Canlı Görüntüleme Olgun Myofibers İn Vitro Farklılaşma içinde

Developmental Biology
 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Pimentel, M. R., Falcone, S., Cadot, B., Gomes, E. R. In Vitro Differentiation of Mature Myofibers for Live Imaging. J. Vis. Exp. (119), e55141, doi:10.3791/55141 (2017).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

İskelet kas myofibers, büyük memeli vücudundaki hücrelerin ve çok az sinsitya birine oluşmaktadır. Nasıl oluşturan karmaşık ve evrimsel olarak korunmuş yapılar monte edilir soruşturma altında kalır. Onların büyüklüğü ve fizyolojik özellikleri genellikle manipülasyon ve görüntüleme uygulamaları kısıtlamaktadır. ölümsüzleştirilmiş hücre soylarının kültür yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak tek fark, erken aşamaları çoğaltabilir.

Burada, birincil fare miyoblastların kaynaklanan myofibers kolay genetik manipülasyon sağlayan bir protokol açıklar. farklılaşma, bir hafta sonra, myofibers kontraktilite hizalanır sarkomer ve üçlüleri, hem de periferal çekirdek gösterir. Tüm farklılaşma süreci canlı görüntüleme veya immünofloresan ile takip edilebilir. Bu sistem, mevcut ex vivo ve in vitro protokollerinde avantajlarını birleştirir. kolay ve etkin bir transfeksiyon olasılığı olaraktüm farklılaşma aşamaları erişim kolaylığı potansiyel uygulamalarını genişletmektedir. Myofibers sonra, ilgili gelişimsel ve hücre biyolojisi soruları için değil, aynı zamanda klinik uygulamalar için kas hastalığı fenotipleri çoğaltmak değil sadece kullanılabilir.

Introduction

İskelet kası, insan vücut ağırlığının 1% 40'a kadar oluşturur. Kas-ilişkili bozukluklar muazzam bir sağlık ve ekonomik yük 2 temsil etmektedir. Bu son derece karmaşık ve organize doku kurdu muhafaza ve yeniden nasıl bir kapsamlı ve köklü bir araştırma alanını oluşturur. 6 - Belirli bir bilimsel ilgi bağlı olarak, en uygun yaklaşım in vivo modellerde 3 basitten komplekse mihotüp kültürlerden uzanabilir.

Bu protokolün amacı canlı görüntüleme ve immünofloresans vasıtasıyla Miyogenesis izlenmesi için izin veren, bir in vitro sistem sağlamaktır. Geleneksel yöntemlere göre, bu sistem fare myojenik sürecine bir çok tam ve dinamik bir bakış sunuyor. Hücreler enine gizli suç şebekesi ve periferik çekirdekleri 7 görüntüleme olgun, çok çekirdekli myofiber için myoblast aşamasından takip edilebilir. Bu olgunlaşma düzeyi canKarmaşık uyarıcı veya mekanik aparatlar için gerek kalmadan normal hücre kültürü ekipman kullanılarak elde edilebilir. In vitro sistemlerde bazı başarılı 8,9 bildirilmiş olmasına rağmen, bildiğimiz kadarıyla, bu çapraz sarkoplazmik retikulum (SR) ile eşleştirilmiş T-tübüller olgun fare myofibers üreten tek protokoldür. Böylece, bu in vitro sistem hala zayıf 10 anlaşılamamıştır üçlü oluşumu moleküler mekanizmaları, incelemek için kullanılabilir.

Bu sistemi kullanarak bir başka avantajı, bu tür antikorlar, ilaçlar, ve RNAi araçları olarak doğrulanmış fare hedefli kaynaklar mevcudiyetidir. Nispeten basit bir protokoldür zahmetli adımlar, çok yetenekli manipülasyon, ya da pahalı ve özel ekipman gerektirmez. Olgun myofibers kalsiyum kıvılcım (yayınlanmamış veri) ile birleştiğinde kasılma göstererek, kültür farklılaşması 7 5 d sonra görünmeye başlayacak. Bir hafta içinde, farklı gelişimmemeli vücudundaki en karmaşık hücreler birinin ark aşamaları, in vitro bir dizi analiz ile kombinasyon halinde incelenebilir.

