В этом протоколе представлена подробная методологическая основа для основанного на электропорации трансгенеза сердечных клеток в развивающихся сердцах мышей. Представленные здесь видеоматериалы облегчат изучение этой универсальной техники.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
В этом протоколе представлена подробная методологическая основа для основанного на электропорации трансгенеза сердечных клеток в развивающихся сердцах мышей. Представленные здесь видеоматериалы облегчат изучение этой универсальной техники.
Сердце млекопитающих — сложный орган, формирующийся в процессе развития с помощью очень разнообразных популяций клеток-предшественников. Происхождение, сроки пополнения и судьба этих прародителей имеют жизненно важное значение для правильного развития этого органа. Молекулярные механизмы, которые управляют морфогенезом сердца, имеют важное значение для понимания патогенеза врожденных пороков сердца и эмбриональной регенерации сердца. Классические подходы к исследованию этих механизмов использовали создание трансгенных мышей для оценки функции конкретных генов во время развития сердца. Тем не менее, трансгенез у мышей является сложным, трудоемким процессом, который часто не может быть выполнен для оценки роли конкретных генов в развитии сердца. Чтобы решить эту проблему, мы разработали протокол эффективной электропорации и культивирования эмбриональных сердец мышей, что позволяет с помощью транзиторного трансгенеза быстро оценить влияние усиления или потери функции генов, участвующих в развитии сердца. Используя эту методологию, мы успешно сверхэкспрессировали Meis1 в эмбриональном сердце, отдавая предпочтение трансфекции эпикардиальных клеток, демонстрируя возможности метода.
Сердце – это первый орган, который формируется во время эмбрионального развития. Этот процесс включает в себя пространственно-временную координацию различных популяций клеток-предшественников из различных областей эмбриона. Все это происходит в то время, когда развивающееся сердце продолжает биться и функционировать, подчеркивая замечательную координацию, необходимую для его формирования 1,2,3. Учитывая решающую роль сердца, строгая регуляция на клеточном и молекулярном уровнях имеет важное значение для его правильного формирования 4,5. Выявление механизмов, контролирующих развитие сердца, представляет большой интерес, поскольку они имеют решающее значение для раскрытия врожденных пороков сердца, которые поражают значительное числопациентов во всем мире. Кроме того, понимание развития сердца имеет решающее значение для расшифровки регенерации сердца, поскольку послеродовое сердце млекопитающих сохраняет регенеративную способность, которая теряется или затрудняется во взрослом возрасте. Следовательно, препарирование молекулярных регуляторов развития сердца является обязательным условием для продвижения исследований врожденных пороков сердца и регенерации сердца.
В стремлении к достижению этой цели все большее внимание уделяется исследованию роли эпикарда в развитии и регенерации сердца9. Эпикард представляет собой тонкий слой мезотелиальной ткани, который составляет самый внешний слой сердца млекопитающих (Рисунок 1). Недавние исследования показали важность эпикарда при повреждении сердца, показав, что эта ткань способна посылать сигналы пролиферации кардиомиоцитам в пораженной области, чтобы смягчить повреждение10,11. Несмотря на важность эпикарда, проведение дальнейших молекулярных исследований было затруднено из-за его огромной гетерогенности. Эксперименты с РНК одиночных клеток выявили гетерогенность эпикарда, содержащего несколько клеточных субпопуляций с различными транскриптомными сигнатурами 12,13,14,15,16. Таким образом, стратегия скрининга потенциальных регуляторов сердечного развития должна учитывать разнообразие эпикардиальных клеток-предшественников.
В этом смысле способность мышиной модели к генетической модификации способствовала идентификации многочисленных генов, имеющих решающее значение для развития сердца, что позволило создать мутантные линии с усилением функции (GOF) или потерей функции (LOF) определенных генов. Однако такие подходы предполагают значительные вложения времени и экспериментальных ресурсов; Поэтому они непрактичны при оценке роли большого числа генов-кандидатов. Кроме того, гены развития часто проявляют плейотропные функции в различных тканях или необходимы для раннего эмбрионального развития, что затрудняет интерпретацию их вклада в развитие в конкретном процессе. Несмотря на то, что можно нацелить функцию гена на определенные структуры или временные точки развития, это обычно требует использования более сложных генетических конструкций, которые может быть трудно создать или которые вообще недоступны.
Чтобы преодолеть эти ограничения, мы представляем методологию электропорации эмбриональных сердец мышей для транзиторного трансгенеза (рис. 2). В сочетании с культурой ex vivo и флуоресцентно-активируемой сортировкой клеток (FACS) эта стратегия демонстрирует свои возможности через транзиторный GOF Meis1, хорошо охарактеризованный ген, участвующий в развитии и регенерации сердца 17,18,19. В данной статье также исследуются другие потенциальные применения этой методологии, а также обсуждаются ее преимущества и ограничения, а также сравнение с существующими протоколами для транзиторной модуляции экспрессии генов. Мы считаем, что представленная структура и наглядные примеры улучшат понимание биологии эпикарда во время развития и болезни.

