במבחנת הבידול של בוגרות Myofibers עבור הדמיה חיה
Summary
Muscle cells are among the most complex eukaryotic cells. We present a protocol for the in vitro differentiation of highly mature myofibers that allows for genetic manipulation and clear imaging during all developmental stages.
Abstract
שרירי השלד מורכבים myofibers, התאים הגדולים בגופם של יונקים ואחד הבודדים syncytia. כיצד מבנים מורכבים מבחינה אבולוציונית משומר שמרכיבים אותו הם התאספו נשאר תחת חקירה. התכונות גודל והפיזיולוגיות שלהם לעתים קרובות להגביל יישומי מניפולציה והדמיה. תרבות שורות תאים הנציחו נעשתה שימוש נרחב, אבל זה יכול רק לשכפל את השלבים המוקדמים של בידול.
כאן אנו מתארים פרוטוקול המאפשר מניפולציה גנטית קלה של myofibers שמקורם myoblasts עכבר העיקרי. לאחר שבוע של בידול, את myofibers להציג התכווצות, מיושר סרקומר ואת שלשות, וכן גרעיני פריפריה. תהליך ההתמיינות כולו ניתן ואחריו הדמיה או immunofluorescence חיים. מערכת זו משלבת את היתרונות של vivo לשעבר קיימים פרוטוקולים במבחנה. האפשרות של transfection קל ויעיל כמו גםההקלות של גישה לכל שלבי הבידול מרחיבות את היישומים האפשריים. Myofibers יכול לאחר מכן לשמש לא רק כדי לענות על שאלות בביולוגיה התפתחותית תא רלוונטיות, אלא גם כדי לשחזר פנוטיפים מחלת שריר עבור יישומים קליניים.
Introduction
שרירי שלד מלחינים עד 40% ממשקל הגוף האנושי 1. הפרעות קשורות שרירים מייצגות בריאות עצומה ניטל כלכלי 2. איך זה מאוד רקמות מורכבות מאורגנות נוצרה, נשמרו, מחדש מהווה שדה מחקר מקיף ומבוסס. בהתאם העניין המדעי הספציפי, הגישה המתאימה ביותר יכולה לנוע בין תרבויות myotube פשוטות אל מסובך במודלי vivo 3 – 6.
מטרת פרוטוקול זה היא לספק מערכת במבחנה המאפשר ניטור של myogenesis באמצעות הדמיה חיה immunofluorescence. לעומת גישות מסורתיות, מערכת זו מציעה תובנה מלא ודינמי מאוד לתהליך העכבר myogenic. תאים ניתן בעקבות משלב myoblast אל myofiber הבוגר, multinucleated מוצג שלשות משוכלות וגרעינים היקפיים 7. רמת התבגרות זה יכוללהיות מושגת באמצעות ציוד תרבית תאים רגילים, ללא צורך למיכשור גירוי או מכני מורכב. למרות שחלק מוצלח במערכות חוץ גופייה דווח 8,9, למיטב ידיעתנו, זהו הפרוטוקול בלבד שהניב myofibers עכבר בוגר עם T-tubules לזווג transversally עם sarcoplasmic הרטיקולום (SR). לפיכך, מערכת במבחנה זה יכול לשמש כדי לחקור את המנגנונים המולקולריים של היווצרות שלישייה, שעדיין לא ידוע ולא מובנים 10.
יתרון נוסף של שימוש במערכת זו הוא הזמינות של משאבי עכבר במיקוד תוקף, כגון נוגדנים, סמים וכלי RNAi. הפרוטוקול פשוט יחסית ואינו דורש צעדים מדוקדקים, מניפולציה מיומנת, או ציוד יקר ומסור. Myofibers התבגר להתחיל להופיע לאחר 5 ד של בידול תרבות 7, מוצג contractility יחד עם ניצוצות סידן (נתונים שלא פורסמו). בשבוע אחד, הפיתוח השונהבשלבים אל אחד התאים המורכבים ביותר בגוף היונק ניתן ללמוד בשילוב עם מגוון רחב של מבחני חוץ גופייה.
Protocol
Representative Results
Discussion
השימוש בפרוטוקול זה לגידול של myoblasts העיקרי מוליד נישה מיוחדת שבגדול המטפחת את התפתחות myofibers. זה נובע בחלקו סוגי תאים אחרים נוכחים גם במספרים קטנים מאוד. איזון בין ריכוז myoblast וטוהר התרבות חייב להיות מושגת. תרבית תאים טובה גם תלויה באיכות של המוצרים המשמשים לגיבוש הבינוני. הכל מוצרים שמקורם מן החי צריך להיבדק ביסודיות. מניסיוננו, תנאי העיכול צריכים גם להיות במעקב.
כרגיל עבור תרבויות עיקריות, השתנות ניסיוני יכולה להיות גבוהה יותר מאשר במחקרים עם סיבים מבודדים או myoblasts הונצח. השתנות זו יכולה להצטמצם על ידי סטנדרטיזציה של רכיבים בינוני ועיכול, גיל עכברים וגודל, ואת נקודות זמן מניפולציה התרבות ואיסוף התוצאות. עם זאת, היתרון של בוחן בזמן אמת את המנגנונים המורכביםנחוץ להתפתחות myofiber עולה על חסרון ההשתנות מאוד.
פרוטוקול זה מקנה את היתרונות של גישות במבחנה מבלי להתפשר התמיינות תאים. Myofibers להבשיל עד השלשות נוצרות התכווצויות הם מצמידים את ניצוצות סידן. פלטים פונקציונליים אלה ניתן לגשת בתנאי ניסוי שונים. יתר על כן, ייתכנו שינויים טכניים רבים שנעשו בפרוטוקול. Myoblasts ניתן לקצור מעכברים בילוד עם מוטציות של עניין הנוגע להתפתחות השריר. תאים יכולים להיות lysed לאנליזה ביוכימית בנקודות זמן בידול שונות. האינדיקטורים סידן ניתן להוסיף לתרבות לעקוב הדינמיקה שלה. בונה optogenetic ניתן להשתמש כדי לאכוף מסלולי איתות מסוים או כדי לגרום לתגובות מקומיות ספציפיות. לבסוף, myofibers ניתן cocultured עם סוגי תאים אחרים כדי לחקור אינטראקציות שלהם.
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the European Research Council (ERG) and EMBO installation (ERG) and by a PhD fellowship from the Fundação para a Ciência e Tecnologia (MP).
Materials
| 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 10mg/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 | 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 200ng/ul |
| 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-Streptomycin1% 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 |
Referenzen
- 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).
- 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).
- Yaffe, D., Saxel, O. Serial passaging and differentiation of myogenic cells isolated from dystrophic mouse muscle. Nature. 270 (5639), 725-727 (1977).
- 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).
- Meng, H., Janssen, P. M. L., et al. Tissue Triage and Freezing for Models of Skeletal Muscle Disease. J Vis Exp. (89), (2014).
- Demonbreun, A. R., McNally, E. M. DNA Electroporation, Isolation and Imaging of Myofibers. J Vis Exp. (106), (2015).
- 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).
- 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).
- 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).
- Al-Qusairi, L., Laporte, J. T-tubule biogenesis and triad formation in skeletal muscle and implication in human diseases. Skelet Muscle. 1, 26 (2011).
- Vilmont, V., Cadot, B., Ouanounou, G., Gomes, E. R. A system to study mechanisms of neuromuscular junction development and maintenance. Development. , (2016).
- 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).
