Использование живых изображений для ядер трек во время Myoblast дифференциация и фьюжн

* These authors contributed equally
Biology

Your institution must subscribe to JoVE's Biology section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.

If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.

 

Summary

Очень динамичный процесс, который особенно зависит от ядерной позиционирования является дифференциация скелетных мышц. Здесь мы описываем метод для выполнения количественная характеристика динамики ядер путем извлечения информации из автоматического отслеживания и отслеживания движения ядер у Вообразимый живой клетки во время формирования дифференциации и myotube myoblast.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Careccia, G., Colombo, F., Tirone, M., Agresti, A., Bianchi, M. E., Zambrano, S., Vénéreau, E. Exploiting Live Imaging to Track Nuclei During Myoblast Differentiation and Fusion. J. Vis. Exp. (146), e58888, doi:10.3791/58888 (2019).

Please note that all translations are automatically generated.

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

Abstract

Ядерные позиционирование внутри клетки имеет важное значение для нескольких клеточных процессов развития и регенерации. Наиболее интригующим примером ядерной позиционирования происходит во время дифференциация скелетных мышц. Многоядерные клетки, сформирована сплавливанием мышечных клеток-предшественников (миобластов) производные от мышечных стволовых клеток (Спутниковое клетки), которые проходят пролиферации и дифференцировки мышечных волокон (myofibers). Правильное позиционирование ядерных в myofibers требуется для надлежащего мышечной регенерации и функции. Общие процедуры для оценки формирования дифференциации и myofiber myoblast опирается на фиксированные клетки анализируемой иммунофлюоресценции, который препятствует изучение поведения ядерных движения и клеток со временем. Здесь мы описываем метод для анализа myoblast дифференциация и myofiber формирования на живых клеток. Мы предоставляем программное обеспечение для автоматизированной ядерный отслеживания для получения количественной характеристики высок объём ядерного динамики и myoblast поведения (т.е. траектории) во время дифференциация и фьюжн.

Introduction

Скелетных мышц является крупнейшим ткани в организме человека, на сумму 35% - 40% массы тела1. Спутниковое клетки являются мышечных стволовых клеток, анатомически характеризуется их позицию (juxtaposed на плазматической мембране, под базальной пластинки мышечных волокон), дают основания для пролиферирующих сомитов (миогенных прогениторных клеток), который в конечном итоге дифференцировать и интегрировать в существующие myofibers и/или предохранитель в форме новых myofibers2,3,4. Их открытие и прогресс в изучении их биологии привело к значительным понимание развития мышц и регенерации.

Протоколы изоляции и дифференцировать сомитов в myotubes были разработаны много лет назад и до сих пор широко используются для изучения скелетных мышц дифференциация5,6,7. Однако большинство этих методов представляют собой статические процедур, которые полагаются на анализ фиксированных клеток и, следовательно, не позволяют ученым в полной мере изучить весьма динамических процессов, таких как слияние myoblast и myofiber созревания. Наиболее ярким примером является ядерная позиционирования, которая жестко регулируется, с ядрами первоначально в центре myofiber и, затем, расположенных на периферии после myofiber созревания8,9. Живой изображений является наиболее приемлемый метод для получения дальнейших понимание такой своеобразный феномен.

Здесь мы описываем метод, который позволяет ученым для записи myoblast дифференциация и myotube формирования покадровой микроскопии и выполнить количественный анализ от автоматического отслеживания myoblast ядер. Этот метод обеспечивает высок объём количественной характеристики ядерной динамики и myoblast поведения во время дифференциация и фьюжн. Протокол разделен на четыре части, а именно: (1) коллекции мышц от гомотерия мышей, (2) изоляции первичных сомитов, которая состоит в механических и ферментативного пищеварения, (3) myoblast распространения и дифференциации и (4) живой изображений для отслеживания ядер в течение первых 16 h myoblast дифференцировки.

В следующей процедуре сомитов изолированы от мышей H2B-GFP и относились с 1 мкг/мл доксициклин побудить H2B-GFP выражение, как описано выше10. В качестве альтернативы можно изолировать сомитов от других трансгенных мышей, которые выражают флуоресцентный белок в ядре или transfect клетки, изолированные от мышей дикого типа выразить флуоресцентный белок в ядре, как описано в Пиментел и др. 9.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Все процедуры с участием животных темы были утверждены San Raffaele институциональных животное уход и использование Комитета.