Рисунок 1: Эмбриональные слои сердца мыши. Принципиальная схема коронального изображения эмбрионального сердца мыши E13-14. Три основных клеточных слоя сердца представлены желтым (эндокард), красным (миокард) и синим (эпикардом) цветом. Перикард представлен коричневой линией. Четыре камеры сердца сокращенно обозначаются как ЛЖ – левый желудочек; ПЖ, правый желудочек; Лос-Анджелес, левое предсердие; РА, правое предсердие. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Схематический обзор протокола электропорации сердца. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Все процедуры на животных были одобрены Комитетом по этике экспериментов на животных CNIC и соответствуют действующему законодательству, включая Директиву ЕС 2010/63EU и Рекомендацию 2007/526/EC, как это предусмотрено испанским законодательством в соответствии с Real Decreto 53/2013. Для этого протокола использовались самки мышей дикого типа CD-1 в возрасте 15-21 недели. Подробная информация об используемых животных, реагентах и оборудовании приведена в Таблице материалов.
1. Плазмида и подготовка инструмента
2. Вскрытие эмбрионов и экстракция сердца
3. Электропорация сердца и культивирование ex vivo

Рисунок 3: Установка электропорации. (А) Установка, используемая для электропорации. Красными стрелками обозначены электропоратор, электроды и чашка Петри, в которую электропорируются сердца. (А') Деталь иглы электропорации, как показано на рисунке (A) белым прямоугольником. (B) Подробная информация о скорректированном расстоянии до электродов, используемых в сердцах E12.5. (В) Схематическое изображение электропорации. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
4. Сортировка клеток и иммуногистохимический анализ
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Чтобы продемонстрировать эффективность этого метода при проведении экспериментов по усилению функции (GOF) для соответствующих регуляторов развития сердца, была проведена электропорация с гиперэкспрессией транскрипционного фактора Meis1. Для этого из эмбрионов E9.5 была выделена РНК, а для получения комплементарной ДНК (кДНК) была проведена обратная транскрипция. Используя кДНК в качестве матрицы, кодирующую последовательность Meis1 клонировали (Дополнительная таблица 1) в экспрессирующу...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В целом, описанная здесь методология предлагает надежную основу для экспрессии трансгенных конструкций в развивающемся эпикарде (рисунок 4B), как показано на примере сверхэкспрессии Meis1 (рисунок 4C). При наличии соответствующих конструкций этот протокол может быть использован для временной оценки влияния либо усиления функции (GOF), либо потери функции (LOF) конкретного гена. LOF может быть реализован в методике путем трансфекции плазмиды, нацеленной на ген-ка...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
У авторов нет конфликта интересов, который можно было бы раскрыть.
Это исследование было поддержано грантом RTI2018-097617-J-I00 от испанского Ministerio de Ciencia e Innovación и Acción 9 от Universidad de Jaén до O.H.O. Grant PGC2018-096486-B-I00 от испанского Ministerio de Ciencia e Innovación и грантом H2020-MSCA-ITN-2016-722427 от программы EU Horizon 2020 для M.T. JMG был поддержан стипендией PhD от Министерства науки Испании и Fundación Severo Ochoa (PRE2022-101884). Как CNIC, так и CBMSO поддерживаются Министерством науки Испании, а CNIC поддерживается Фондом ProCNIC.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| #55 Щипцы | Dumont | 11295-51 | |
| 12-луночный прозрачный планшет для культивирования клеток с плоским дном | BD Falcon | 353043 | |
| тиски 35 мм | Grandado | Артикул 8798771617573 | |
| 40 µ m Клеточный фильтр | Fischer Scientific | 08-771-1 | |
| 50 мл пробирки | BD Falcon | 352070 | |
| 70 &; m Клеточный фильтр | Corning | CLS431751 | |
| Анти-GFP поликлональное антитело | Invitrogen | A10262 | Использовано 1:1000 разведение |
| Anti-Myosin 4 (MF20) Моноклональное антитело | Invitrogen | 14-6503-82 | 1:500 разведение использовано |
| CD1 Wild Type мыши | Предоставлено Animalary Unit (CNIC) | ||
| Расщепленная каспаза-3 (Asp175) Антитела | Клеточная сигнализация Технологии | 9661 | 1:400 используемое разведение |
| DAPI | Cell Signalling Technologies | 4083 | 1:1000 разведение используемое |
| Диспаза/коллагеназа | Рош | 10269638001 | |
| дистиллированная вода | |||
| DMEM - Dulbecco's Modified Eagle Medium | Gibco | 10313021 | |
| фетальная сыворотка крупного рогатого скота | Invitrogen | 10438-026 | |
| CO2-инкубатор Heracell 150i | Thermo Scientific | 51032720 | |
| Leica Стереоскопический микроскоп S8AP0 | Leica | 11524102 | |
| Liberase | Roche | 5401119001 | |
| Пуллер для микропипеток Модель P-97 | Sutter Instrument | SU-P-97 | |
| pCAG экспрессия плазмиды | Addgene | #89689 | |
| Пенициллин-стрептомицин | Invitrogen | 15070-063 | |
| Чашки Петри 35 × 10 мм | BD Falcon | 351008 | |
| чашки Петри 60 × 15 мм | BD Falcon | 353002 | |
| фенол Red | Merck | P3532 | |
| Наконечники | Повторно использовано со старого лабораторного оборудования | ||
| Эмбрион сывороточной культуры крысы, самцы крыс SPRAGUE DAWLEY RjHan SD | Janvier Labs | 9979 | |
| Рекомбинантный антивильмовский опухолевый белок 1 (WT1) антитело | Abcam | ab89901 | 1:300 разведение используется |
| Квадратный волновой электропоратор CUY21SC | Nepa Gene | CUY664-10X15 | |
| Sterile PBS | Предоставлен и автоклавирован техническим блоком | ||
| Sucrose | Millipore | 84100 | |
| Пинцетные электроды с переменным зазором | Nepa Gene | CUY650P5 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.