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.
骨格筋は筋繊維、最大の哺乳類の体内の細胞と少数の合胞体の1で構成されています。どのようにそれを構成する複雑かつ進化的に保存された構造が組み立てられていることは調査中のまま。その大きさと生理的機能は、多くの場合、操作およびイメージングアプリケーションを制約します。不死化細胞株の培養物が広く使用されているが、それだけで、分化の初期段階を複製することができます。
ここでは、初代マウス筋芽細胞由来の筋線維の簡単な遺伝子操作を可能にするプロトコルを記述します。分化の1週間後、筋線維は収縮、整列サルコメアと三和音、ならびに末梢核を表示します。全分化プロセスは、ライブイメージングまたは免疫蛍光法によって追跡することができます。このシステムは、既存のex vivoでのおよびin vitroプロトコルにおける利点を兼ね備えています。簡単かつ効率的なトランスフェクションの可能性だけでなく、すべての分化段階へのアクセスの容易さは、潜在的な用途を広げます。筋線維は、その後、関連する発達および細胞生物学の問題に対処するだけでなく、臨床応用のための筋肉疾患の表現型を再現するだけでなく、使用することができます。
骨格筋は、体重1の40%までを構成します。筋肉関連障害は、莫大な健康と経済的負担2を表します。この非常に複雑で組織化組織が、形成され維持され、再生されどのように広範かつ十分に確立された研究分野を構成しています。 6 –特定の科学的関心に応じて、最も適したアプローチは、単純な培養筋管からのin vivoモデル3 における複合体に及ぶことができます。
このプロトコルの目的は、ライブイメージングおよび免疫蛍光を通して筋形成の監視を可能にするin vitroのシステムを提供することです。従来のアプローチと比較すると、このシステムは、マウス筋原プロセスに非常に完全かつダイナミックな洞察を提供しています。細胞は、筋芽細胞の段階から横方向三和音と周辺核7を表示する成熟した、多核筋線維を追跡することができます。この成熟レベルすることができます複雑な刺激または機械的な装置を必要とせず、定期的な細胞培養装置を用いて達成することができます。 試験管内システムにおけるいくつかの成功が我々の知る限り、8,9を報告されているが、これは横方向に小胞体(SR)と対になったT管と成熟したマウスの筋線維を生成する唯一のプロトコルです。したがって、このインビトロ系ではまだ不十分10を理解されトライアド形成の分子メカニズムを研究するために使用することができます。
このシステムを用いることのさらなる利点は、このような抗体、薬物、およびRNAiツールとして検証マウスターゲットリソースの利用可能性です。比較的単純なプロトコルは面倒な手順、高度に熟練した操作、または高価で専用の機器を必要としません。成熟した筋線維は、カルシウムスパーク(未発表データ)に結合された収縮性を表示し、培養分化7の5日後に現れる開始します。 1週間では、さまざまな開発哺乳類の身体の中で最も複雑なセルの一つのアル段階は、 インビトロアッセイの様々な組合せで試験することができます。
一次筋芽細胞の培養にこのプロトコルの使用を大幅に筋線維の発達を育む特別なニッチを生じさせます。これはまた、非常に少数で存在する他の細胞型に部分的に起因します。筋芽細胞濃度および培養純度のバランスが達成されなければなりません。良好な細胞培養はまた、培地製剤に使用される製品の品質に依存します。動物源由来すべての製品は、徹底的にテストする必要があります。我々の経験では、消化条件も監視する必要があります。
初代培養のためにいつものように、実験的な変動は、単離された繊維または不死化筋芽細胞を用いた研究に比べて高くすることができます。この変動は、培地、消化成分、マウスの年齢およびサイズ、および培養操作と結果の収集のための時間ポイントの標準化によって減少することができます。それにもかかわらず、複雑なメカニズムをリアルタイムで精査の利点筋線維の開発に必要な大幅に変動欠点を凌駕しています。
このプロトコルは、細胞分化を損なうことなく、インビトロのアプローチの利点を与えます。三和音が形成されており、収縮はカルシウムスパークに結合されるまで、筋線維が成熟します。これらの機能の出力は異なる実験条件でアクセスすることができます。また、プロトコルに作られた多くの技術的なバリエーションが存在し得ます。筋芽細胞は、筋肉の発達に関連する関心の変異を有する新生児マウスから採取することができます。細胞は、異なる分化時点で生化学分析のために溶解され得ます。カルシウムインジケーターは、そのダイナミクスを追跡するために培養物に添加することができます。光遺伝学の構築物は、特定のシグナル伝達経路を強制するか、特定のローカル応答を誘導するために使用することができます。最後に、筋線維は、それらの相互作用を研究するために、他の細胞型と共培養することができます。
The authors have nothing to disclose.
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).
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 |
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Dissection Medium | in IMDM Glutamax supplemented 10% FBS 1% Penicillin-Streptomycin sterile filtered |
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Growth Medium | in IMDM Glutamax supplemented 20% FBS 1% Chicken Embryo Extract 1% Penicillin-Streptomycin1% Penicillin-Streptomycin sterile filtered |
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Differentiation Medium | in IMDM Glutamax supplemented 2% Horse Serum 1% Penicillin-Streptomycin sterile filtered |
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Blocking Solution | in DPBS 10% Goat Serum 5% BSA add 0.1% saponine when incubating with primary and secondary antibodies |