Protocol

NOT: Yaklaşık iki adet 35 mm yemekleri ya da iki canlı görüntüleme yemekleri, yani planı Mattings, diseksiyon ve buna göre kaplama (adım 2.6) için bir fare verimleri yeterli miyoblastlar. 10 hayvandan - miyoblastlar sıralı santrifüj ve preplating yoluyla izole olduğundan, protokol 5 gruplar halinde yapılmalıdır.

Hayvan denekleri Tüm işlemler Instituto de Medicina Moleküler ve Üniversite Pierre et Marie Curie de Hayvan Etik Komitesi tarafından onaylandı

Yenidoğan Fareler Hind-bacak kasları 1. Diseksiyon

  1. Peşin (Malzeme Tablosu) tüm çözümleri hazırlayın ve filtrasyon (0.22 mikron filtre) sterilize edilir. Tüm ortam bazal membran matrisi (ör Matrigel) ihtiva eden formülasyonlar hariç hücrelere ilave edilmeden önce 37 ° C 'de olduğundan emin olun.
  2. , Kavisli makas, düz makas, düzenli forseps: diseksiyon malzemesi (biri her sterilizeve ince uçlu forseps) ve% 70 etanol ile silerek tezgah.
  3. kas toplama Dulbecco'nun fosfat tamponlu tuzlu (DPBS) 5 ml ile 100 mm Petri kabı hazırlayın ve kıyma aşamasına kadar buz üzerinde tutmak.
  4. düz makas ile P8 fareler ve% 70 etanol ile cilt sterilize - P6 başını kesmek.
  5. arka deride bir kesi yapmak ve tamamen arka ekstremite kas açığa çıkarılana kadar arka bacaklarda doğru yavaşça çekin.
  6. kasları zarar vermeden yağ dokusu çıkarmak için forseps kullanın.
  7. dorsal arka ekstremite kasları kaldırmak için, gergin ekstremite tutmak ve topuk tendon ortaya çıkarmak için pençe bükün. hafifçe kayar ve yukarı keserek, tendon başlayarak, kemik ayrı kas kavisli makas kullanın. kasları tüketim ve buzlu DPBS koyun.
  8. ince uçlu forseps ile kas sıkışması ve femur veya diz eklemini zarar vermeden etrafında keserek kuadriseps izole edin.
  9. tüm hayvanları diseksiyon sonra, tüm aşağıdaki adımlar yapılmalıdır steril bir laminer akış hücre kültürü kaputu, geçin.

2. Miyoblast İzolasyon

  1. DPBS fazlalığını çıkarın. homojen bir kitle elde etmek için steril kavisli makas ile doku kıyma.
  2. Sindirim karışımı, 5 ml ile 50 ml konik santrifüj tüpü içinde kıyılmış doku toplamak ve 90 dakika süreyle 37 ° C'de çalkalama ile inkübe edin.
  3. kalan doku pelet 75 xg'de diseksiyon orta ve santrifüj, 5 dakika boyunca bir süspansiyon, 6 ml ekleyerek sindirim durdurun.
  4. Süpernatantı dikkatlice toplamak. Doku enkaz toplamak değil emin olun. 5 dakika boyunca 350 xg'de bunu santrifüj; Diseksiyon ortamın 5 mL'si içinde tekrar süspansiyon.
  5. 40 mikron hücre süzgecinden hücre süspansiyonu Filtre. 25 ml diseksiyon ortamı ilave edin ve bir hücre kültürü inkübatöründe 4 saat boyunca (37 ° C ve% 5 CO2 <için 150 mm'lik çanak içinde preplate/ Sub>) fibroblastlar uymak için izin vermek.
  6. Oda sıcaklığında 1 saat boyunca soğuk IMDM 100: preplating birlikte, bazal membran matrisi 500 ul kat yemekler 1 seyreltilmiştir. DPBS ile bir kez yıkayın ve derhal hücreleri plaka (2.8 adım) ya da kaplama kadar büyüme ortamı ile bırakın.
  7. preplating sonra supernatant toplamak ve 10 dakika boyunca 350 x g'de santrifüj o.
  8. büyüme ortamında bunu tekrar süspansiyon ve bir hemasitometre hücreleri saymak. 150.000 ila 250.000 hücreleri bazal membran matris kaplı çanak başına kaplanır ve böylece ses düzeyini ayarlayın. bir hücre kültür inkübatörü içinde hücreleri tutun.

