我们提出了一种方案,通过消化缓冲液中的连续组织消化、循环离心循环的细胞采集以及使用抗大鼠CD31微珠进行细胞纯化,从大鼠心脏分离内皮和冠状内皮细胞。
结果表明,内皮内皮细胞(EECs)和冠状内皮细胞(CECs)在原点、发育、标记和功能上有所不同。因此,这两个细胞群在心脏疾病中起着独特的作用。目前涉及分离内皮细胞的研究研究由ECs和CEC组成的细胞群。该协议概述了一种独立分离这两个细胞群的方法,用于细胞特异性表征。在收集左右心室自由壁后,外表面和内表面的内皮细胞使用消化缓冲液分别释放。外表面和内内侧层的连续消化保留了两个内皮细胞群的分离。通过识别每个种群特有的标记,进一步验证了EE和CEC的单独隔离。基于先前在小鼠心脏中发布的单细胞RNA分析,Npr3、Hapln1和Cdh11基因表达是ECs所独有的; Npr3而Fabp4、Mgll和MgllCd36基因表达是CECs独有的。qPCR数据显示,这些特征标记在各自的样本中具有丰富的表达,表明EEC和CEC分离成功,以及细胞表型的维持,从而进行进一步的细胞特异性功能分析。
本文提供了一个详细的协议(从Gladka等人1)的解剖和随后分离的内皮内皮细胞(EECs)和冠状内皮细胞(CECs)从大鼠心脏。独立调查这些细胞群的能力将有助于探索各种心脏病背后的细胞类型特异性机制,这些机制可以作为潜在的治疗目标。然而,一种独立收集这些细胞群的成功方法尚未公布。
中氯在心脏发育和疾病,,1、2、3、4、5、6、72的病因、1标记和功能方面与EE不同。5,6,7,34EEC 源于心脏中皮3的腹腔表面。它们产生于Flk1+祖细胞,响应VEGF和HIF信号,并形成发育心脏三个离散区域的最内层:中庭、心室和窦静脉间3,6。6遗传谱系追踪表明,共和静脉间细胞的多能内卡细胞衍生出静脉细胞,它们迁移形成亚皮细胞层3。随后,亚皮质层分化成冠状动脉和静脉,包括中氯体,它们仍然穿过外围心室自由壁33、4。4这种内皮通路由VEGFC、ELA/APJ和SOX17信号33、4、6、8、94,6,8,9调节。心室内卡通过未知机制3得出干预性隔膜的CCS较少。随后,EEC 和 CEC 之间的局部分化由特定于这两个细胞群的标记建议,包括 CCS 中的5, Mgll、Fabp4和Cd36表达,或 EEC中的, Npr3、Cdh11和Hapln1 表达式。 Fabp4,
EE 和 CEC 在心脏功能中起着不同的作用。内卡到膜过渡,阀门形成,腔成熟,流出道调节,和三角管开发取决于EECs6。或者,CEC有助于血管运动性音和冠状动脉炎症11。这些功能差异导致疾病发展中的个体作用4,4,12。例如,有证据表明,功能故障的EEC可能导致先天性瓣膜疾病6,非压状心肌6,心律失常作用6,心肌纤维化13,左心脏低塑性综合征13,心室发育不良13,心脏肥大12。同样,研究发现异常的CECs导致冠状动脉疾病14和血栓形成11。
成功分离EE和中氯是全面了解这两个细胞群的必要条件,这两种细胞群可用于研究和临床环境。确定这些细胞群的生长和分化因子将为诱导多能干细胞(iPSCs)的内皮亚型的分化提供参考。此外,完整地识别 EEC 和 CC 的发展、调节和功能的差异对于以细胞类型特定的方式了解导致许多心脏病的基因组和表观基因组因子至关重要。本文概述了独立收集EE和CECs的步骤,并通过评估细胞类型特异性标记的基因表达水平提供分离证据。
CEC 和 EECs 在起源、标记和功能上有所不同,因此在发展和疾病中可以发挥独特的作用。现有的内皮细胞分离协议仅限于大血管组织,忽略了EE的收集,从而限制了对CEC和EEC特定功能的研究。分离和研究这两个种群至关重要,因为这种知识将为将iPSC分化为CCs和EE提供参考,供今后研究,并有助于检查这些细胞群的各种心脏疾病的潜在治疗目标。这一新颖的协议概述了一种将EE与成年大鼠心室自由壁外表面隔离的方法。
在此协议中非常精确地控制每个步骤的计时至关重要。由于大鼠心脏组织中EEC的数量非常有限,我们最大限度地减少了心脏内层的消化时间,以防止细胞损伤,更重要的是,CEC污染。立即添加EC介质溶液来终止酶反应对于保持高细胞生存能力也非常重要。细胞收集后的红颗粒表明存在大量的RBC。根据RBC污染量,可以添加1-2 mL的RBC淋液液化缓冲液来降解RBC。 孵化必须仔细定时,以避免对细胞造成重大损害,并立即添加PBS以终止反应。利用目前的协议,我们能够从六个大鼠心脏分离出10个5个EE。这些细胞可以种子到细胞培养皿上,以进一步扩张和表征。