1. препарирование мыши задних конечностей мышцы

  1. Стерилизуйте пинцета и ножницы (прямые и изогнутые) путем автоклавирования.
  2. Подготовить и фильтрации (0,22 мкм) все СМИ (блокирующий среднего, средний пищеварение, пролиферирующих среднего и дифференциации среднего) перед началом эксперимента (см. Таблицу материалы).
  3. Поставьте 5 мл физиологического раствора фосфатного буфера (PBS) в 35 мм Петри для мышц коллекции.
  4. Пожертвовать мыши шейки матки вывих или с помощью CO2 и стерилизации кожи с этанолом. Удалите кожу от гомотерия и верхних конечностей, используя ножницы и щипчики, для содействия изоляции мышц.
    Примечание: Мышцы могут быть изолированы от новорожденных и взрослых мышей. Новорожденных мышей имеют большее количество клеток Спутниковое, по сравнению с взрослых мышей. Однако общее количество Спутниковое клеток, которые могут быть изолированы от одной взрослой мыши достаточно для выполнения эксперимента, описанные ниже.
  5. Изолировать tibialis, камбаловидной, Лонг разгибатель пальцев (EDL), икроножной мышцы, четырехглавая мышца и трицепсы и положил их в Петри, содержащие PBS. Оставьте блюдо на льду. Осторожно удалите сухожилия и жира с стерилизованные ножницы и щипчики.

2. изоляция первичного миобластов

Примечание: Все процедуры для клеточной культуры производятся в стерильных условиях.

  1. Удаление мышцы от PBS. Вырезать и фарш мышц, с помощью стерильных изогнутые ножницы, до получения однородной массы. Положите кусочки мышц в 50 мл трубки.
  2. Добавить 10 мл среды, пищеварение в части мышц и инкубировать при 37 ° C за 30 мин под сильное возбуждение (250 мин-1) на водяной бане, ферментативно переваривать мышцы.
  3. Добавьте 10 мл Дульбекко изменение орла носитель (DMEM) содержит 10% плода бычьим сывороточным (ФБС), 1% глютамина, пенициллин/стрептомицина 1% и 1% гентамицин (блокирующий средний) остановить пищеварение.
  4. Центрифуга на 40 x g 5 мин и собирать супернатант в 50 мл трубки. Сохраните гранул на льду.
    Примечание: После центрифугирования, супернатанта содержит некоторые Спутниковое клетки, клетки крови, эндотелиальных клеток и фибробластов, а гранулы кусочки непереваренной мышц и соединительной ткани. Чтобы увеличить количество изолированных клеток, гранулы должны подвергаться дополнительные шаги пищеварения, как описано ниже.
  5. Центрифуга супернатант в 650 x g для 5 минут удалить супернатант и Ресуспензируйте гранулы в 1 мл DMEM, содержащие 10% FBS. Держите ресуспензированы гранул на льду.
  6. Повторите шаги 2 x для остальной части гранулы, полученные на шаге 2.4 2.2-2.5 и добавьте впоследствии ресуспензированы гранулы первого ресуспензированы Пелле, сохраняется на льду.
  7. Пройти ресуспензированы гранул, через 70 мкм фильтр, а затем через фильтр 40 мкм. Добавьте 15 мл DMEM с 10% FBS и центрифуги на 650 x g за 5 мин.
  8. Ресуспензируйте Пелле клеток в 3 мл буфера lysis красных кровяных клеток, разрушают красные кровяные клетки. Инкубируйте 5 мин при комнатной температуре. Добавьте 40 мл PBS остановить lysis красных кровяных клеток и центрифуги на 650 x g для 5 минут удалить супернатант и Ресуспензируйте гранулы в 5 мл DMEM с 10% FBS.
  9. Как preplating шаг плиты клетки в 20 мл среды распространения в 150 мм немелованной Петри. После 1 ч инкубации в инкубатор культуры клеток (37 ° C, 5% CO2) собирайте средства.
    Примечание: Фибробласты, которые присоединение к пластине, затем отбрасываются, а спутниковое клетки остаются в суспензии.
  10. Повторите шаг 3, 2,9 x и на последнем шаге preplating, собирать носителя, который содержит Спутниковое клеток в суспензии.
  11. Центрифуга на 650 x g за 5 мин.
  12. В то время как клетки центрифугирование, пальто два Петри 150 мм с коллагеном (10 мл 0,1% раствора уксусной кислоты 0,1 М). Чтобы сделать это, положить коллагена на тарелку, инкубировать на 5 мин и удалить его. Пусть пластину высохнуть в течение 30 мин.
  13. Отменить супернатанта, полученного на шаге 2.11 и Ресуспензируйте Пелле клеток в 40 мл среды распространения (Таблица материалов). Пластина клетки на две чашки Петри коллаген покрытием 150 мм (20 мл на блюдо) и сохранить клетки в инкубатор культуры клеток (37 ° C, 5% CO2, 5% O2) в среде распространения на 2-3 дней с 1 мкг/мл доксициклин побудить H2B-GFP выражение.
    Примечание: Этот шаг позволяет распространение сомитов получить большее количество ячеек для дальнейших анализов. Плотность ячеек сохраняется очень низкий, чтобы избежать спонтанное дифференцировка сомитов на myotubes.