3. Myofiber Farklılaşma

NOT: 3 gün sonra hücreler,% 70 civarında confluency (Şekil 1B) de sigorta ve form miyotüplerinden başlamalıdır.

  1. arzu edildiği takdirde, bu noktada, siRNA veya ilgi DNA ile, hücreleri transfekte. Hücreler transfekte edilecek değilseniz, farklılaşma orta ve kayak doğrudan değiştirmekp 3.4 adıma.
  2. Üreticinin talimatları izleyerek transfeksiyon reaktifleri ile transferinde. siRNA lipit kompleksleri ile 5 saat boyunca hücrelerin (ayıracın 20 nM + 1 uL) ya da DNA-lipid kompleksleri (1 ug reaktifi + 1 uL) inkübe edin. Gerekirse siRNA ve DNA konsantrasyonları optimize edin.
  3. farklılaşma ortamı ile bir kez yıkayın ve sonra yeni farklılaşma ortamına geçiş.
  4. Ertesi gün, bazal membran matrisi 1 seyreltin: 2 buz soğukluğunda farklılaşma ortamı içinde. Mevcut Ortamı çıkarın ve her bir çanak buz soğukluğunda matrisin 200 uL ekleyin.
  5. hücre kültürü inkübatöründe 30 dakika boyunca inkübe edin.
  6. Agrin olan farklılaşma ortamı (100 ng / ml) Supplement ve dikkatli bir şekilde hücrelere 2 ml.
  7. Dikkatle her 100 ng / ml bir son konsantrasyona kadar Agrin ile ilave ortamın yarısı her 2 günde bir değiştirin.
  8. hücre farklılaşması ve canlılığı izleyin. Bu FBS ve C gibi faktörler (çeşitli bağlı olarakTam olgunlaşmayı (Şekil 2) ulaşmak için 10 farklılaşma d - Hicken embriyo özü kökeni), hücreler 5 arasında sürebilir.

Cam alt Yemekleri 4. immün

  1. immün için, ilgi konusu her bir zaman noktasında, 10 dakika boyunca oda sıcaklığında% 4 PFA ile DPBS ile bir kez hücreler yıkama ve düzeltin.
  2. DPBS ile iki kez yıkayın. Bu noktada, hücreler 4 ° C'de saklanabilir.
  3. Oda sıcaklığında 5 dakika boyunca% 0.5 Triton X-100 ile geçirgenliği.
  4. PBS ile iki kez yıkanır ve oda sıcaklığında 30 dakika süre ile çözelti engelleme engeller.
  5. Çözelti O / N 4 ° C'de bloke seyreltilmiş primer antikor ile inkübe edin.
  6. Oda sıcaklığında 5 dakika boyunca DPBS ile yıkayın 3x.
  7. İkincil antikor, oda sıcaklığında 1 saat boyunca DAPI 0.2 ug / mL ile inkübe edin.
  8. Oda sıcaklığında 5 dakika boyunca DPBS ile yıkayın 3x.
  9. montaj orta 200 mcL ekleyin ve görüntüleme geçin.

