Dit protocol beschrijft een robuuste, reproduceerbare en eenvoudige methode van isolatie en de cultuur van myoblast stamcellen uit de skeletspieren van volwassen en ouderen. De spieren die hier gebruikt behoren voet- en beenspieren. Deze aanpak maakt het isoleren van een verrijkte populatie van primaire myoblasten voor functionele studies.
Skeletspieren homeostase hangt af van de spiergroei (hypertrofie), atrofie en regeneratie. Tijdens veroudering en in een aantal ziekten, spieratrofie optreedt. Verlies van spiermassa en functie wordt geassocieerd met type spiervezels atrofie, soort vezel omschakeling, slecht werkende spier regeneratie geassocieerd met disfunctie van satelliet-cellen, spier stamcellen, en andere pathofysiologische processen. Deze veranderingen zijn geassocieerd met veranderingen in intracellulaire evenals lokale en systemische niches. Naast meest gebruikte diermodellen voor veroudering spier, er behoefte spier homeostase bestuderen en verspillen met menselijke modellen, die vanwege ethische implicaties bestaan voornamelijk uit in vitro culturen. Ondanks het brede gebruik van menselijke Myogene Progenitor Cells (MTR) en primaire myoblasten in myogenesis, is er beperkte gegevens over het gebruik van menselijke primaire myoblasten en myotube culturen te bestuderen de moleculaire mechanismen tot regeling van de verschillende aspecten van het ouder worden muskel wasting, hulp bij de validatie van mechanismen van veroudering voorgesteld in knaagdieren spier. Het gebruik van menselijke mediterrane partnerlanden, primaire myoblasten en myotubes geïsoleerd van volwassen en oude mensen, zorgt voor een fysiologisch relevante model van de moleculaire mechanismen van processen die verband houden met de spiergroei, atrofie en regeneratie. Hier beschrijven we in detail een robuuste, goedkope, reproduceerbare en efficiënt protocol voor de isolatie en het onderhoud van menselijke MTR en hun nageslacht – myoblasten en myotubes van menselijk spierweefsel monsters met behulp van enzymatische digestie. Verder hebben we de passagegetal waarbij primaire myoblasten van volwassenen en ouderen ondergaan senescentie in een in vitro kweek bepaald. Tenslotte tonen we de mogelijkheid om deze myoblasten transfecteren en de mogelijkheid om hun proliferatieve en differentiatiecapaciteit karakteriseren en stellen hun geschiktheid voor het uitvoeren van functionele studies van de moleculaire mechanismen van myogenese en spieratrofie in vitro. </p>
Ziekte- en leeftijdsgebonden progressief verlies van spiermassa en functie resulteert in zwakheid, daling van de sterkte en de afname van de kwaliteit van leven van ouderen. Skeletspieren goed voor ongeveer 40% body mass 1. Tijdens veroudering en ziekte, progressieve atrofie van individuele spiervezels en vermindering van spiermassa kwaliteit door de infiltratie van vet en fibrose 1, 2, 3, 4, 5, 6. Onlangs is voorgesteld dat soort-specifieke verschillen in vergrijzing van skeletspieren voorkomen, dat specifiek spiervezel verlies ontstaan bij knaagdieren kan optreden bij mensen 7. Toch is de resterende spiervezels van oude zoogdieren worden gekenmerkt door een verhoogde gevoeligheid voor schade en verminderde regeneratie <supclass = "xref"> 8. Volwassen spier reparatie en onderhoud wordt gemedieerd door satellietcellen 9, 10. Bij spierblessure en andere relevante signalen, satelliet-cellen worden geactiveerd en vermenigvuldigen. Een deel van de cellen terug naar de rusttoestand en de rest vordert in myoblasten (Myogene Progenitor Cellen – MTR). Deze dragen bij aan herstel van de bestaande myofiber 11. De functionaliteit van de satelliet cellen bepaalt het succes van spierregeneratie en de veranderingen in satellietcellen beschikbare veroudering werd aangetoond 12, 13, 14, 15. Bovendien satelliet cellen van de spier van oude mensen en knaagdieren liet een transcriptionele profiel schakelaar verkleinde regeneratief potentieel 16, 17, </sup> 18, 19. Satellietcellen van spierweefsel oude muizen en mensen hebben ook aangetoond dat senescentie wat resulteert in hun beperkte functionaliteit 20 ondergaan.