3. Myoblast пролиферации и дифференцировки анализов

Примечание: При высокой плотности myoblast, некоторые клетки инициировать удлинение, и затем, надо разбить ячейки. Как правило это можно разделить ячейки 2 x-3 x не затрагивая их фенотип.

  1. Отказаться от среднего, вымыть клетки с 5 мл PBS, добавить 2 мл трипсина (1 x) и инкубировать пластины при 37 ° C в ячейке инкубатор для 5 минут проверить под микроскопом и когда круглых клеток отсоединить, добавить 5 мл DMEM с 10% FBS для инактивации трипсина. Подсчитать количество ячеек (обычно это можно получить около 1 х 106 клеток/мышь).
    Примечание: Инкубации с трипсином за 5 мин, как правило, достаточно отсоединить пролиферирующих сомитов.
  2. Тема клетки к одному из анализов, описанные ниже.
    1. Распространения пробирного
      1. Пластина 50 000 клеток/колодец в 1 мл/хорошо среды распространения в пластине 12-ну коллаген покрытием и инкубировать покрытием клетки в инкубатор культуры клеток (37 ° C, 5% CO2). Исправить и подсчитать количество ячеек на 24, 48 или 72 ч.
        Примечание: Средство заменяется каждые 48 ч чтобы избежать истощения питательных веществ.
    2. Дифференциация пробирного
      1. Покройте 12-ну плита с 350 мкл дифференциации среднего содержащие базальной мембраны матрицы (1: 100). Инкубировать пластины при 37 ° C за 30 минут и удалите среды.
      2. Плита 200 000 клеток/хорошо в среде дифференциации в пластину матрица покрытием. Инкубировать клетки в инкубатор культуры клеток (37 ° C, 5% CO2, 5% O2) до тех пор, пока они придерживаются к пластине (2 h, как правило, достаточно для ячеек присоединиться и начать дифференциации).
      3. Чтобы оценить дифференциации, выполняют пятная для тяжелой цепи миозина и ядер как описано11. Кроме того выполните анализ жить изображений, как описано ниже.

