dotykają znaczną liczbę pacjentów na całym świecie6. Ponadto zrozumienie rozwoju serca jest kluczowe dla wyjaśnienia regeneracji serca, ponieważ ponatalne serca ssaków zachowują zdolność regeneracyjną, która zostaje utracona lub ograniczona w wieku dorosłym7,8. W konsekwencji analiza molekularnych regulatorów rozwoju serca jest niezbędna dla postępów w badaniach nad wrodzonymi wadami serca oraz regeneracją mięśnia sercowego.
W dążeniu do osiągnięcia tego celu coraz większą uwagę poświęca się badaniu roli epikardium w rozwoju i regeneracji serca9. Epikardium jest cienką warstwą tkanki mezohelialnej, która stanowi zewnętrzną warstwę serca ssaków (Rysunek 1). Niedawne badania wykazały znaczenie epikardium podczas uszkodzeń serca, ujawniając, że tkanka ta jest zdolna wysyłać sygnały proliferacyjne do kardiomiocytów w obszarze objętym uszkodzeniem, aby złagodzić skutki urazu10,11. Mimo istotnej roli epikardium, prowadzenie dalszych badań molekularnych jest utrudnione ze względu na jego ogromną heterogenność. Eksperymenty z sekwencjonowania RNA pojedynczych komórek (single-cell RNAseq) ujawniły heterogenność epikardium, w którym znajdują się liczne subpopulacje komórek o odmiennych sygnaturach transkrypcyjnych12,13,14,15,16. Zatem strategia przesiewania potencjalnych regulatorów rozwoju serca powinna uwzględniać różnorodność epikardialnych komórek progenitorowych.
W tym sensie podatność modelu mysiego na modyfikacje genetyczne ułatwiła identyfikację licznych genów kluczowych dla rozwoju serca, umożliwiając tworzenie linii mutantów z funkcją wzmocnioną (gain-of-function, GOF) lub utratą funkcji (loss-of-function, LOF) specyficznych genów. Jednak podejścia te wiążą się ze znacznym nakładem czasu i zasobów eksperymentalnych; w związku z czym są one niepraktyczne przy ocenie roli dużej liczby genów kandydackich. Ponadto geny rozwojowe często pełnią funkcje plejotropowe w różnych tkankach lub są niezbędne do wczesnego rozwoju embrionalnego, co utrudnia interpretację ich udziału w rozwoju konkretnego procesu. Choć możliwe jest ukierunkowanie funkcji genu na specyficzne struktury lub punkty czasowe rozwoju, zazwyczaj wymaga to zastosowania bardziej złożonych konstrukcji genetycznych, które mogą być trudne do wytworzenia lub są ogólnie niedostępne.
Aby przezwyciężyć te ograniczenia, przedstawiamy metodologię elektroporacji embrionalnych serc myszy w celu przejściowej transgenezy (Rycyna 2). W połączeniu z hodowlą ex vivo oraz sortowaniem komórek aktywowanym fluorescencją (FACS), strategia ta demonstruje swoje możliwości poprzez przejściową funkcję wzmocnienia (GOF) Meis1, dobrze scharakteryzowanego genu zaangażowanego w rozwój i regenerację serca17,18,19. W niniejszym artykule zbadano również inne potencjalne zastosowania tej metodologii, a także omówiono jej zalety i ograniczenia oraz porównano ją z istniejącymi protokołami przejściowej modulacji ekspresji genów. Wierzymy, że zaprezentowane ramy i przykłady wizualne pozwolą na lepsze zrozumienie biologii epicardium podczas rozwoju i w przebiegu chorób.

Rysunek 1: Warstwy zarodkowego serca myszy. Schematyczny rysunek widoku czołowego zarodkowego serca myszy w dniach E13-14. Trzy główne warstwy komórkowe serca przedstawiono kolorami: żółtym (endokardium), czerwonym (miokardium) i niebieskim (epikardium). Osierdzie zaznaczono brązową linią. Cztery komory serca oznaczono skrótami: LV – lewa komora; RV – prawa komora; LA – lewy przedsionek; RA – prawy przedsionek. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Schematyczny przegląd protokołu elektroporacji serca. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury z udziałem zwierząt zostały zatwierdzone przez Komisję Etyki Doświadczeń na Zwierzętach CNIC i były zgodne z aktualnym ustawodawstwem, w tym z dyrektywą UE 2010/63EU oraz rekomendacją 2007/526/EC, wdrażanymi przez prawo hiszpańskie na mocy Real Decreto 53/2013. W niniejszym protokole wykorzystano samice myszy CD-1 typu dzikiego w wieku od 15 do 21 tygodni. Szczegóły dotyczące zwierząt, odczynników i sprzętu znajdują się w Tabeli materiałów.