Representative Results

myofiber gelişme derecesi, çoğunlukla izole miyoblastların saflık ve canlılığı ile belirlenir. Yapışma, proliferasyon ve füzyon kapasitesi ampirik bu parametreleri (Şekil 1 A, B) ulaşmak için kullanılabilir. çoğalması D2 anda, miyoblastlar yapışmış olması ve tipik fusiform şeklini göstermesi gerekir. Silahların Yayılmasını Önleme kendiliğinden mihotüp oluşumu ertesi gün (Şekil 1B) yol açan, bu aşamada yoğun gerçekleşmesi bekleniyor.

Hücre confluency hafif ayarlamalar gerekebilir. miyoblastlar çoğalmak ve sigorta fazla 3 d almak eğer artırılmalıdır. myofibers nedeniyle yoğunluk büyümek ve nispeten düz uzamasına izin verilmez eğer azaltılmalıdır. En iyi myofibers dış bölgelere yönelik bulunan bu yüzden konfluansa Tipik olarak, çanağın merkezinden dış yüzey sınırına azalır.

Myotubes hızla uzamasına ve ekran birden merkezi hizalanmış çekirdekler (Şekil 1C) olacaktır. D5 tarafından, bazı hücreler çizgilerin edinme ve çevre onların çekirdekleri hareket başlatmak. Olgun özelliklere sahip myofibers sayısı zamanla aynı zamanda hücre kalınlığı (Şekil 1D) ile birlikte artacaktır.

farklılaşma derecesi daha da immünofloresan gözlenebilir. farklılaşma D8 mevcut enine üçlü sabit Myofibers. Bu üçlü (Şekil 2) colocalize beklenen T kamışı (DPHR) ve SR (triadin), görüntüleme bileşenleri tarafından teyit edilebilir.

myofibers işlevselliği canlı görüntüleme ile ele alınabilir. itibaren farklılaşma D3, hücreler kendiliğinden seğirmesi görüntüler. Bir kalsiyum sensörü transfekte edilmesiyle (örneğin., GCaMP6f 11), kasılmaları kalsiyum zirveleri (Şekil 3) ile birleştiğinde olduğunu gözlemlemek mümkündür.

Bu sistemi kullanarak, bu nedenle yenilikçi moleküler tedaviler 7 için yeni bir hedef olabilir Sentronükleer miyopatilerde ve miyotonik distrofilerinde bozulur yeni bir moleküler yol tanımlamak için başardık. Biz de nöromüsküler kavşakta (NMJ) 12 gelişimini incelemek için bu yöntemi adapte var. Sıçan omurilik eksplant ile kokültürü sayesinde, biz NMJ formasyonu 13 dinein bir rol tarif etmişlerdir.

Şekil 1
Şekil 1: Miyoblast Kültür Gelişim Evreleri. A) çoğalması D2 anda, miyoblastlar yapıştırılır ve çoğalan başladı. Prolif At B)eration D3, 60 bir confluency -% 80 ulaşıldığında ve miyoblastlar kendiliğinden eritme başlar. Farklılaşma D3 anda C), merkezi bir konumda bulunan çekirdek içeren myotubes baskındır. Itibaren farklılaşma D5 itibaren D) (örneğin, gün 8), myofibers çizgilerin ve periferik çekirdekleri sergileyen başlar ve kalınlaştırmak için başlar. Ölçek çubuğu: 50 mikron. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

şekil 2
Şekil 2: D8 Myofiber immunostain Temsilcisi Konfokal görüntü. A) dihidropiridin reseptörü (DHPR, üst panel) için immün ve (TRDN, orta panel) triadin. DHPR, TRDN ve DAPI kanalı bir bindirme üçlü bileşenlerin ko gösterir. B) A. C çizilen sarı hat) α-aktinin (yeşil) ve DAPI (mavi) için boyandı myofibers hacmi render 3D görüntünün bir yoğunluk profili. Ölçek çubuğu ve ızgara genişliği: 5 mm. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3,
Şekil 3: Spontan seğirmesi ile Myofibers Kalsiyum Düzeyleri Canlı Görüntüleme. Bir seğirmesi myofiber bir kalsiyum kıvılcım A) Yüksek hızlı time-lapse (20 ms kare) mikroskopi. Kalsiyum GCaMP6f sentezlenmesi (Addgene plazmid # 40755) ile tespit edilmiştir. Panel A'da kalsiyum sensör için zamanla floresan yoğunluğu B) Niceleme"_blank> Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Discussion

