이 프로토콜은 성인과 노인의 골격 근육에서 분리 및 근원 세포의 전구 세포의 문화의 강력한 재현하고 간단한 방법을 설명합니다. 여기에 사용되는 근육은 발과 다리 근육을 포함한다. 이 방법은 기능 연구를위한 주요 근육 아세포의 풍부한 인구의 분리를 할 수 있습니다.
골격 근육 항상성은 근육 성장 (비대), 위축 및 재생에 따라 달라집니다. 노화 동안 여러 질환, 근육 낭비가 발생합니다. 근육 질량 및 기능의 상실은 근육 섬유 계 위축증, 섬유 형 스위칭 위성 세포, 근육 모세포, 기타 병태 생리 학적 과정의 기능 장애와 관련된 결함이 근육 재생과 관련된다. 이러한 변화는 세포의 변화뿐만 아니라 지역 및 전신 틈새 시장과 연결되어 있습니다. 근육 노화 가장 일반적으로 사용되는 설치류 모델 이외에도,이 근육 항상성을 연구 할 필요가있다 의한 윤리적 의미로 주로 체외 배양 이루어져 인체 모델을 사용 낭비. 인간의 근육 조직 전구 세포 (MPC와)과 근육 생성의 주요 근육 아세포의 광범위한 사용에도 불구하고, 분자 메커니즘은 나이 관련 뮤스의 다양한 측면을 규제 연구하는 인간의 기본 근육 모세포와 myotube 문화를 사용하는 방법에 대한 제한적인 데이터를이CLE 낭비, 쥐의 근육에서 제안 노화의 메커니즘의 검증을 돕는. 성인 및 노인에서 고립 된 인간의 MPC와, 기본 근육 아세포 및 myotubes의 사용은 근육 성장, 위축 및 재생과 관련된 프로세스의 분자 메커니즘의 생리 관련 모델을 제공합니다. 효소 소화를 사용하여 인간의 근육 샘플에서 근육 아세포 및 myotubes – 여기에서 우리는 세부 사항에 격리와 인간의 MPC와 그들의 자손의 유지 관리를 위해 강력한 저렴 재현하고 효율적인 프로토콜을 설명합니다. 또한, 우리는 성인과 노인에서 주요 근육 아세포는 체외 문화 노화를 받아야하는 통로 수를 결정했다. 마지막으로, 이러한 근육 아세포를 형질 감염 할 수있는 능력 및 증식 및 분화 능력을 특성화하고 근육 생성 및 근육 체외 낭비 분자 메커니즘의 기능 시험을 수행하기위한 적합성을 제시하는 능력을 나타낸다. </p>
나약함에서 골격 근육 질량과 기능 결과의 질환 – 연령 관련 진보적 인 손실, 노인의 삶의 질에 강도 감소의 감소. 골격근은 약 40 %의 체질량 하나를 차지한다. 인해 지방 섬유증의 침투에 개별 근섬유 근육 품질 저하 점진적인 위축 노화 및 질병 중 1, 2, 3, 4, 5, 6을 발생한다. 최근에는 특히 설치류에서 발생하는 근육 섬유 손실은 인간 7에서 발생하지 않을 수 골격근의 노화 종 특이 차이가 발생하는 것이 제안되었다. 그럼에도 불구하고, 세 포유류의 나머지 근육 섬유 손상 및 장애의 재생에 대한 감수성을 증가 특징 <sup클래스 = "외부 참조"> 8. 성인 근육의 유지 보수 및 수리 위성 세포 (9), (10)에 의해 매개된다. 근육 손상 및 다른 중요한 단서시 위성 세포 활성화 및 증식된다. 세포의 일부는 대기 상태로 반환하고 나머지는 근육 아세포 (근육 조직 전구 세포 – MPC와)로 진행한다. 이들은 기존의 근섬유 (11)의 복구에 기여. 위성 세포의 기능은 근육 재생의 성공, 12, 13, 14, 15을 입증되었다 노화 위성 세포의 가용성의 변경을 결정한다. 또한, 이전 인간과 쥐의 근육에서 위성 세포가 전사 프로파일 스위치를 표시하고 재생 환원 전위 (16), (17) </sup> 18, 19. 이전 마우스 및 인간에서 근육 위성 세포가 또한 감소 기능 (20)에서 생성 된 노화를 겪는 것으로 밝혀졌다.
근육 항상성의 연구를 가능하게하는 가장 확립 된 세포주는 뮤린 C2C12 세포주 (21)이다. 연구의 상당량은 뮤린 차 아세포 (22)를 사용했다. 이러한 배양 뮤린 및 척추 근육 생성뿐만 아니라 근육의 재생, myotube / 근섬유 위축, 근육 질환 중에 발생, 23, 24, 25, 26 노화 비대증 공정의 상당한 이해를 이끌어왔다. 최근에, 몇몇 그룹은 근육 생성 근육 노화를 연구 인간의 기본 아세포를 사용하여 설명했다. 그러나 레가와 합의가 부족하다성인 및 노인 인간 27, 28, 29, 30, 31의 근 아세포로부터 단리 주 간의 차이 DS. 전신 및 지역 환경, 노화와 질병 6, 32, 33, 34, 개발 과정에서 발생하는 특징 차이에도 불구하고 체외 근원 세포와 myotube 문화는 근육 발달, 성장과 위축과 관련된 분자 메커니즘을 연구하기위한 가장 접근 도구 남아있다. 또한 이러한 연구는 단지 강력한를 제공 할뿐만 아니라 시험관 도구 비교적 빠르고 저렴하고 높은 처리량. 또한, 인간의 근육의 연구와 관련된 윤리적 의미는 유전자 발현의 조작과 관련된 기능 실험을 위해 의미 <em> 시험 관내 인간의 근원 세포와 myotube 문화는 척추 동물 모델 생물에 사용할 수있는 유일한 대안이 남아있다.
여기서 우리는 성인 및 노인의 근육에서 주요 근육 아세포 또는 MPC와의 강력한 저렴하고 재현성 절연을위한 간단한 실험 프로토콜을 표시하고 체외 배양 (그림 1)의 표준화 된 조건을 설명합니다. 근육의 차 문화는 일반적으로 근육 아세포 외에 섬유 아세포를 포함, 우리는 개선 된 순도 및 기본 근육 아세포의 품질에 목표로 예비 도금 공정을 사용하는 것이 좋습니다. 요약하면, 우리는 효율적이고 재현 가능한 분리, 문화, 성인 및 노인의 골격근에서 농축 및 기능 MPC와 / 주요 근육 아세포의 기능 연구를 허용하는 프로토콜을 설립했다.
여기, 우리는 신전 digitorium 브레비스, 정강 뼈 앞쪽 또는 외전 halluces 근육에서 성인과 나이 든 사람에서 근육 전구 세포 / 차 근육 아세포를 분리하는 간단하고 강력한, 저렴 재현하고 효율적인 방법을 제시한다. 이 프로토콜은 FACS- 또는 MACS-정렬과 같은보다 정교한 방법이 실제 가능 여부 없습니다 특히, 성인 및 노인 인간에서 인간의 기본 근육 아세포를 이용하여 연구를 허용하는 것을 목표로하고있다.
이 논문에 제시된 분리 방법은 약 2 시간이 소요됩니다. 근육 분리 동안 근육은 오염을 방지하기 위해 70 % 에탄올로 세척 하였다. 근육의 분해 효소를하기에 앞서 작지만 표시 조각으로 근육을 절단하고, 너무 닦지에서 세포의 손상을 방지하는 것이 중요하다. 근섬유의 해리 위성 세포 및 근육 조직 전구 세포의 분리에 소화 결과. 골격 근육의 ~ 20 ㎎, 하나의 60mm에 대한 우리의 경우(20cm 2) 배양 접시의 세포를 수확하기 위해 가장 적합한 표면의 영역이었다. 세포가 작은 표면이 세포사 및 응집을 증가 보여준 반면에 도금 큰 표면 상에 도금 된 세포는 감소 된 증식을 보였다.
분리 후, 세포 배양 및 라미닌 커버 플레이트 상에 전개. 비 코팅 된 표면의 사용은 분리의 성공을 감소시키는 경향이 있었다. 이 때문에, 세포는 바람직하게는 직접 차단 후 사전에 피복 된 표면에 채취 할 수있다. 세포를 직접 분리 한 후 비 코팅면에 수확되는 경우 섬유 아세포 – 농후 배양 아세포 유래의 세포보다 우세 할 것이다. 그렇다 라미닌에서 이러한 마트 리겔 콜라겐 계 시약과 같은 다른 세포 부착 솔루션의 사용이 이용 될 수있다. 코팅 용액은 세포 성장을 촉진 성장 인자 및 다른 화합물을 포함 할 수 있지만 이러한 셀 동작하므로 실험 결과를 변경할 수있다. 에서그것은 임의의 성장 인자 또는 다른 보수 부족으로 경험 10 μg의 / ㎖의 라미닌 최적 농도 및 위성 세포 근원 세포 부착 및 증식을위한 적절한 시약을 도포한다. 또한, 라미닌 직접 골격근 섬유를 통해 위성 세포 부착 및 이주에 중요한 기능을 재생하는 sarcolemma에 연결된 기저판에 자연적으로 존재한다.
배양 배지의 보충은 기본 근원 세포의 거동에 불리한 영향을 미칠 수있다. 이러한 FGFs 또는 IGF-I과 IGF-II와 같은 예를 들어 성장 인자 그룹 들어, FGF-2 분열 및 프로그래밍 된 세포 사멸에 대한 응답 (31) 모두를 제어하여, 차 근원 세포 배양에서다면 발현 성 효과를 갖는다. 성인 및 노인의 근육 아세포로부터 단리 기본 동작의 차이 때문에 순도 O로 할 가능성이 매우 높다 특히 때문에 엄격 배양 조건을 제어하는 것이 필요하다문화 및 장기 문화 35시 문화에서 근육 아세포를 초과하는 섬유 아 세포의 가능성 바. 우리는 섬유 아세포와 배양 물의 오염을 감소시키기 위해 비 – 코팅 표면 상 분리 제 중에 셀 1 시간 예비 도금을 사용 하였다.
우리는 설명 방법은 성인 및 노인 모두 인간 근육에서 근육 조직 선조 세포를 분리에 적합하다. 근육 조직 세포를 높은 비율로 나타낸 (도 1 MF20 면역 염색하여 가시화 MyoD 발현 및 근육 조직 특성 및 2) 및 프로세스의 기능 연구를위한 시험 관내 모델로서 사용될 수있는 바와 같이, 격리 된 셀은 셀의 대표 근원 성 집단으로 구성 근육 항상성과 관련.
이전의 연구는 인간의 기본 아세포의 분리 및 특성의 차이, 또는 이들의 부족으로부터 특징했다성인 및 노인 6, 20, 27, 28, 29, 30, 31, 35, 3, 6, 37, 38. 노인 및 / 또는 비 기능적 MPC와 인간의 존재는, (22) 6 (20)을 보여왔다. 그러나, 갓 고립 된 인간의 MPC와의 행동에 차이는 27을 표시 없습니다. 우리 프로토콜은 노인의 근육으로부터 격리 기본 아세포 증식의 감소 또는 노화 전위 적어도 부분적으로 자신의 표현형을 유지 차 아세포의 분리를 허용하고 이들의 사용을 허용(22) 노화하는 동안 근육 항상성의 분자 메커니즘의 기능 연구를위한 세포.
여기에 설명 된 방법을 사용하여 격리 된 기본 아세포는 근육 조직 분화 과정뿐만 아니라 이러한 에이징 동안 인간 근육 조직 전구 세포에서 발생하는 유전자 발현의 변화와 같은 세포 내 변화를 조사하기 위해 사용될 수있다. 그러나 장기간의 체외 배양시 세포에서 발생하는 변화는 노화 중에 발생하는 표현형과 유전자형 변화를 분석 할 때 고려 될 필요가있다. 우리는이 목적을 위해 갓 고립 된 세포를 사용하는 것이 좋습니다.
또한, 여기에 설명 된 기본 근원 세포 배양 방법은 강력한 시험 관내 기능 연구를 허용 팽창 및 일차 인간 근육 아세포의 비교적 장기 배양이 가능. 우리는 이전에 제안 된 방법을 사용하여 격리 된 근육 조직 전구 세포가 발현 프로파일 링 및 푸 모두에 사용될 수 있음을 보여 주었다근육 22 노화와 관련된 프로세스 nctional 연구. 이 방법은 성인 오래된 설치류의 근육에 적용하고 노화 및 기능 연구 (22) 중 유전 적, 후생 유전 학적 변화를 프로파일 링에 사용할 수있는 근육 아세포의 풍부한 문화 격리 수 있습니다. 이 방법의 제한은 어느 정도의 사용을 포함하는보다 복잡한 문서의 방법 6, 28, 29, 39, 40, 41, 42 사용하여 수득 할 수있는 셀이 아닌 위성 세포의 순수 인구의 혼합 집단, 43.
우리는 성인 및 노인에서 주요 근육 아세포 세포의 분리에 대한 단순화 저렴하고 재현성 프로토콜을 제시인간. 우리의 경험에 의하면, (위성 세포를-분류 FACS 등 MACS- 또는) 분리 및 인간의 기본 근육 아세포의 배양 가능한,보다 정교한 방법은 세포에 transcriptomic 또는 단백체 변화를 프로파일 링과 같은 연구의 몇 가지 유형에 이상적이다. 그러나, 이러한 방법은 고가의 전문 적어도 어느 정도 필요로 인해 순수한 차 근원 세포 배양 및 근육 아세포를 overgrowing 섬유 아세포의 낮은 증식 속도 어려울 수있다.
우리는 기능 연구에 사용하기 위해 인간의 기본 근육 아세포의 단순한 격리와 문화를 허용하는 재생 가능한 프로토콜을 제시한다. 또한, 우리는 라미닌 (42)의 사용과 성공적인 문화 (44)에 대한 핵심 요소로의 bFGF의 제한된 사용을 제안한다. 또한 세포를 분리하고, 제 1 통로 (45)에 하나의 프리 – 도금 공정시 원심 분리에 의해 발생 된 응력을 피하고 제안한다. 우리가, 요약하면격리 또한 설치류의 근육에 적용하고 표현과 근육 항상성의 기능 연구를 가능하게 성인 및 노인 인간의 근육에서 주요 근육 아세포 / MPC와 문화에 대한 효율적인 프로토콜을 최적화.
The authors have nothing to disclose.
This work is supported by the Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC; BB/L021668/1), the MRC and Arthritis Research UK as part of the MRC – Arthritis Research UK Centre for Integrated Research into Musculoskeletal Ageing (CIMA) and the Wellcome Trust Institutional Strategic Support Fund (097826/Z/11/A). The authors would like to thank Dr Dada Pisconti (University of Liverpool) for her expertise and advice in the isolation of muscle progenitor cells.
60mm Petri dishes | Greiner Bio One | 628160 | Cellstar Cell culture dish, PS, 60/15 MM, VENTS. |
Cell culture plates (6 wells) | Sigma-Aldrich | CLS3516 | Corning Costar cell culture plates. 6 well, flat bottom (Individually wrapped) . |
Cell culture plates (12 wells) | Greiner bio-one | 657 160 | Cellstar Cell culture Multiwell Plates. |
Culture flasks | Greiner Bio One | 690175 (25cm2); 658175 (75cm2). | Cellstar Filter Cap Cell Culture Flasks. |
Standard Disposable Scalpel | Granton | 91310 | Sterile stainless steel blade, pattern: 10. |
Pipettes | Greiner bio-one | 606 180 (5 ml); 607 180 (10 ml); 760 180 (25 ml) | Cellstar Serological Pipettes. |
Pasteur plastic pipettes | Starlab | E1414-0311 | 3.0ml Graduated Pasteur Pipette (Sterile), Ind. Wrapped. |
Syringe | BD | 300613 | 20 mL BD eccentric tip syringe. |
0.2 µm filters | Gilson | ALG422A | Sterile Syringe Filters CA 0.2um 33mm Pk50. |
Cell strainers | Fisher Scientific | 11597522 | Cell culture strainer sterile individually packed 70µm polypropylene. |
Collagenase D | Roche | 11088882001 | Collagenase D; ctivity: >0.15 U/mg |
Dispase II | Sigma-Aldrich | D4693 | Dispase II Protease from Bacillus polymyx. Activity: ≥0.5 units/mg solid. |
CaCl2 | Sigma-Aldrich | 449709 | Calcium chloride, anhydrous, beads, −10 mesh, ≥99.9% trace metals basis |
Laminin | Sigma-Aldrich | 114956-81-9 | Laminin from Engelbreth-Holm-Swarm murine sarcoma basement membrane. 1mg/mL. |
DMEM-high glucose | Sigma-Aldrich | D5671 | Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium – high glucose. With 4500 mg/L glucose and sodium bicarbonate, without L-glutamine and sodium pyruvate. |
F-12 media | Gibco | 21765029 | Ham's F-12 Nutrient Mix. 1x + L-glutamine. |
FGF-b | PetroTech | 100-18B | Recombinant Human Fibroblast Growth Factor-basic. |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco | 10270-106 | Fetal Bovine Serum. |
Horse serum (HS) | Sigma-Aldrich | H1270 | Horse Serum. Donor herd, USA origin, sterile-filtered. |
Penicillin-Streptomycin | Sigma-Aldrich | P0781 | Penicillin-Streptomycin with 10,000 units penicillin and 10 mg streptomycin per mL in 0.9% NaCl, sterile-filtered. |
L-Glutamine | Sigma-Aldrich | G7513 | L-Glutamine solution. 200 mM, solution, sterile-filtered. |
Trypsin-EDTA | Sigma-Aldrich | T4049 | Trypsin-EDTA solution. 0.25%, sterile-filtered. |
TrypLE Express | Gibco | 12604-013 | TrypLE Express Enzyme (1X), no phenol red. |
DPBS (cell culture) | Sigma-Aldrich | D8537 | Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline. Modified, without calcium chloride and magnesium chloride. |
PBS (immunostaining) | Sigma-Aldrich | P4417-50TAB | Phosphate buffered saline tablet. One tablet per 200 mL of deionized water (0.01 M phosphate buffer, 0.0027 M potassium chloride and 0.137 M sodium chloride, pH 7.4). |
Methanol | Fisher | M/4000/PC17 | Methanol Analytical Reagent Grade |
Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787 | Triton X-100 for molecular biology. |
anti-MF 20 antibody | DSHB | MF20-c 2ea 211 µg/ml. | MYH1E (MF 20) Mouse mAb. |
anti-MyoD antibody | Cell Signaling Technology | 13812P | MyoD1 (D8G3) XP Rabbit mAb. |
anti-Ki67 antibody | Abcam | ab16667 | Rabbit mAb to Ki67 [SP6]. |
Anti-mouse 488 secondary antibody | Invitrogen | A-11029 | Goat anti-Mouse IgG (H+L) Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 conjugate. |
Anti-rabbit 488 secondary antibody | ThermoFisher Scientific | A-11034 | Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 conjugate. |
DAPI | Sigma-Aldrich | Sigma-Aldrich | DAPI (4',6-Diamidino-2-Phenylindole, Dihydrochloride) |
Senescence β-Galactosidase Staining Kit | Cell Signaling Technology | 9860 | Senescence β-Galactosidase Staining kit. |
DMSO | Sigma-Aldrich | 41639 | Dimethyl sulfoxide. BioUltra, for molecular biology, ≥99.5% (GC). |
Acridine Orange | Sigma-Aldrich | A8097 | Acridine Orange hydrochloride solution, 10 mg/mL in H2O. |
Ethidium bromide | Sigma-Aldrich | E1510 | Ethidium bromide solution. BioReagent, for molecular biology, 10 mg/mL in H2O. |
Lipofectamine 2000 | ThermoFisher Scientific | 11668019 | Lipofectamine 2000 Transfection Reagent |
Scramble control for transfections | Qiagen | 1027271 | miScript Inhibitor Neg. Control (5 nmol) |
Hsa-miR-378a-3p miScript Primer Assay | Qiagen | 218300 | Hs_miR-422b_1 miScript Primer Assay (targets mature miRNA: hsa-miR-378a-3p). MIMAT0000732: 5'ACUGGACUUGGAGUCAGAAGGC |
Anti-hsa-miR-378a-3p miScript miRNA Inhibitor | Qiagen | 219300 | Anti-hsa-miR-378a-3p miScript miRNA Inhibitor (targets mature miRNA: hsa-miR-378a-3p). MIMAT0000732: 5'ACUGGACUUGGAGUCAGAAGGC |
Megafuge 2.0 R Centrifuge | Heraeus | 75003085 | n/a |
Centrifuge rotor | Heraeus | 3360 | Heraeus Sepatech Megafuge Centrifuge Rotor BS4402/A. Max. radius: 15.5 cm. |
Eclipse Ti-E Inverted Microscope System | Nikon | n/a | Eyepieces: CFI 10x/22; Total magnification: 100x (MF20, Live/dead and Ki67). |
Axiovert 200 inverted microscope | Carl Zeiss | n/a | Eyepieces: Carl Zeiss 1016-758 W-PI 10x/25; Total magnification: 100x (Senescence β-Galactosidase Staining). |
Axiovert 25 inverted microscope | Carl Zeiss | n/a | Eyepieces: E-PL 10x/20. Total magnification: 100x (bright field). |
Diaphot Inverted Tissue Culture Microscope | Nikon | n/a | Eyepiece: CFWN 10x/20. Total magnification: 100x (bright field). |
Hydromount | National Diagnostics | HS-106 | Hydromount |