De meest gevestigde cellijn waardoor de studie van de spier homeostase is muizen C2C12 cellijn 21. Een aanzienlijke hoeveelheid studies hebben ook murine primaire myoblasten 22. Deze culturen hebben geleid tot een aanzienlijke begrip van muizen en gewervelde myogenese en spierregeneratie, myotube / myofiber atrofie en hypertrofie processen die optreden tijdens spierziekte en veroudering 23, 24, 25, 26. Recenter zijn verschillende groepen beschreven met menselijke primaire myoblasten tot myogenesis en spier verouderingsstudie. Echter, er is een gebrek aan consensus met regards verschillen tussen primaire myoblasten geïsoleerd uit de spier van volwassen en oude mensen 27, 28, 29, 30, 31. Ondanks verschillen kenmerk de systemische en lokale omgeving optreedt tijdens de ontwikkeling, veroudering en ziekte 6, 32, 33, 34, in vitro myoblasten en myotube culturen blijven de meest toegankelijke gereedschappen voor de studie van moleculaire mechanismen van spierontwikkeling, groei en atrofie. Bovendien zijn deze studies niet alleen een robuust, maar ook een relatief snelle, goedkope en zeer snelle in vitro tool. Bovendien ethische implicaties in verband met studies van de menselijke spieren betekenen dat voor functionele experimenten met manipulaties van genexpressie <em>, In vitro humane myoblasten en myotube culturen blijft het enige alternatief beschikbaar is voor gewervelde model organismen.
Hier tonen wij een eenvoudige experimentele protocol voor robuuste, goedkope en reproduceerbare isolatie van primaire myoblasten of MTR, van de spier van volwassenen en ouderen en beschrijven gestandaardiseerde omstandigheden in vitro kweek (figuur 1). Als primaire culturen uit de spieren bevatten meestal fibroblasten naast myoblasten, adviseren wij een preplating stap met het oog op een betere zuiverheid en kwaliteit van de primaire myoblasten. Om samen te vatten, hebben we een protocol waardoor een efficiënte en reproduceerbare isolement, cultuur en functionele studies van verrijkte en functionele MTR / primaire myoblasten van skeletspieren van volwassen en ouderen vastgesteld.
Hier presenteren we een eenvoudige, robuuste, goedkope, reproduceerbare en efficiënte wijze om spier- progenitorcellen / primaire myoblasten van volwassen en oudere mensen uit extensor digitorium brevis, tibialis anterior of abductor halluces spieren. Dit protocol beoogt studies laten met menselijke primaire myoblasten van volwassen en oudere mensen, vooral wanneer meer geavanceerde methoden, zoals FACS- of MACS-sortering, niet mogelijk of niet praktisch.
De isolatiemethode in dit manuscript duurt ongeveer 2 uur. Tijdens spier isolatie, spier werd gewassen in 70% ethanol om besmetting te voorkomen. Vóór dissociatie van de spier enzymatische, is het belangrijk om de spier in kleine maar zichtbare deeltjes en voorkomen celbeschadiging door teveel hakken. De vertering leidt tot de dissociatie van spiervezels en de afgifte van satellietcellen en myogene voorlopercellen. In ons geval voor ~ 20 mg skeletspier, een 60 mm(20 cm 2) Petrischaal het meest geschikt oppervlak voor het oogsten van de cellen. Cellen uitgeplaat op een groter oppervlak toonde verminderde proliferatie, terwijl cellen uitgeplaat op een kleiner oppervlak toonde verhoogde celdood en agglutinatie.
Wanneer de cellen werden de cellen gekweekt en uitgebreid op laminine bedekte platen. Het gebruik van niet-gecoate oppervlakken neiging om het succes van de isolatie verminderen. Daarom kunnen cellen bij voorkeur worden geoogst van een vooraf gecoate oppervlak onmiddellijk na isolatie. -Fibroblasten verrijkte culturen plaats overheersen dan myoblasten afgeleide cellen als de cellen na isolatie direct geoogst op een niet-gecoat oppervlak. Naast laminine, kan het gebruik van andere celhechting oplossingen zoals Matrigel en collageen gebaseerde reagentia worden gebruikt. Bekledingsoplossingen omvatten groeifactoren en andere verbindingen die celgroei bevordert, maar deze kunnen de cel verlopen en dus de experimentele resultaten veranderen. Inonze ervaring, 10 ug / ml laminine is de optimale concentratie en passende coating reagens voor satellietcellen en myoblasten hechting en proliferatie wanneer het ieder groeifactor of andere aanvullingen. Bovendien laminine is van nature aanwezig in de basale lamina, direct gekoppeld aan de sarcolemma, die een belangrijke functie in de satelliet celhechting en migratie speelt door de skeletspieren vezel.