4. Live изображений myoblast дифференциации и ядерной отслеживания

  1. Для живых клеток изображений, положить клетки, полученные в разделе 3.2.2 и покрытием в 12-ну плиты, под конфокального микроскопа, оснащенного системой инкубации для поддержания клеток при 37 ° C в 5% CO2.
  2. Используйте сухой цель 20 x (0,7 NA) для получения поля зрения с сотнями клеток, достаточно для мониторинга myofiber формирования. H2B-GFP клетки могут отражаться с низкой интенсивности 488 нм Аргонового лазера.
    Примечание: Открытые обскуры гарантирует, что изображение глубины (~ 10 мкм) содержит толщина клетки так, что клетки находятся в центре внимания на протяжении всего эксперимента. С помощью конфокального микроскопа выгодно так как она улучшает отношение сигнал шум изображения, хотя микроскопия поля также могут быть использованы. Myofiber формирования может отслеживаться через канал передачи.
  3. Получение изображений 16-бит и 1 024 x 1 024 пикселей на кадр каждые 6 мин на 16 h. Для каждого приобретенного положения, создайте файл multiframe.tif (см. пример в Дополнительных файлов).
    Примечание: В настоящем Протоколе, использовалась коммерческого программного обеспечения, связанные с микроскопом (Таблица материалов); Используйте соответствующее программное обеспечение для достижения той же цели при использовании других микроскопы.
  4. Скачайте программное обеспечение, предоставляемое в ZIP-файл дополнительного файла.
    Примечание: Процедуры являются сценарии, которые должны быть запущены в MATLAB. Программное обеспечение является адаптация опубликованные программы12 , оптимизированный для отслеживания ядра во время формирования myotube. Это программное обеспечение делится на две части: первая идентифицирует ядер в каждом кадре, разбив их, в то время как вторая создает «дорожки» (траектории) движения ядер. Полный код для ядерной сегментации и отслеживания и пошаговое руководство по началу работы предоставляются Дополнительные файлы.
  5. Извлеките zip-файл и сохраните его в желаемый путь на персональном компьютере (PC) в использовании. Выполнить все ниже проходы на ПК с необходимое программное обеспечение уже установлено. Обратите внимание, что ZIP-файл состоит из трех папок, как указано ниже.
    Примечание: Сегментация подпрограмм содержит функции для запуска для сегментации. Процедуры отслеживания, напротив, содержит функции, необходимые для отслеживания. Пример сегментации отслеживания обеспечивает основные сценарии и файлы познакомиться с системой. Программное обеспечение для сегментации и отслеживания ядер работает должным образом в MATLAB, R2015a или более поздних версий.
  6. Для сегментирования ядра от TIF-файл, имя файла, например, NameFile.tif.
    1. Откройте папку Пример сегментации слежения и нажмите на DoSegmentation.m. Это откроет окно команд в MATLAB.
    2. Проверьте окно Текущей папке слева, чтобы просмотреть все элементы в папке Пример сегментации, отслеживания . Дважды щелкните на DoSegmentation.m.
      Примечание: Подробная информация о модификации, которые должны быть сделаны в сценарий можно найти в файле StepbyStep.txt. Это обязательно изменить сценарий, чтобы переменная filenameinput является NameFile.tif и folderinput — это папка, где содержится файл .tif.
    3. Запустите сценарий (нажав на зеленый кнопку Run ). Результат сегментации будет сохранен как file.mat (SegmentedNameFile.mat), в то время как сегментация ядра могут быть визуализированы на рисунке вывода.
      Примечание: Параметры сегментации, описанной в сценарии, могут быть изменены, в случае необходимости. Качество сегментации может проверяться с помощью скрипта CheckSegmentation.m (см. файл StepbyStep.txt). Основываясь на этом, если плохое качество сегментации (только несколько ядер обнаружен), настройте параметры сегментации, четко указано в DoSegmentation.m сценарий и повторите процедуру.
  7. Для создания треков (т.е., траекторий каждого из ядер в времени), использование ядерной позиции полученные в сегментации, запустите сценарий GenerateTracks.m в той же рабочей папке. Не забудьте добавить файл правильной сегментации качестве входных данных, полученных до (см. файл StepbyStep.txt для получения дополнительной информации).
    Примечание: Как выход, пользователь получит файл TrackedNameFile.mat, с матрицы для координат x и другой для y координат создаваемого треков.
  8. Оценить качество треков с помощью CheckTracking.m (см. файл StepbyStep.txt для получения дополнительной информации). Используйте рисунок вывода этого последнего прохода, чтобы помочь визуализировать позиции каждого ядра во времени. Проверить на левой стороне для зеленых крестов, которые указывают на каждом сегментированные ядра. Чтобы выбрать один из конкретных ядро, используйте нижней полосы прокрутки. Обратите внимание, что выбранный ядра будет кружил в красный цвет, в то время как на правом, траектории выбранной ячейки может следовать во времени (с помощью верхней полосы прокрутки).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Автоматически следовать ядерной движение во время myoblast дифференциация в живых изображений, ядра должны преференциально дневно обозначаться. Важно отметить, что использование молекулы ДНК, интеркалирующие невозможно потому, что эти молекулы вмешиваться в пролиферации и дифференцировки первичных сомитов13. В качестве примера пролиферации и дифференцировки были проанализированы в первичной сомитов, культивируемых с или без Хехст (рис. 1). Очевидно, что распространение (Рисунок 1A, B) и дифференциации (рис. 1 c, средняя группа) сильно нарушена у культивируемых с Hoechst 33342 сомитов. И наоборот сомитов изолированы от мышей H2B-GFP и культивируемых с доксициклин иметь ядра с зеленой флуоресценцией и дифференцировать аналогично для сомитов изолированы от мышах одичал типа (рис. 1 c, правый и левый панелей, соответственно).

