يعيش التصوير خلية من فأر الابتدائية حديثي الولادة العضلية بعد الغدانية وLentiviral تنبيغ طريق متحد البؤر المجهري القرص الغزل
Summary
This protocol describes a method of live cell imaging using primary rat neonatal cardiomyocytes following lentiviral and adenoviral transduction using confocal spinning disk microscopy. This enables detailed observations of cellular processes in living cardiomyocytes.
Abstract
الفئران حديثي الولادة العضلية الأولية هي مفيدة في البحوث الأساسية في القلب والأوعية الدموية المختبر لأنها يمكن أن تكون معزولة بسهولة بأعداد كبيرة في إجراء واحد. بسبب التقدم في التكنولوجيا المجهر فمن السهل نسبيا لالتقاط الصور الخلية الحية لغرض التحقيق الأحداث الخلوية في الوقت الحقيقي مع الحد الأدنى من القلق بشأن الضيائية إلى الخلايا. يصف هذا البروتوكول كيفية التقاط صور timelapse الخلية الحية من الفئران حديثي الولادة العضلية الأولية باستخدام مجهر القرص الغزل مبائر التالية تنبيغ lentiviral والغدانية لتعديل خصائص الخلية. تطبيق نوعين مختلفين من الفيروسات يجعل من الاسهل لتحقيق معدل تنبيغ التعبير والمستويات المناسبة لاثنين من الجينات المختلفة. ويمكن الحصول على صور جيدة التركيز الخلية الحية باستخدام نظام ضبط تلقائي للصورة المجهر، والتي تحافظ على التركيز مستقرة لفترات زمنية طويلة. تطبيق هذا الأسلوب، وظائف مهندس خارجياويمكن تحليل البروتينات إد أعرب في الخلايا الأولية مثقف. بالإضافة إلى ذلك، فإن هذا النظام يمكن استخدامه لدراسة وظائف الجينات من خلال استخدام الرناوات siRNAs فضلا عن جهري الكيميائية.
Introduction
لطالما استخدمت الفئران حديثي الولادة العضلية الأولية للتحقيق وظيفة cardiomyocyte في المختبر 1. فهي سهلة لعزل من الفئران الوليدة عن طريق العديد من الطرق راسخة 2-4. الأسلوب الأكثر شيوعا يستخدم كولاجيناز أو التربسين لهضم النسيج الضام للقلب قبل العزلة الخلية. وقد طور الباحثون أيضا أساليب لعزل العضلية من القوارض الكبار 5-8 وكذلك الفئران حديثي الولادة 9،10.
يصف هذا البروتوكول وسيلة لعزل العضلية من الفئران الوليدة حديثي الولادة، وتوظيف إجراء انزيم الهضم من خطوتين. يستخدم التربسين أول O / N عند 4 درجات مئوية، ومن ثم كولاجيناز المنقى في 37 درجة مئوية. الحضانة من أنسجة القلب مع التربسين O / N عند 4 ° C يقلل من الخطوات اللازمة لخلايا الحصاد بالمقارنة مع الطرق باستخدام حضانات متتابعة في محلول أنزيم دافئ 2. بالإضافة إلى ذلك، باستخدام المشترك المنقىllagenase بدلا من الانزيمات الخام وتقلب الكثير إلى الكثير يمكن القضاء عليها، وبالتالي توفير تعزيز التكاثر.
الدراسات الفنية للبروتين معين غالبا ما تستخدم نظام التعبير البروتين باستخدام اتش 11-13 و / أو الفيروسة البطيئة 14-16. [تحذيري ملاحظة] ينبغي أن يتم إنتاج الفيروسية والتلاعب بها وفقا للمبادئ التوجيهية المعاهد الوطنية للصحة.
لا دمج اتش في جينوم المضيف. لديها كفاءة عالية جدا من تنبيغ في معظم أنواع الخلايا، بما في ذلك تقسيم الخلايا والخلايا غير تقسيم، وكذلك الخلايا الأولية وخطوط الخلايا المحددة. هذا يجعل اتش ناقل موثوق بها للتعبير الجينات. مستويات عالية من البروتين المشفرة بواسطة ناقلات اتش تطوير غضون 48 ساعة بعد تنبيغ، وأنها يمكن أن تستمر لعدة أسابيع 17. ومع ذلك، عيب واحد لاستخدام اتش للتعبير البروتين هو أن تطوير ادي المؤتلفnovirus على حد سواء معقدة وتستغرق وقتا طويلا. يشرح هذا العيب في جزء منه لماذا كثير من الباحثين قد تحول إلى lentiviruses عن المؤتلف التعبير الجيني. على عكس يبني الغدانية، وتوليد بناء lentiviral هو سهل وسريع. على الرغم من lentiviruses عموما أقل كفاءة من تنبيغ من الفيروسات الغدية، في كل من الانقسام وعدم تقسيم الخلايا، فإنها لا الاندماج في الجينوم المضيف. بالتالي، التعبير عن الجينات transduced أكثر استقرارا لlentiviruses من الفيروسات الغدية ل.
