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.
Скелетные мышцы состоят из мышечных волокон, самых больших клеток в организме млекопитающих и один из немногих синцитий. Как сложные и эволюционно консервативными структуры, составляющие его собираются остается под следствием. Их размер и физиологические особенности часто ограничивают манипуляции и визуализации приложений. Культура линии иммортализованных клеток широко используется, но она может реплицироваться только ранние этапы дифференцировки.
Здесь мы опишем протокол, который позволяет легко генетической манипуляции миофибрилл, происходящих из первичных миобластов мыши. После одной недели дифференцировки миофибриллы отображения сократимости, выровнены саркомеры и триады, а также периферийные ядра. Весь процесс дифференциации может сопровождаться живого изображения или иммунофлюоресценции. Эта система сочетает в себе преимущества существующих ех естественных условиях и в пробирке протоколов. Возможность легкого и эффективного трансфекцией, а такжелегкость доступа ко всем этапам дифференциации расширяет возможности применения. Миофибрилл впоследствии может быть использован не только для решения актуальных вопросов развития и клеточной биологии, но и воспроизвести фенотип мышечных заболеваний для клинического применения.
Скелетная мышца составляет до 40% от человеческого веса тела 1. Мышечные-ассоциированные расстройства представляют собой огромное здоровье и экономическое бремя 2. Как это очень сложная и организованная ткань формируется, поддерживается и регенерируют представляет собой обширную и устоявшуюся область исследований. В зависимости от конкретного научного интереса, наиболее подходящий подход может варьироваться от простых myotube культур до комплекса в естественных условиях модели 3 – 6.
Цель этого протокола заключается в создании системы в пробирке , которая позволяет осуществлять мониторинг миогенеза через живого изображения и иммунофлюоресценции. По сравнению с традиционными подходами, эта система предлагает очень полное и динамическое представление о процессе миогенного мыши. Клетки можно проследить со стадии миобластов к зрелой, многоядерные мышечное волокно , где отображаются поперечные триад и периферийные ядра 7. Этот уровень может Созреваниебыть достигнута с помощью обычных клеточных культур оборудования, без необходимости использования сложных стимулирующими или механических устройствах. Хотя некоторые успеха в системах пробирке было зарегистрировано 8,9, насколько нам известно, это единственный протокол генерации зрелых мышечные волокна мышь с Т-трубочек трансверсально спаренных с саркоплазматического ретикулума (СР). Таким образом, эта система в пробирке могут быть использованы для изучения молекулярных механизмов формирования триады, которые до сих пор плохо понимаемые 10.
Еще одно преимущество использования этой системы является наличие апробированных мыши, ориентированных ресурсов, таких как антитела, лекарственные препараты и средства RNAi. Относительно простой протокол не требует трудоемких шагов, высококвалифицированной манипуляции или дорогой и специализированное оборудование. Зрелые миофибриллы начинают появляться после 5 дней культуры дифференциации 7, показывая сократимость в сочетании с кальцием искр (неопубликованные данные). В течение одной недели, различные разработкиAl этапы одной из самых сложных клеток в организме млекопитающих , могут быть изучены в сочетании с различными анализов в лабораторных условиях .
Использование этого протокола для выращивания первичных миобластов приводит к специальной нише, что в значительной степени подпитывает развитие миофибрилл. Это частично из-за других типов клеток, которые также присутствуют в очень небольшом количестве. Баланс между концентрацией миобластов и чистоту культуры должна быть достигнута. Хорошая культура клеток также зависит от качества продуктов, используемых для среднего состава. Все продукты, полученные из животных источников должны быть тщательно проверены. По нашему опыту, следует также контролировать условия пищеварения.
Как обычно для первичных культур, экспериментальная изменчивость может быть выше, чем в исследованиях с изолированными волокнами или бессмертных миобластов. Эта изменчивость может быть уменьшена путем стандартизации средних и переваривания компонентов, мышей возраста и размера, а также моменты времени для манипулирования культуры и сбора результатов. Тем не менее, преимущество тщательного в реальном масштабе времени замысловатые механизмынеобходимых для развития мышечное волокно значительно превосходит изменчивость недостаток.
Этот протокол дает преимущества подходов в пробирке без ущерба для дифференцировки клеток. Миофибрилл созревают до образования триады и сокращения связаны с искрами кальция. Эти функциональные выходы могут быть доступны в различных экспериментальных условиях. Кроме того, может быть много технических вариаций, внесенных в протокол. Миобластов могут быть собраны из новорожденных мышей с мутациями, представляющие интерес, связанных с развитием мышц. Клетки можно лизировать для биохимического анализа в различные моменты времени дифференцировки. Индикаторы кальция могут быть добавлены к культуре, чтобы следовать за ее динамикой. Оптогенетика конструкции могут быть использованы для обеспечения определенных сигнальных путей, или для индукции специфических локальных ответов. И, наконец, миофибриллы могут быть культивируют совместно с типами других клеток для изучения их взаимодействия.
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 |
||
Dissection Medium | in IMDM Glutamax supplemented 10% FBS 1% Penicillin-Streptomycin sterile filtered |
||
Growth Medium | in IMDM Glutamax supplemented 20% FBS 1% Chicken Embryo Extract 1% Penicillin-Streptomycin1% Penicillin-Streptomycin sterile filtered |
||
Differentiation Medium | in IMDM Glutamax supplemented 2% Horse Serum 1% Penicillin-Streptomycin sterile filtered |
||
Blocking Solution | in DPBS 10% Goat Serum 5% BSA add 0.1% saponine when incubating with primary and secondary antibodies |