Живые клетки изображения с первичной сомитов, выражая H2B-GFP белка позволяет отслеживания ядер при дифференциации (рис. 2 и Дополнительные видео 1). Слияние изображений GFP каналов на первоначальный (рисунок 2A) и последний раз точек (рис. 2B) во время дифференциация H2B-GFP сомитов позволяют ученым определить myotubes и, следовательно, ядер, которые в конечном итоге и передачи интеграция в myotube (например, ядро в синий круг) или ядер, которые не предохранитель в myotube (например, ядро в красном круге).

Чтобы извлечь информацию о ядрах/ячейки движения из живых клеток визуализации данных, можно использовать предоставленное программное обеспечение для отслеживания траекторий ядер. Программное обеспечение использует изображения из канала H2B-GFP (ядер; На рисунке 3A) для создания маски и сегмент ядер в каждом кадре. Для ядерной сегментации в кадре пороговое значение «консервативных» выбирается с помощью Оцу метод на изображении после Гаусса, фильтрация14. Далее, объекты находятся примерно на сегменты; чтобы получить более тонкие сегментации, каждый объект маскируется, снова с помощью порогового значения, основанные на среднем в его ограничивающего прямоугольника. Затем преобразование водораздел используется для разделения близлежащих объектов (рисунок 3B). В наших руках, одно преобразование водораздел смогла отделить большинства близлежащих ядер (рис. 3Б, * Врезные). Таким образом, мы использовали области, чтобы выбрать более крупных объектов на изображении и применить новый водораздел преобразование (рис. 3Б, ** Врезные), которая способна отделить дополнительные поблизости ядер. С этим подходом большинство ядер определены в изображении (рис. 3 c).

Чтобы отслеживать ядер, мы улучшили подпрограмм путем включения процедуры отслеживания, опубликованные Tinevez15. В общем алгоритм отслеживания ссылки ядрах обнаружены в последовательных кадров с целью минимизации сумма расстояний между позицией каждого ядра в кадре и позиция же ядра в следующем, используя «Венгерский алгоритм» для таких Минимизация16. Шаг повторяется для того чтобы связать несвязанный ядер, которые являются до определенной максимальное количество кадров прочь. Также устанавливается порог для максимального расстояния между позицию объекта в кадре и следующий. Для данных, представленных здесь максимальное количество пяти кадров и максимальное расстояние 20 пикселей на шаг дают большое количество правильных треков (рис. 3D). Важно отметить, что мы можем использовать эти процедуры для проверки качества отслеживания. Это также можно использовать этот сценарий для поиска ячеек, которые имеют заданный поведение, например формирования (или нет) в myofiber и впоследствии анализировать динамические возможности набора клеток интерес.

Прикладного программного обеспечения создает треки с x - и y координаты для каждой ячейки в кадр n, Equation 1 , для сотен клеток (рис. 3D). Мы можем использовать такую информацию для извлечения сведений о движение ядер. Например, общее смещение между начальный кадр (n = 0) и последнего кадра N определяется следующим образом.

Перемещение траектории = || Equation 2 ||

Здесь «|| · ||» обозначает норму вектора (рис. 4A).

Скорость каждого ядра в кадр n является следующим.
Equation 3

Затем мы можем определить длину траектории для указанной ячейки следующим образом.

Длина траектории =Equation 4

В качестве примера того, как эти простые параметры уже может дать соответствующую информацию мы вычислить длину ядер траекторий сомитов инкубировали с или без "Хёхст". Похоже, что общая длина траектории несколько выше для клетки окрашивали Hoechst, хотя разница не значительные (Рисунок 4B). Однако когда мы вычислить общее смещение во время промежуток времени, мы наблюдали, что общее смещение клеток окрашенных с Hoechst был значительно меньше, чем безупречный клеток (рис. 4 c). Это означает, что движение окрашенных клеток имеет меньше направленность. Для дальнейшего укрепления этой гипотезе, мы количественно направленность движения ячейки путем вычисления угла скорости в каждом кадре (рис. 4A).