بسبب التقدم التكنولوجي في مجال المجهر، انه من الاسهل بكثير لالتقاط الصور الخلية الحية من الخلايا معربا عن البروتينات المؤتلف. هذا ينطبق حتى على سرعات معدل الفيديو الشراء. وهذا يسمح للمحقق لتحديد كيفية إجراء تعديلات خاصة في البروتين يؤثر في المصالح وظيفيا الخلية في الوقت الحقيقي. المجهر القرص الغزل مبائر لديها العديد من السمات الرئيسية التي تجعل من أسلوب الأمثل لليفالتصوير الخلية ه 18،19. الغزل يوكوجاوا القرص يسمح لأكثر من ذلك بكثير الحصول على الصور بسرعة، بينما في الوقت نفسه استخدام طاقة أقل بكثير من الليزر المسح الضوئي نقطة المجاهر متحد البؤر. كل من هذه الميزات الخاصة ومن المقرر أن القرص الغزل، والذي يحتوي على العديد من الثقوب متحد البؤر من خلالها الليزر يمر في وقت واحد للعينات. خلال الاستحواذ، القرص نفسه يدور بسرعة وبشكل مستمر 18-20. باستخدام نظام ضبط تلقائي للصورة من المجهر، يتم الاحتفاظ التركيز مستقرة على مدى فترات طويلة من الزمن. هذا يسمح للباحثين لاتخاذ ركز جيدا الصور الخلية الحية. لعبت الصور المكتسبة يعود إلى ملف الفيلم. ويتم تحليل هذه الصور باستخدام برامج تحليل الصور مثل يماغيج 21،22، 23 في فيجي، أو غيرها من البرمجيات المتاحة تجاريا.
Protocol
Representative Results
Discussion
لطالما استخدمت العضلية الأولية المعزولة من الفئران حديثي الولادة لدراسة وظائف cardiomyocyte في المختبر. يصف هذا البروتوكول وسيلة لعزل العضلية حديثي الولادة من الجراء الفئران باستخدام خطوتين طريقة انزيم الهضم، هضم الأول مع التربسين O / N عند 4 درجة مئوية ثم كولاجيناز ا?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We would like to thank Dr. Alengo Nyamay’antu and Dr. Ilse Timmerman for their advices about lentiviral packaging. This work is supported by an American Heart Association Scientist Development Grant 10SDG4170137.
Materials
| 1 scissors for decapitation | WPI | 501749 | Autoclave before use |
| 1 fine scissors for heart isolation and chopping | WPI | 14393 | Autoclave before use |
| 2 fine forceps (Dumont No. 5) | Sigma | F6521 | Autoclave before use |
| Three sterilized 10 cm plastic dishes | Sigma | CLS430165 | for hearts isolation |
| 3.5 cm glass bottom culture dishes | MatTek | P35G-1.5-20-C | for final plating of cardiomyocytes for future live cell imaging. micro-Dishes from ibidi are an acceptable alternative. |
| 3.5 cm glass bottom culture dishes | MatTek | P35G-0.17-14-C | for TIRF or high resolution image |
| Ethanol solution, 70 % (v/v) in water | Sigma | E7148 | |
| 2% gelatin | Sigma | G1393 | |
| One sterilized 10 cm plastic dish | Sigma | CLS430165 | for trypsinization |
| Aluminium foil | any brand | ||
| parafilm | Sigma | P7543 | |
| Two 10 cm plastic cell culture dish | Sigma | CLS430165 | for selection |
| Auto pipette | Drummond Scientific | 4-000-300 | for trituration |
| Cell counter | |||
| Cellometer, automated cell counter | nexcelom | to check and count cells | |
| Microscope and Hematocytometer | any brand | to check and count cells | |
| Trypan Blue Solution, 0.4% | invitrogen | 15250-061 | |
| CO2 incubator | Sanyo | MCO-19AIC | |
| incubating orbital shaker | Sigma | Z673129 | to shake heart tissue with collagenase at 37 C at 170-200 rpm |
| 10 mg/ml BrdU solution | BD Pharmingen | 550891 | |
| DMEM, High Glucose | invitrogen | 41965039 | Mix medium as indicated in the protocol and warm before use |
| MEM | invitrogen | 31095029 | Mix medium as indicated in the protocol and warm before use |
| Fetal Bovine Serum | invitrogen | 26140079 | |
| Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL) | invitrogen | 15140-122 | |
| Section 2 lentiviral transduction | |||
| three packaging plasmids | |||
| pMDLg/pRRE | Addgene | 12251 | |
| pRSV-Rev | Addgene | 12253 | |
| pMD2.G | Addgene | 12259 | |
| The lentiviral transfer vector, pLVX-IRES-Puro | Clontech | 632183 | |
| Opti-MEM (serum-free medium) | invitrogen | 31985070 | |
| transfection reagent | |||