1. Przygotowanie plazmidu i narzędzi
2. Disekcja zarodka i wyizolowanie serca
3. Elektroporacja serca i hodowla ex vivo

Rysunek 3: Układ do elektroporacji. (A) Układ zastosowany do elektroporacji. Czerwone strzałki wskazują elektroporator, elektrody oraz szalkę Petriego, w której przeprowadzono elektroporację serc. (A') Powiększony szczegół igły do elektroporacji, zaznaczonej na obrazie (A) białym prostokątem. (B) Szczegół dostosowanej odległości elektrod zastosowanych w przypadku serc w stadium E12.5. (C) Schematyczne przedstawienie procesu elektroporacji. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
4. Sortowanie komórek i analiza immunohistochemiczna
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Aby zademonstrować skuteczność tej techniki w przeprowadzaniu eksperymentów typu gain-of-function (GOF) dla istotnych regulatorów rozwoju serca, przeprowadzono elektroporację konstruktu nadekspresującego czynnik transkrypcyjny Meis1. W tym celu wyekstrahowano RNA z embrionów w stadium E9.5, a następnie przeprowadzono odwrotną transkrypcję w celu otrzymania komplementarnego DNA (cDNA). Wykorzystując cDNA jako matrycę, sekwencję kodującą Meis1 sklonowano (Tabela uzupełniająca 1) do plazmid...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ogólnie rzecz biorąc, opisana tutaj metodologia oferuje solidne ramy do ekspresji konstruktów transgenicznych w rozwijającym się nasierdziu (Figura 4B), jak wykazano w przypadku nadekspresji Meis1 (Figura 4C). Dzięki odpowiednim konstruktom, protokół ten może być używany do przejściowej oceny wpływu wzmocnienia funkcji (GOF) lub utraty funkcji (LOF) określonego genu. LOF można zaimplementować do techniki poprzez transfekcję plazmidu ukierunkowanego na gen kandyd...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.
To badanie było wspierane przez grant RTI2018-097617-J-I00 z hiszpańskiego Ministerio de Ciencia e Innovación i Acción 9 z Universidad de Jaén do O.H.O. Grant PGC2018-096486-B-I00 z hiszpańskiego Ministerio de Ciencia e Innovación oraz grant H2020-MSCA-ITN-2016-722427 z programu UE Horyzont 2020 dla M.T. JMG było wspierane przez stypendium doktoranckie z hiszpańskiego Ministerstwa Nauki i Fundación Severo Ochoa (PRE2022-101884). Zarówno CNIC, jak i CBMSO są wspierane przez hiszpańskie Ministerstwo Nauki, a CNIC jest wspierane przez Fundację ProCNIC.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| #55 Kleszcze | Dumont | 11295-51 | |
| 12-dołkowa, przezroczysta, wielodołkowa płytka do hodowli komórkowych z płaskim dnem | Stół imadła BD Falcon | 353043 | |
| 35 mm | Grandado | 8798771617573 | |
| 40 & mikro; m Sitko do komórek | Fischer Scientific | 08-771-1 | |
| Probówki 50 ml | BD Falcon | 352070 | |
| 70 µ m Sitko komórkowe | Corning | CLS431751 | |
| Przeciwciało poliklonowe anty-GFP | Invitrogen | A10262 | 1:1000 zastosowane |
| przeciwciało monoklonalne anty-miozyny 4 (MF20) | Invitrogen | 14-6503-82 | 1:500 rozcieńczenie |
| CD1 Wild Dostarczane | przez Animalary Unit (CNIC) | ||
| Rozszczepiona kaspaza-3 (Asp175) Sygnalizacja | komórkowa przeciwciała Technologie | 9661 | Zastosowano rozcieńczenie 1:400 |
| DAPI | Technologie sygnalizacji komórkowej | 4083 | Zastosowano rozcieńczenie 1:1000 |
| Dypaza/kolagenaza | Roche | 10269638001 | |
| Woda | |||
| DMEM - Dulbecco's Modified Eagle Medium | Gibco | 10313021 | |
| Płodowa surowica bydlęca | Invitrogen | 10438-026 | |
| Inkubator CO2 Heracell 150i | Termo Scientific | 51032720 | |
| Mikroskop stereoskopowy Leica S8AP0 | Leica | 11524102 | |
| Liberase | Roche | 5401119001 | |
| model P-97 | Instrument Sutter | SU-P-97 | |
| Plazmid ekspresji pCAG | Addgene | #89689 | |
| Penicylina-streptomycyna | Invitrogen | 15070-063 | |
| Szalki Petriego 35 & razy; 10 mm | BD Falcon | 351008 | |
| szalki Petriego 60 & razy; 15 mm | BD Falcon | 353002 | |
| Phenol Red | Merck | P3532 | |
| Końcówki | Ponownie wykorzystane ze starego sprzętu laboratoryjnego | ||
| Hodowla surowicy szczurzej zarodek, samce szczurów SPRAGUE DAWLEY RjHan SD | Janvier Labs | 9979 | |
| Rekombinowane przeciwciało anty-Wilms Tumor Protein 1 (WT1) | Abcam | ab89901 | 1:300 Rozcieńczenie |
| Elektroporator o fali kwadratowej CUY21SC | Nepa Gene | CUY664-10X15 | |
| Sterylny PBS | Dostarczony i autoklawowany przez jednostkę techniczną | ||
| Sacharoza | Millipore | 84100 | |
| Pęseta elektrody ze zmiennym odstępem | Nepa Gene | CUY650P5 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.