Equation 5

Мы также количественно изменения угла между кадрами.

Equation 6

Изменения общего угла вдоль траектории затем может быть определена следующим образом.

Всего изменения угла =Equation 7

Как предсказано изменения общего угла для неокрашенных клетки значительно меньше по сравнению с клетки окрашивали Хехст (рис. 4 d). Таким образом эта простая мера направленность, полученные из простой расчет, указывает, что сомитов, окрашенных с Hoechst менее склонны поддерживать направление их перемещения, который отражает их нарушение способности в формировании myotubes (рис. 1).

Короче говоря живой клетки визуализации данных, полученных как описано здесь обеспечить количественную связь между ядерной динамики и возможность myotubes формы и может использоваться в качестве входных данных для количественной характеристики высок объём ядерного динамики и myoblast поведение во время дифференциация и фьюжн.

Figure 1
Рисунок 1: инкубации с Hoechst препятствует пролиферации и дифференцировки сомитов. (A) представитель образы первичных сомитов окрашенных с Hoechst после 24 ч в среде распространения (левая панель) или выращиваются для 24 h в среде распространения с Hoechst (правая панель) и (B) относительные количественной оценки. Данные являются среднее ± SEM, и статистической значимости оценивалась с студента t-теста. P < 0,05. (C) представитель изображения первичных сомитов одичал типа, культивируемых на 24 ч в дифференциации среднего без (левая панель) или с Hoechst (средняя группа) и H2B-GFP сомитов культивировали в течение 24 ч в дифференциации среднего (правая панель) и витражи с Hoechst (синий) и тяжелой цепи миозина анти антитела (MyHC; красный). Масштаб баров = 500 мкм. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 2
Рисунок 2: Live изображений H2B-GFP сомитов во время дифференциация. Объединенного изображения передачи и GFP каналы на (A) первоначального (t = 0 h) и (B) последний раз точек (t = 16 h) во время дифференциация H2B-GFP сомитов (20 x цель). Некоторые примеры myotubes выделяются с черными стрелками в группе B. Масштаб баров = 50 µm. (C) Magnified пунктирной области от групп A и B , в котором можно определить одно ядро, что в конечном итоге интеграции в myotube (в синем) или не (в красном) при t = 0 h, t = 8 h и t < / C12 > = 16 h. Масштаб баров = 50 µm. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 3
Рисунок 3: сегментация H2B-GFP сомитов отслеживания во время дифференцировки. (A) пример рамки времени провалы, показаны ядер приблизительно 400 клеток. (B) пример ядер маскировки и сегментации. Яркие объекты разделены с помощью как глобального, так и местных порог, и водораздел преобразование применяется для разделения неподалеку ядер. Близлежащий ядра может быть трудно сегмент (* врезные), так что второй водосборных бассейнов на основе сегментации производится в объекты больших площадей для сегментирования большее количество ядер (** врезные). (C) обнаружения ядерной позиции (красные крестики), которые позже используется в алгоритме отслеживания. Треки (D), созданного с использованием алгоритма отслеживания, который минимизирует сумма расстояний между положение каждого объекта в двух последовательных кадров. Максимально возможное значение такого расстояния для каждого объекта предоставляется как ввода, что позволяет ученым связать ядер, разделенных на более чем один кадр. Масштаб баров = 50 µm. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 4
Рисунок 4: количественный анализ динамики ядер раскрыть зрением сомитов инкубировали с Hoechst способность поддерживать ячейки направленности. (A) описание измерений параметров. Это позволяет определить скорость ядра, рассматривая положение в двух последовательных кадров. Угол траектории и изменения угла может быть легко вычисляется с позиций как указано в схеме. (B) распределение длины траекторий, общее смещение (C) и (D) отклонение угла траекторий сомитов инкубировали без Хехст (зеленая линия) или с Hoechst (синяя линия). Два дистрибутивов не значительно отличаются, в то время как общее смещение значительно выше, и вариации угол значительно ниже для неокрашенных клетки (one-sided Колмогорова-Смирнова тест, *p < 0,05 и **p < 0,005). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Дополнительные видео 1: Live изображений H2B-GFP сомитов во время дифференциация. Визуализационная диагностика H2B-GFP сомитов культивировали в дифференциации среднего от первоначального (t = 0 h) в последний раз точек (t = 16 h) с помощью передачи и GFP каналов (20 x цель). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Мышечных волокон (myofibers) являются многоядерные клетки, которые образуются сплавливанием прекурсоров мышечных клеток (миобластов) производные от мышечных стволовых клеток (Спутниковое клетки), которые проходят пролиферации и дифференцировки2,-3, 4. Оценить myoblast дифференциация, Общая процедура состоит из культивирования сомитов в дифференциации среднего и фиксации клетки в разное время точках для выполнения иммунофлюоресценции, пятнать для MyHC, маркер дифференциации и окрашивание ядра с ДНК, интеркалирующие молекул (например, "Хёхст")5. Этот метод полезен для оценки myoblast дифференцировки путем измерения различных параметров, таких как индекс дифференциации (количество MyHC положительных клеток/общее число клеток) или плавления индекс (количество myotubes с по крайней мере два ядра/общее число клеток) . Однако myoblast fusion и myotube образование являются весьма динамических процессов, которые полагаются на подвижность ядер8. Действительно ядерные позиционирования в myofibers необходим для надлежащего мышечной регенерации и функции17. Подвижности сомитов и их ядер может оказаться критических параметров для оценки myoblast дифференциация и раскрыть Роман дефекты двигательного аппарата. Следовательно крайне важно разработать новые процедуры для изучения ядерных движение и поведение клеток во время myoblast дифференциация и формирования myofiber.