| polyethyleneimine“Max”, (Mw 40,000) – High Potency Linear PEI (Equivalent to Mw 25,000 in Free Base Form) | Polysciences | 24765-2 | It can be substituted with X-tremeGENE 9 from Roche |
| X-tremeGENE 9 | Roche | 6365779001 | substitute for PEI as transfection reagent |
| chloroquine | Sigma | C6628 | dissolve in water and make 100 mM stock solution. Inhibition of endosomal acidification can be achieved with 10-100 μM Chloroquine. |
| HEPES | Sigma | H3375 | |
| 10 ml Luer-Lok syringe, sterilized | BD | 309604 | |
| 0.45 um filters | Sigma | F8677 | use only cellulose acetate or polyethersulfone (PES) (low protein binding) filters. Do not use nitrocellulose filters. Nitrocellulose binds surface proteins on the lentiviral envelope and destroys the virus. |
| Hexadimethrine bromide | Sigma | H9268 | dissolve in water and make 8mg/ml stock solution, then filter it to sterilize. |
| polyethylene glicol 6000 | Sigma | 81260 | |
| Sodium chloride | Sigma | S9888 | |
| sodium hydroxide | Sigma | S5881 | |
| Section 3 Adenoviral transduction | |||
| HEK 293T cells | ATCC | CRL-11268 | |
| Some 10 cm cell culture dishes | Sigma | CLS430165 | |
| 96-Well Microplate with lid, flat-bottom, tissue culture, sterile | BD Falcon | 353072 | for titration |
| Multichannel piptte, 10-100 ul, 8-channel | eppendorf | 3122 000.035 | |
| Section 4 live cell imaging | |||
| Spinning disk confocal microspopy | PerkinElmer | L7267000 | |
| a temperature controlled chamber | any brand | to keep temperature at 37 C | |
| a CO2 environmental system | any brand | optional to maintain CO2 concentration optimal | |
| Medium | |||
| CO2 Independent Medium, No Glutamine | invitrogen | 18045-054 | for long time time-lapse imaging |
| DMEM, High Glucose, HEPES, no Phenol Red | invitrogen | 21063-029 | for long time time-lapse imaging |
References
- Gross, W. O., Schopf-Ebner, E., Bucher, O. M. Technique for the preparation of homogeneous cultures of isolated heart muscle cells. Experimental cell research. 53, 1-10 (1968).
- Toraason, M., Luken, M. E., Breitenstein, M., Krueger, J. A., Biagini, R. E. Comparative toxicity of allylamine and acrolein in cultured myocytes and fibroblasts from neonatal rat heart. Toxicology. 56, 107-117 (1989).
- MacGregor, R. R., Klein, R. M., Bansal, D. D. Secretion of plasminogen activator activity from neonatal rat heart cells is regulated by hormones and growth factors. Annals of the New York Academy of Sciences. 752, 331-342 (1995).
- Louch, W. E., Sheehan, K. A., Wolska, B. M. Methods in cardiomyocyte isolation, culture, and gene transfer. Journal of molecular and cellular cardiology. 51, 288-298 (2011).
- Wolska, B. M., Solaro, R. J. Method for isolation of adult mouse cardiac myocytes for studies of contraction and microfluorimetry. The American journal of physiology. , 271-1250 (1996).
- Kaestner, L., et al. Isolation and genetic manipulation of adult cardiac myocytes for confocal imaging. J Vis Exp. 31 (31), (2009).
- Xu, X., Colecraft, H. M. Primary culture of adult rat heart myocytes. J Vis Exp. 28 (28), (2009).
- Pinz, I., Zhu, M., Mende, U., Ingwall, J. S. An improved isolation procedure for adult mouse cardiomyocytes. Cell biochemistry and biophysics. 61, 93-101 (2011).
- Sreejit, P., Kumar, S., Verma, R. S. An improved protocol for primary culture of cardiomyocyte from neonatal mice. In vitro cellular & developmental biology. Animal. 44, 45-50 (2008).
- Ehler, E., Moore-Morris, T., Lange, S. Isolation and Culture of Neonatal Mouse Cardiomyocytes. J Vis Exp. 79 (79), (2013).
- Kass-Eisler, A., et al. Quantitative determination of adenovirus-mediated gene delivery to rat cardiac myocytes in vitro and in vivo. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 90, 11498-11502 (1993).
