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.
Os músculos esqueléticos são compostos de miofibras, as maiores células no corpo de um mamífero e um dos poucos sincicios. Como as estruturas complexas e evolutivamente conservadas que o compõem são montados permanece sob investigação. Suas características de tamanho e fisiológicas, muitas vezes restringir aplicativos de manipulação e de imagem. A cultura das linhas celulares imortalizadas é amplamente usada, mas ela só pode replicar os primeiros passos de diferenciação.
Aqui, descrevemos um protocolo que permite a manipulação genética fácil de miofibras provenientes de mioblastos principal do mouse. Após uma semana de diferenciação, as miofibras exibir contractilidade, alinhados sarcómeros e tríades, bem como núcleos periféricos. Todo o processo de diferenciação pode ser seguido por meio de imagens ao vivo ou imunofluorescência. Este sistema combina as vantagens de a existente ex vivo e em protocolos in vitro. A possibilidade de fácil e eficiente, assim como a transfecçãoa facilidade de acesso a todos os estágios de diferenciação amplia as aplicações potenciais. Miofibras podem subsequentemente ser utilizados não só para responder a questões de desenvolvimento e biologia celular relevantes, mas também para reproduzir fenótipos da doença muscular para aplicações clínicas.
O músculo esquelético compõe-se de 40% do peso do corpo humano 1. Distúrbios associados com musculares representam uma imensa de saúde e dos custos económicos 2. Como este tecido altamente complexo e organizado é formado, mantidos e regenerado constitui um campo de pesquisa extensa e bem estabelecida. Dependendo do interesse científico específico, a abordagem mais adequada pode variar entre culturas miotubos simples aos mais complexos modelos in vivo 3 – 6.
O objetivo deste protocolo é o de proporcionar um sistema in vitro que permite a monitorização de miogênese através de imagens ao vivo e imunofluorescência. Em comparação com as abordagens tradicionais, este sistema oferece uma visão muito completa e dinâmica no processo miogênica mouse. As células podem ser seguidas a partir da fase de mioblastos ao myofiber madura, multinucleadas exibindo tríades transversais e núcleos periféricos 7. Este nível de maturação podeser obtida utilizando equipamento de cultura celular normal, sem a necessidade de aparelhos estimuladores ou mecânicos complexos. Embora algumas bem sucedidas em sistemas in vitro têm sido relatados 8,9, a nosso conhecimento, este é o único protocolo de gerar fibras musculares maduras rato com a T-túbulos transversalmente emparelhado com Sarcoplasmic Reticulum (SR). Assim, este sistema in vitro pode ser utilizada para estudar os mecanismos moleculares da formação tríade, que são ainda pouco compreendidos 10.
Uma outra vantagem da utilização deste sistema é a disponibilidade de recursos destinados-rato validadas, tais como anticorpos, drogas e instrumentos de ARNi. O protocolo relativamente simples não requer etapas trabalhosas, manipulação altamente qualificados, ou equipamentos caros e dedicado. Myofibers amadureceu começam a aparecer após 5 d de diferenciação de cultura 7, exibindo contratilidade juntamente com faíscas de cálcio (dados não publicados). Em uma semana, o desenvolvimento diferenteal fases de uma das células mais complexas no corpo de um mamífero pode ser estudada em combinação com uma variedade de ensaios in vitro.
A utilização deste protocolo para a cultura de mioblastos primários dá origem a um nicho especial que alimenta grandemente o desenvolvimento de miofibras. Isto é parcialmente devido a outros tipos de células que estão também presentes em números muito pequenos. Um equilíbrio entre a concentração de mioblastos e pureza da cultura deve ser alcançado. Uma cultura de células boa também depende da qualidade dos produtos utilizados para a formulação de meio. Todos os produtos derivados de origem animal deve ser cuidadosamente testado. Em nossa experiência, as condições de digestão também devem ser monitorados.
Como é habitual para culturas primárias, variabilidade experimental pode ser maior do que em estudos com fibras isoladas imortalizadas ou mioblastos. Esta variabilidade pode ser diminuída pela normalização dos componentes do meio e da digestão, ratos idade e o tamanho, e os pontos de tempo para a manipulação de cultura e recolha de resultados. No entanto, a vantagem de analise em tempo real, os mecanismos complicadosnecessárias para o desenvolvimento de células musculares ultrapassa grandemente a desvantagem da variabilidade.
Este protocolo confere as vantagens de abordagens in vitro sem comprometer a diferenciação celular. Miofibras maduras até tríades são formados e as contracções são acoplados a faíscas de cálcio. Estas saídas funcionais podem ser acessados em diferentes condições experimentais. Além disso, pode haver muitas variações técnicas introduzidas no protocolo. Os mioblastos podem ser colhidas a partir de ratos neonatais com mutações de interesse relativamente ao desenvolvimento muscular. As células podem ser lisadas para análise bioquímica em diferentes pontos no tempo de diferenciação. indicadores de cálcio pode ser adicionado à cultura de seguir a sua dinâmica. construções optogenética pode ser usada para impor certas vias de sinalização ou para induzir respostas locais específicos. Finalmente, as miofibras podem ser co-cultivadas com outros tipos de células para estudar as suas interacções.
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 |