Здесь мы описываем метод, который позволяет ученым следовать myoblast дифференциация и myotube формирования живых клеток и осуществлять количественный анализ из автоматического отслеживания ядер. Преимуществом данного метода является возможность отслеживать во время дифференциация флуоресцентные ядер сомитов, изолированные от мышей H2B-GFP, без каких-либо transfection клетки или дополнительный окрашивания. H2B-GFP мышей коммерчески доступны и, следовательно, легко доступны. Кроме того это позволяет изолировать сомитов от других трансгенных мышей, которые выражают флуоресцентный белок в ядре или transfect клетки изолированы от мышей дикого типа выразить флуоресцентный белок в ядре, как описано9 . Эти различные варианты дальнейшего расширения возможностей применения метода, представленные здесь.

Текущий протокол основывается на культуре первичных сомитов, а следовательно, могут наблюдаться высокая изменчивость в следующих экспериментальных процедурах, также из-за потенциального наличия nonmyogenic клеток после изоляции от мышц18 . Чтобы преодолеть это ограничение, можно изолировать сомитов на ячейку Сортировка как описано19. Другой критической точки в метод, описанный здесь является трудность для создания идеальной отслеживания ядер, когда клетки находятся близко друг к другу, такие как во время формирования myotube. Однако, программные процедуры, обсуждаемые здесь позволяют ученым визуально проверить качество отслеживания и, при необходимости выбрать подмножество ячеек, представляющих интерес для последующего анализа. Дальнейшее совершенствование программного обеспечения может потребоваться предоставить полную характеристику ядерной динамики во время формирования myofiber.

В заключение этот метод является полезным для предоставления количественное понимание динамики ядер во время myoblast дифференциация, сравнивая различные условия, как мы сообщили с Hoechst инкубации. Этот пример иллюстрирует возможность извлекать значимые динамические данные из покадровой экспериментов.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего сообщать.

Acknowledgments

Эта работа было поддержано AFM-телемарафон в е.в. (#21545) и Грант Seed Ospedale San Raffaele (OSR) для с.з. (ZAMBRA5X1000). Д-р Жан-Ив Tinevez от центра анализа изображения Пастера признал публично обмена его «Простой Tracker» MATLAB процедуры.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
chicken embryos extract Seralab CE-650-J
collagenase Sigma C9263-1G 125units/mg
collagen from calf skin Sigma C8919
dispase Gibco 17105-041 1.78 units/mg
doxyciclin Sigma D1515
DMEM Sigma D5671
fetal bovine serum Life technologies 10270106
gentamicin Sigma G1397
Horse serum Invitrogen 16050-098
Hoechst life technologies 33342
IMDM Sigma I3390
L-glutamine Sigma G7513
Matrigel Corning 356231
penicillin-streptomycin Sigma P0781
red blood cells lysis medium Biolegend 420301
Digestion medium
collagenase 40 mg
dispase 70 mg
PBS 20 ml
filtered 0.22um
Blocking medium
DMEM
Fetal bovine serum 10%
L-glutammine 1%
penicillin-streptomycin 1%
gentamicin 1 ‰
filtered 0.22um
proliferation medium
IMDM
Fetal bovine serum 20%
L-glutammine 1%
penicillin-streptomycin 1%
gentamicin 1 ‰
chichen embryo extract 3%
filtered 0.22um
differentiation medium
IMDM
Horse serum 2%
L-glutammine 1%
penicillin-streptomycin 1%
gentamicin 1 ‰
chichen embryo extract 1%
filtered 0.22um