- Wasala, N. B., Shin, J. H., Duan, D. The evolution of heart gene delivery vectors. The journal of gene medicine. 13, 557-565 (2011).
- Metzger, J. M. . Cardiac Cell and Gene Transfer: Principles, Protocols, and Applications. , (2003).
- Naldini, L., et al. In vivo gene delivery and stable transduction of nondividing cells by a lentiviral vector. Science. 272, 263-267 (1996).
- Zhao, J., et al. Lentiviral vectors for delivery of genes into neonatal and adult ventricular cardiac myocytes in vitro and in vivo. Basic research in cardiology. 97, 348-358 (2002).
- Bonci, D., et al. Advanced’ generation lentiviruses as efficient vectors for cardiomyocyte gene transduction in vitro and in vivo. Gene therapy. 10, 630-636 (2003).
- Murakami, M., et al. The FGF system has a key role in regulating vascular integrity. The Journal of clinical investigation. 118, 3355-3366 (2008).
- Nakano, A. Spinning-disk confocal microscopy — a cutting-edge tool for imaging of membrane traffic. Cell structure and function. 27, 349-355 (2002).
- Adams, M. C., et al. A high-speed multispectral spinning-disk confocal microscope system for fluorescent speckle microscopy of living cells. Methods (San Diego, Calif. 29, 29-41 (2003).
- Wilson, T. Spinning-disk microscopy systems. Cold Spring Harbor protocols). 2010, pdb top88, doi:10.1101/pdb.top88. , (2010).
- Collins, T. J. ImageJ for microscopy. BioTechniques. 43, 25-30 (2007).
- Schneider, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nature. 9, 671-675 (2012).
- Schindelin, J., et al. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nature. 9, 676-682 (2012).
- Wang, X., McManus, M. Lentivirus production. J Vis Exp. 32 (32), (2009).
- Li, M., Husic, N., Lin, Y., Snider, B. J. Production of lentiviral vectors for transducing cells from the central nervous system. J Vis Exp. 63 (63), 10-3791 (2012).
- Mendenhall, A., Lesnik, J., Mukherjee, C., Antes, T., Sengupta, R. Packaging HIV- or FIV-based lentivector expression constructs and transduction of VSV-G pseudotyped viral particles. J Vis Exp. 62 (62), 10-3791 (2012).
- Durocher, Y., Perret, S., Kamen, A. High-level and high-throughput recombinant protein production by transient transfection of suspension-growing human 293-EBNA1 cells. Nucleic acids research. 30, (2002).
- Erbacher, P., Roche, A. C., Monsigny, M., Midoux, P. Putative role of chloroquine in gene transfer into a human hepatoma cell line by DNA/lactosylated polylysine complexes. Experimental cell research. 225, 186-194 (1996).
- McSharry, J., Benzinger, R. Concentration and purification of vesicular stomatitis virus by polyethylene glycol ‘precipitation’. Virology. 40, 745-746 (1970).
- Wulff, N. H., Tzatzaris, M., Young, P. J. Monte Carlo simulation of the Spearman-Kaerber TCID50. Journal of clinical. 2, 10-1186 (2012).
- Kaerber, G. . Beitrag zur kollektiven Behandlung pharmakologischer Reihenversuche. In: Beitrag zur kollektiven Behandlung pharmakologischer Reihenversuche. 162. , (1931).
- Sakurai, T., Tsuchida, M., Lampe, P. D., Murakami, M. Cardiomyocyte FGF signaling is required for Cx43 phosphorylation and cardiac gap junction maintenance. Experimental cell research. 319, 2152-2165 (2013).
- Ueno, H., Gunn, M., Dell, K., Tseng, A., Williams, L. A truncated form of fibroblast growth factor receptor 1 inhibits signal transduction by multiple types of fibroblast growth factor receptor. The Journal of biological chemistry. , 267-1470 (1992).
- Li, Y., Basilico, C., Mansukhani, A. Cell transformation by fibroblast growth factors can be suppressed by truncated fibroblast growth factor receptors. Molecular and cellular biology. 14, 7660-7669 (1994).
- Murakami, M., et al. FGF-dependent regulation of VEGF receptor 2 expression in mice. The Journal of clinical investigation. 121, 2668-2678 (2011).
- Bazan, C., et al. Contractility assessment in enzymatically isolated cardiomyocytes. Biophysical reviews. , 231-2310 (2012).
- Clark, W. A., Rudnick, S. J., Simpson, D. G., LaPres, J. J., Decker, R. S. Cultured adult cardiac myocytes maintain protein synthetic capacity of intact adult hearts. The American journal of physiology. , 264-573 (1993).