Birincil miyoblastların yetiştirilmesi için bu protokolün kullanımı büyük ölçüde myofibers gelişimini besleyen özel bir niş yol açmaktadır. Bu da çok az sayıda bulunan diğer hücre tiplerine, kısmen bağlıdır. myoblast konsantrasyonu ve kültür saflığı arasında bir denge sağlanmalıdır. İyi bir hücre kültürü de orta formülasyon için kullanılan ürünlerin kalitesine bağlıdır. hayvansal kaynaklardan elde edilen bütün ürünler iyice test edilmelidir. Bizim tecrübelerimize göre, sindirim koşulları da takip edilmelidir.

Birincil kültürler için her zaman olduğu gibi, deneysel değişkenliği izole elyaflar ya da ölümsüzleştirilmiş miyoblastların olan çalışmalara göre daha yüksek olabilir. Bu değişkenlik orta ve sindirim bileşenleri, fareler ve boyutu ve kültür manipülasyon ve sonuçları toplanması için zaman noktalarında standardizasyonun azaltılabilir. Bununla birlikte, karmaşık mekanizmalar gerçek zamanlı olarak tetkik avantajımyofiber gelişimi için gerekli ölçüde değişkenlik dezavantajı geçti.

Bu protokol, hücre farklılaşmasını ödün vermeden, in vitro yaklaşımların avantajlar sağlar. triads oluşur ve kasılmalar kalsiyum kıvılcım birleştiğinde kadar Myofibers olgun. Bu fonksiyonel çıkışlar, farklı deneysel koşullarda ulaşılabilir. Ayrıca, protokole yapılan birçok teknik farklılıklar olabilir. Miyoblastlar kas gelişimi ile ilgili ilgi mutasyonlar ile neonatal fareden hasat edilebilir. Hücreler farklı farklılaşma zaman noktalarında biyokimyasal analiz için parçalanmış olabilir. Kalsiyum göstergeleri dinamiklerini takip etmek kültüre eklenebilir. Optogenetic yapılar bazı sinyal yolaklarını zorlamak için ya da belirli yerel tepkiler teşvik etmek için kullanılabilir. Son olarak, myofibers etkileşimlerini incelemek için, diğer hücre tipleri ile kültive edilebilir.

Disclosures

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Dispase II Gibco 17105041
Collagenase type V Sigma-Aldrich-Aldrich C9263
IMDM, Glutamax supplemented Gibco 31980022
Matrigel Growth reduced factor Corning 354230 protein concentration of the lot should be around 10 mg/mL and endotoxin result should be <1.5
Chicken Embryo Extract MP biomedical 2850145 it is also possible to prepare in the lab (Danoviz ME, Yablonka-Reuveni Z. Methods Mol Biol (2012))
Recombinant rat agrin R&D systems 550-AG-100
Penicillin/Streptomycin Thermo Fisher Scientific 15140122
Horse Serum GE Healthcare  11581831
Lipofectamine RNAiMAX Invitrogen 13778-150 used to transfect siRNA
Lipofectamine LTX Invitrogen 15338-100 used to transfect DNA
Lipofectamine 2000 Invitrogen 11668030 used to transfect siRNA plus DNA
DPBS Gibco 14190094 
Fetal Bovine Serum (FBS) Eurobio CVFSVF0001
Cell strainer Corning 21008-949
Fluorodishes World precision instruments FD35-100 dishes used to cultivate cells for live imaging
Triton X-100 Sigma-Aldrich T9284
16% PFA (Paraformaldehyde) Science Services GmbH E15710
Goat Serum Sigma-Aldrich G9023
BSA (Bovine Serum Albumine) Sigma-Aldrich A7906
Saponine Sigma-Aldrich 47036
DAPI Sigma-Aldrich D9542 use at 200 ng/µL
Fluoromount-G SouthernBiotech 0100-01
Name Company Catalog Number Comments
Solutions and Media
Digestion Mix in DPBS
5 mg/mL collagenase
3.5 mg/mL dispase
sterile filtered, can be stored in working aliquotes for 2 weeks at -20 °C
Dissection Medium in IMDM Glutamax supplemented
10% FBS
1% Penicillin/Streptomycin
sterile filtered
Growth Medium in IMDM Glutamax supplemented
20% FBS
1% Chicken Embryo Extract
1% Penicillin-Streptomycin
sterile filtered
Differentiation Medium in IMDM Glutamax supplemented
2% Horse Serum
1% Penicillin-Streptomycin
sterile filtered
Blocking Solution in DPBS
10% Goat Serum
5% BSA
add 0.1% saponine when incubating with primary and secondary antibodies