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Janssen, I., Heymsfield, S. B., Wang, Z. M., Ross, R. Skeletal muscle mass and distribution in 468 men and women aged 18-88 yr. Journal of Applied physiology. 89, (1), 81-88 (2000).
  2. Ten Broek, R. W., Grefte, S., Von den Hoff, J. W. Regulatory factors and cell populations involved in skeletal muscle regeneration. Journal of Cellular Physiology. 224, (1), 7-16 (2010).
  3. Bentzinger, C. F., Wang, Y. X., Dumont, N. A., Rudnicki, M. A. Cellular dynamics in the muscle satellite cell niche. EMBO reports. 14, (12), 1062-1072 (2013).
  4. Mauro, A. Satellite cell of skeletal muscle fibers. The Journal of Biophysical and Biochemical Cytology. 9, 493-495 (1961).
  5. Motohashi, N., Asakura, Y., Asakura, A. Isolation, culture, and transplantation of muscle satellite cells. Journal of Visualized Experiments. (86), e50846 (2014).
  6. Pasut, A., Jones, A. E., Rudnicki, M. A. Isolation and culture of individual myofibers and their satellite cells from adult skeletal muscle. Journal of Visualized Experiments. (73), e50074 (2013).
  7. Soriano-Arroquia, A., Clegg, P. D., Molloy, A. P., Goljanek-Whysall, K. Preparation and Culture of Myogenic Precursor Cells/Primary Myoblasts from Skeletal Muscle of Adult and Aged Humans. Journal of Visualized Experiments. (120), e55047 (2017).
  8. Roman, W., Gomes, E. R. Nuclear positioning in skeletal muscle. Seminars in Cell & Developmental Biology. (2017).
  9. Pimentel, M. R., Falcone, S., Cadot, B., Gomes, E. R. In Vitro Differentiation of Mature Myofibers for Live Imaging. Journal of Visualized Experiments. (119), e55141 (2017).
  10. Foudi, A., et al. Analysis of histone 2B-GFP retention reveals slowly cycling hematopoietic stem cells. Nature Biotechnology. 27, (1), 84-90 (2009).
  11. Tirone, M., et al. High mobility group box 1 orchestrates tissue regeneration via CXCR4. The Journal of Experimental Medicine. 215, (1), 303-318 (2018).
  12. Zambrano, S., De Toma, I., Piffer, A., Bianchi, M. E., Agresti, A. NF-kappaB oscillations translate into functionally related patterns of gene expression. eLife. 5, e09100 (2016).
  13. Adamski, D., et al. Effects of Hoechst 33342 on C2C12 and PC12 cell differentiation. FEBS Letters. 581, (16), 3076-3080 (2007).
  14. Otsu, N. A Threshold Selection Method from Gray-Level Histograms. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics. 9, (1), 62-66 (1979).
  15. Tinevez, J. -Y. Simpel Tracker - File Exchange - MATLAB Central. Available from: https://it.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/34040-simple-tracker (2016).
  16. Burkard, R., Dell'Amico, M., Martello, S. Assignment Problems, Revised Reprint. SIAM. (2009).
  17. Falcone, S., 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 Molecular Medicine. 6, (11), 1455-1475 (2014).
  18. Syverud, B. C., Lee, J. D., VanDusen, K. W., Larkin, L. M. Isolation and Purification of Satellite Cells for Skeletal Muscle Tissue Engineering. Journal of Regenerative Medicine. 3, (2), (2014).
  19. Liu, L., Cheung, T. H., Charville, G. W., Rando, T. A. Isolation of skeletal muscle stem cells by fluorescence-activated cell sorting. Nature Protocols. 10, (10), 1612-1624 (2015).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

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

    Usage Statistics