De aanvulling van het kweekmedium kan ook een nadelige invloed op het gedrag van de primaire myoblasten. Bijvoorbeeld groeifactor groepen, zoals FGF en IGF hebben pleiotrope effecten op primaire myoblasten kweken met FGF-2 het regelen zowel mitogene en geprogrammeerde celdood reactie 31. Daarom moet strikt controle van de kweekomstandigheden, vooral omdat de verschillen in het gedrag van primaire myoblasten geïsoleerd uit spier van volwassenen en ouderen zijn zeer waarschijnlijk te wijten aan de zuiverheid of de culturen en de waarschijnlijkheid van fibroblasten overschrijding van de myoblasten in cultuur tijdens de lange termijn culturen 35. Wij hebben 1 uur pre-plating van de cellen tijdens de eerste splitsing op een niet-beklede oppervlak om de besmetting van de kweken met fibroblasten verminderen.
De werkwijze beschrijven we is geschikt voor het isoleren myogene progenitor cellen van de spieren van zowel volwassen en oudere mensen. De geïsoleerde cel bestaat uit een representatieve myogene celpopulatie zoals aangegeven door een hoog percentage van myogene cellen (MyoD expressie en myogene eigenschappen gevisualiseerd door MF20 immunokleuring in figuren 1 en 2) en kan worden gebruikt als een in vitro model voor functionele studies van processen geassocieerd met spier homeostase.
Eerdere studies hebben het isolement en de verschillen in eigenschappen, of het gebrek daaraan, van humane primaire myoblasten van gekenmerktvolwassenen en ouderen 6, 20, 27, 28, 29, 30, 31, 35, 3 6, 37, 38. Het bestaan van geriatrische en / of niet-functionele humane MTR aangetoond 6, 20, 22. Echter geen verschil in het gedrag van vers geïsoleerde humane MTR is ook aangetoond 27. Ons protocol maakt de isolatie van primaire myoblasten die ten minste gedeeltelijk het fenotype behouden, zoals een verminderde proliferatieve potentiële of senescentie van primaire myoblasten geïsoleerd uit spieren van ouderen en maakt het gebruik van dezecellen voor functionele studies van de moleculaire mechanismen van spier homeostase gedurende het ouder 22.
De primaire myoblasten die als hier beschreven kan worden gebruikt niet alleen voor myogene differentiatie studies, maar ook voor intracellulaire veranderingen, zoals veranderingen in genexpressie voorkomt in de menselijke myogene precursorcellen tijdens veroudering te onderzoeken. Echter, veranderingen die optreden in cellen tijdens langdurige ex vivo kweken moeten worden overwogen bij het analyseren fenotypische en genotypische veranderingen tijdens veroudering. We raden het gebruik van vers geïsoleerde cellen voor dit doel.
Bovendien is de primaire myoblast kweekmethode beschreven maakt expansie en relatief lange termijn kweek van primaire humane myoblasten, waardoor krachtige in vitro functionele studies. We hebben eerder aangetoond dat myogene progenitorcellen geïsoleerd met behulp van onze werkwijze kan worden gebruikt voor expressie pro functional studies van processen die verband houden met veroudering spier 22. Deze methode is ook toepasbaar op de spieren van volwassen en oude knaagdieren en maakt isoleren van een verrijkte cultuur van myoblasten die kan worden gebruikt voor het profileren van genetische en epigenetische veranderingen tijdens veroudering en functionele studies 22. De beperkingen van deze werkwijze omvatten het gebruik van, in zekere mate, gemengde celpopulatie in plaats van een zuivere populatie van satelliet-cellen, die kunnen worden verkregen met behulp verfijndere gepubliceerde methoden 6, 28, 29, 39, 40, 41, 42, 43.
We presenteren een vereenvoudigde, betaalbare en reproduceerbare protocol voor de isolatie van primaire myoblasten cellen uit volwassen en oudermens. In onze ervaring, de beschikbare, meer geavanceerde methoden van isolatie en cultuur van humane primaire myoblasten (zoals MACS- of FACS gesorteerde satelliet-cellen) zijn ideaal voor sommige soorten van studies, zoals profilering transcriptomische of proteoom veranderingen in de cellen. Echter, deze methoden zijn duur, vereisen ten minste enige mate van deskundigheid en kan moeilijk zijn vanwege de lage proliferatieve percentage zuivere primaire myoblasten kweken en fibroblasten begroeiing myoblasten.
Wij presenteren een reproduceerbare protocol dat toelaat de eenvoudige isolatie en kweek van primaire humane myoblasten voor functionele studies. Daarnaast stellen we het gebruik van laminine 42 en het beperkte gebruik van bFGF als belangrijkste factoren voor een succesvolle kweek 44. We stellen ook voor het vermijden van de stress gegenereerd door centrifugeren bij het splitsen van de cellen en een pre-plating stap bij de eerste passage 45. Om samen te vatten, we hebbengeoptimaliseerde efficiënt protocol voor het kweken van primaire myoblasten / MPL uit de spieren van volwassen en oude mensen die ook voor de spieren van knaagdieren en maakt expressie en functionele studies van spier homeostase.
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 |