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Janssen, I., Heymsfield, S. B., Wang, Z., Ross, R. Skeletal muscle mass and distribution in 468 men and women aged 18-88 yr. J Appl Physiol. 89, (1), 81-88 (2000).
  2. Manring, H., Abreu, E., Brotto, L., Weisleder, N., Brotto, M. Novel excitation-contraction coupling related genes reveal aspects of muscle weakness beyond atrophy-new hopes for treatment of musculoskeletal diseases. Front Physiol. 5, 37 (2014).
  3. Yaffe, D., Saxel, O. Serial passaging and differentiation of myogenic cells isolated from dystrophic mouse muscle. Nature. 270, (5639), 725-727 (1977).
  4. Pasut, A., Jones, A. E., Rudnicki, M. A. Isolation and Culture of Individual Myofibers and their Satellite Cells from Adult Skeletal Muscle. J Vis Exp. (73), (2013).
  5. Meng, H., Janssen, P. M. L., et al. Tissue Triage and Freezing for Models of Skeletal Muscle Disease. J Vis Exp. (89), (2014).
  6. Demonbreun, A. R., McNally, E. M. DNA Electroporation, Isolation and Imaging of Myofibers. J Vis Exp. (106), (2015).
  7. Falcone, S., Roman, W., et al. N-WASP is required for Amphiphysin-2/BIN1-dependent nuclear positioning and triad organization in skeletal muscle and is involved in the pathophysiology of centronuclear myopathy. EMBO Mol Med. 6, (11), 1455-1475 (2014).
  8. Flucher, B. E., Phillips, J. L., Powell, J. A. Dihydropyridine receptor alpha subunits in normal and dysgenic muscle in vitro: expression of alpha 1 is required for proper targeting and distribution of alpha 2. J Cell Biol. 115, (5), 1345-1356 (1991).
  9. Cooper, S. T., Maxwell, A. L., et al. C2C12 co-culture on a fibroblast substratum enables sustained survival of contractile, highly differentiated myotubes with peripheral nuclei and adult fast myosin expression. Cell Motil Cytoskeleton. 58, (3), 200-211 (2004).
  10. Al-Qusairi, L., Laporte, J. T-tubule biogenesis and triad formation in skeletal muscle and implication in human diseases. Skelet Muscle. 1, 26 (2011).
  11. Vilmont, V., Cadot, B., Ouanounou, G., Gomes, E. R. A system to study mechanisms of neuromuscular junction development and maintenance. Development. (2016).
  12. Vilmont, V., Cadot, B., Vezin, E., Le Grand, F., Gomes, E. R. Dynein disruption perturbs post-synaptic components and contributes to impaired MuSK clustering at the NMJ: implication in ALS. Sci Rep. 6, 27804 (2016).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics