Isolation of Adipogenic and Fibro-Inflammatory Stromal Cell Subpopulations from Murine Intra-Abdominal Adipose Depots
Summary
이 프로토콜은 형광 활성화 세포 분류 또는 면역자기 비드 분리를 통해 쥐 복강 내 백색 지방 조직(WAT) 저장소에서 지방 형성 및 섬유 염증성 기질 세포 하위 집단을 분리하는 기술적 접근 방식을 설명합니다.
Abstract
백색 지방 조직(WAT)의 기질-혈관 분획(SVF)은 매우 이질적이며 성인기에 WAT의 확장 및 리모델링에 기능적으로 기여하는 수많은 세포 유형으로 구성됩니다. 이러한 세포 이질성의 의미를 연구하는 데 있어 엄청난 장벽은 in vitro 및 in vivo 분석을 위해 기능적으로 구별되는 cell subpopulation을 WAT SVF에서 즉시 분리할 수 없다는 것입니다. 단세포 염기서열 분석 기술은 최근 성체 마우스의 복강 내 WAT 저장소에서 기능적으로 뚜렷한 섬유-염증성 및 지방형성 PDGFRβ+ 혈관 주위 세포 하위 집단을 식별했습니다. 섬유-염증성 전구세포(‘FIP’라고 함)는 전염증성 표현형을 발휘할 수 있는 비지방성 콜라겐 생성 세포입니다. PDGFRβ+ 지방세포 전구세포(APC)는 세포 이식 시 in vitro 및 in vivo 모두에서 지방성이 높습니다. 여기에서는 쥐 복강 내 WAT 저장소에서 이러한 기질 세포 하위 집단을 분리하는 여러 방법을 설명합니다. FIP 및 APC는 FACS(Fluorescence-Activated Cell Sorting) 또는 비오틴화 항체 기반 면역자기 비드 기술을 활용하여 분리할 수 있습니다. 분리된 세포는 분자 및 기능 분석에 사용할 수 있습니다. 기질 세포 하위 집단의 기능적 특성을 개별적으로 연구하면 세포 수준의 생리학적 또는 병리학적 조건에서 지방 조직 리모델링에 대한 현재 지식이 확장될 것입니다.
Introduction
백색 지방 조직(WAT)은 포유류의 에너지 저장을 위한 주요 위치를 나타냅니다. 이 조직 내에서 지방 세포 또는 “지방 세포”는 트리글리세라이드 형태로 과도한 칼로리를 저장하며, 이는 큰 단안 지질 방울로 포장됩니다. 또한, 지방세포는 에너지 항상성의 다양한 측면을 조절하는 다양한 인자를 분비합니다 1,2,3. 지방세포는 WAT 부피의 대부분을 구성합니다. 그러나 지방세포는 WAT 4,5에서 발견되는 전체 세포의 50% 미만만 차지합니다. WAT의 비지방세포 구획 또는 기질-혈관 분획(SVF)은 매우 이질적이며 혈관 내피 세포, 조직 거주 면역 세포, 섬유아세포 및 지방세포 전구세포(APC) 집단을 포함합니다.
WAT는 에너지 저장에 대한 수요가 증가함에 따라 규모를 확장할 수 있는 놀라운 능력이 탁월합니다. WAT에 지질을 적절하게 저장하면 비지방 조직으로의 유해한 이소성 지질 침착을 방지할 수 있으므로 이러한 조직 가소성을 유지하는 것이 필수적이다6. 개별 WAT 저장소가 과잉 칼로리에 대응하여 이러한 팽창을 겪는 방식은 비만 환경에서 인슐린 감수성을 결정하는 중요한 요인이다7. 대사 증후군이 있는 비만 개체에서 관찰되는 병리학적 WAT 확장은 대사적으로 유리한 피하 지방 조직을 희생하면서 내장 WAT 저장소의 우선적인 확장을 특징으로 합니다. 또한, 비만에서 인슐린 저항성은 WAT의 병리학적 리모델링과 관련이 있습니다. 이것은 기존 지방 세포의 비대 성장(크기 증가), 부적절한 혈관 신생, 만성 대사 염증, 세포 외 기질 구성 요소의 축적(섬유증) 및 조직 저산소증을 특징으로 합니다 8,9. 이러한 비만의 WAT 표현형은 지방이영양증(기능적 WAT의 부재) 상태에서 관찰되는 것과 유사하게 간 지방증 및 인슐린 저항성과 관련이 있습니다. 대조적으로, 건강한 WAT 확장은 대사적으로 건강한 비만 인구에서 관찰되며, 지방세포 증식을 통한 보호적인 피하 WAT의 우선적 확장 및 저장소 확장이 특징이다10. 새로운 지방세포의 모집은 지방세포 전구세포(APC)에서 새로운 지방세포 분화(de novo adipocyte differentiation)에 의해 매개됩니다(“지방형성”이라고 함). 지방세포 증식은 WAT 섬유증 및 대사 염증의 정도가 상대적으로 낮은 것과 일치합니다 6,11. WAT 미세환경 내의 다양한 세포 유형은 비만에서 WAT의 건강과 확장성에 직접적인 영향을 미친다12. 따라서 WAT에 존재하는 다양한 세포 유형의 기능을 정의하는 것은 이 분야의 높은 우선 순위로 남아 있습니다.
지난 10년 동안 인간 및 마우스 WAT SVF13에서 네이티브 APC를 정의하고 격리하기 위해 몇 가지 전략이 채택되었습니다. 이러한 전략은 항체 기반 세포 분리 기술을 사용하여 일반적인 중간엽 줄기/전구 세포 마커의 세포 표면 발현을 기반으로 APC를 분리합니다. 이러한 접근법에는 형광 활성화 세포 분류(FACS), 형광단 표지 항체 사용 또는 면역자기 비드 분리(즉, 화학적으로 변형된 항체)가 포함됩니다. APC의 분리를 대상으로 하는 세포 표면 단백질에는 PDGFRα, PDGFRβ, CD34 및 SCA-1이 포함됩니다. 이러한 접근 방식은 APC를 강화하는 데 도움이 되었습니다. 그러나 이러한 마커를 기반으로 분리된 세포 집단은 매우 이질적입니다. 매우 최근의 단일 세포 RNA 염기서열분석(scRNA-seq) 연구는 murine WAT 14,15,16,17의 분리된 기질-혈관 분획(SVF) 내에서 기질 세포의 분자 및 기능적 이질성을 강조했습니다. 자체 scRNA-seq 및 기능 분석을 통해 성체 마우스의 복강 내 WAT의 기질 구획에서 기능적으로 구별되는 면역 조절 및 지방형성 PDGFRβ+ 혈관 주위 세포 하위 집단을 식별하고 특성화했습니다15. 섬유-염증 전구체(Fibro-inflammatory precursors, FIPs)는 PDGFRβ+ 세포의 두드러진 부분집단을 나타내며 LY6C 발현(LY6C+ PDGFRβ+ 세포)을 기반으로 분리할 수 있습니다15. FIP는 지방형성 능력이 부족하고, 다양한 자극에 대해 강력한 전염증 반응을 일으키며, 콜라겐을 생성하고, 항지방형성 인자를 분비한다15. 이러한 세포의 전염증성 및 섬유화 활성은 생쥐의 비만과 관련하여 증가하며, 이는 이러한 세포가 WAT 리모델링의 조절자로 연루됩니다. LY6C- CD9- PDGFRβ+ 부분집단은 지방세포 전구세포(APC)를 나타냅니다. 이러한 APC는 Pparg 및 기타 지방유발 유전자의 발현이 풍부하며, in vitro 및 in vivo15에서 성숙한 지방세포로 쉽게 분화할 수 있다. 여기에서는 FACS를 사용하여 성체 마우스의 복강 내 WAT 저장소에서 이러한 별개의 세포 집단을 분리하고 비오틴화 항체를 사용한 면역자성 비드 분리를 위한 자세한 프로토콜을 제공합니다. 이 프로토콜은 성체 남성 및 여성 마우스의 여러 복강 내 WAT 저장소에서 기능적으로 구별되는 지방 전구 세포 하위 집단을 분리하는 데 사용할 수 있습니다15. 이러한 기능적으로 구별되는 세포 집단을 고립된 상태에서 연구하는 것은 건강과 질병에서 지방 형성 및 복강 내 지방 조직 리모델링을 조절하는 분자 메커니즘에 대한 현재의 이해에 크게 기여할 수 있습니다.
아래 프로토콜은 쥐 부고환 WAT에서 지방 전구 세포의 분리에 대해 자세히 설명합니다. 그러나, 동일한 절차를 사용하여 수컷 및 암컷 마우스 모두의 장간막 및 후복막 WAT 저장소로부터 해당 세포를 분리할 수 있다15. 마우스에서 이러한 저장소를 식별하고 격리하는 방법에 대한 자세한 프로토콜은 Bagchi et al.18에서 찾을 수 있습니다. 이 프로토콜은 생후 6-8주 된 마우스의 사용에 최적화되었습니다. APC의 빈도 및 분화 능력은 노화와 관련하여 감소할 수 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
마우스의 C57BL/6 균주는 다이어트로 인한 비만 연구에서 가장 많이 사용되는 마우스 균주입니다. C57BL/6 마우스는 고지방 식단(HFD)을 섭취할 때 체중이 급격히 증가하고 비만과 관련된 대사 증후군의 두드러진 특징(예: 인슐린 저항성 및 고지혈증)이 발생합니다. 특히, 고지방 식단(HFD) 급여와 관련하여 발생하는 WAT 확장은 창고 특이적 방식으로 발생한다 19,20,21,22,23.<sup clas…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자들은 탁월한 기술적 도움을 준 Lisa Hansen과 Kirsten Vestergaard, 그리고 원고를 비판적으로 읽어준 P. Scherer, N. Joffin, C. Crewe에게 감사를 표한다. 저자들은 여기에 설명된 프로토콜 개발에 탁월한 지침과 도움을 준 UTSW 유세포분석 코어에 감사를 표합니다. R.K.G.는 NIH NIDDK R01 DK104789, NIDDK RC2 DK118620 및 NIDDK R01 DK119163에 의해 지원됩니다. JP는 Innovation Fund Denmark의 박사 전 상을 후원합니다.
Materials
| Mechanical Tissue Preparation and SVF Isolation | |||
| 40 and 100 µm cell strainers | Fisher Scientific | 352340/352360 | |
| 1X Phosphate buffered saline (PBS) | Fisher Scientific | 21040CV | |
| 5ml polypropylene tubes | Fisher Scientific | 352053 | |
| Digestion Buffer (for 10mL) | |||
| 10 ml HBSS | Sigma | H8264 | |
| 10 mg Collagenase D (1 mg/ml final cc.) | Roche | 11088882001 | |
| 0.15 g BSA (1.5 % final cc.) | Fisher Scientific | BP1605-100 | |
| Immunomagnetic separation of APCs and non-APCs | |||
| 5X MojoSort Buffer (MS buffer) | BioLegend | 480017 | |
| 5 ml MojoSort Magnet (MS magnet) | BioLegend | 480019 | |
| 100 µL MojoSort Streptavidin Nanobeads | BioLegend | 480015 | |
| Purity Check and FACS | |||
| 10X Red Blood Cell Lysis Buffer | eBioscience | 00-4300-54 | |
| Fc block (Mouse CD16/CD32) | eBioscience | 553141 | |
| Antibodies | |||
| Biotin CD45 | BioLegend | 103103 | Concentration: ≤ 0.25 µg per 10^6 cells Species: Mouse Clone: 30-F11 |
| Biotin CD31 | BioLegend | 102503 | Concentration: ≤ 0.25 µg per 10^6 cells Species: Mouse Clone: MEC13.3 |
| Biotin CD9 | BioLegend | 124803 | Concentration: ≤ 0.25 µg per 10^6 cells Species: Mouse Clone: MZ3 |
| Biotin LY6C | BioLegend | 128003 | Concentration: ≤ 0.25 µg per 10^6 cells Species: Mouse Clone: HK1.4 |
| CD31-PerCP/Cy5.5 | BioLegend | 102419 | Concentration: Dilution 1:400 Species: Mouse Clone: 390 |
| CD45-PerCP/Cy5.5 | BioLegend | 103131 | Concentration: Dilution 1:400 Species: Mouse Clone: 30-F11 |
| CD140b PDGFRβ-PE | BioLegend | 136006 | Concentration: Dilution 1:50 Species: Mouse Clone: APB5 |
| LY6C-APC | BioLegend | 128016 | Concentration: Dilution 1:400 Species: Mouse Clone: HK1.4 |
| CD9-FITC | BioLegend | 124808 | Concentration: Dilution 1:400 Species: Mouse Clone: MZ3 |
| Cell Culture and Differentiation | |||
| Gonadal APC Culture media (for 500mL) | |||
| 288 mL DMEM with 1 g/L glucose | Corning | 10-014-CV | |
| 192 mL MCDB201 | Sigma | M6770 | |
| 10 mL Fetal bovine serum (FBS)** lot#14E024 | Sigma | 12303C | |
| 5 mL 100% ITS premix | BD Bioscience | 354352 | |
| 5 mL 10 mM L-ascorbic acid-2-2phosphate | Sigma | A8960-5G | |
| 50 µL 100 g/ml FGF-basic | R&D systems | 3139-FB-025/CF | |
| 5 mL Pen/Strep | Corning | 30-001-CI | |
| 500 µL Gentamycin | Gibco | 15750-060 | |
| **NOTE: The adipogenic capacity of primary APCs can vary from lot to lot of commercial FBS. Multiple lots/sources of FBS should be tested. |
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