在为自由壁收集准备组织时,用HBSS洗涤心脏以去除大部分剩余的RBC。 HBSS是推荐的介质,由于其外观清晰,能够对血细胞进行可视化,而DMED含有苯酚红色。消化缓冲液的组成确保内皮细胞的充分解放,其中细胞消化酶剥离暴露细胞的组织,DNase I从死细胞中消除DNA,促进细胞分离,可能受DNA的粘合质量抑制细胞分离,HEPES缓冲平衡pH值,DMEM是一种经过修饰的基底介质,氨基酸和维生素浓度较高,用于更好地维持细胞,并含有激活细胞活性所必需的钙。
根据从人类15和小鼠心脏10获得的单细胞RNA测序(scRNA-seq),报告了几个归因于特定EC种群的标记。我们选择了一些最丰富的基因来检查分离的EE(即Npr3、Cdh11和Hapln1)和ECs(即Mgll、Fabp4和Cd36)的纯度。 Npr3 Fabp4相对于ββ-Actin、Npr3、Cdh11和Hapln1标记,表明与CECs相比,EECs的表达性有所增加。 Npr3 Cdh11同样,与EE相比,在CECs中,Mgll、Fabp4和Cd36标记的表达也更大。 Fabp4每个样本的唯一表示标记分别与 EC 和 CEC 特有的标记一致,表明分离成功。
然而,目前的协议不能排除两个EC种群在隔离期间交叉污染的可能性,即使经过严格控制的顺序消化也是如此。因此,一些细胞表面标记可以应用于进一步纯化。例如,NPR3通常标记内卡10,而APJ可以跟踪大多数CEC16。由于这两个标记在细胞表面表示,它们可用于荧光活性细胞分拣(FACS),以及用于进一步纯化不同EC种群的抗体。此外,人类15和小鼠10心脏scRNA-seq可以确认在ECS中浓缩Npr3,Cd36Cd36可能用于CEC纯化。 Npr3
最后,所提出的议定书概述了EE和C与大鼠心脏的独立隔离。通过细胞隔离实现细胞特性的全面识别可用于重要的下游应用。
The authors have nothing to disclose.
作者非常感谢王玲丽博士在动物协议方面的帮助,以及斯坦福儿科部提供基础设施支持。这项工作得到了NIH/NHLBI K99 HL135258(至M.G.)的支持。
4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid (HEPES) | Gibco | 15630080 | 1M |
15ml Tubes | Eppendorf | 0030122151 | |
50ml Tubes | Nunc | 339652 | |
5ml Tubes | Eppendorf | 30119401 | |
ACK Lysing Buffer | Gibco | A1049201 | |
Anti-CD31 PE | Miltenyi Biotec | 130-115-505 | |
Anti-PE microbeads | Miltenyi Biotec | 130-048-801 | |
Bovine serum albumin (BSA) | Miltenyi Biotec | 130-091-376 | 10% |
CFX384 Touch Real-Time PCR Detection System | Bio-rad | 1855485 | For qPCR |
DNAse I | Worthington | LK 003172 | 1 mg/mL in water |
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Gibco | 10313021 | |
Endothelial Cell Growth Medium-2 (EGM-2) | Lonza | CC-3162 | EC Medium |
Ethylendiaminetetraacetic Acid (EDTA) | Invitrogen | 15575020 | 0.5 M |
Hank's Balanced Salt Solution (HBSS) X1 | Gibco | 14025092 | |
Hard-Shell 384-Well PCR Plates, thin wall, skirted, clear/white | Bio-rad | HSP3805 | For qPCR |
High-Capacity cDNA Reverse Transcription Kit | Applied Biosystems | 4368813 | |
Liberase TM | Sigma Aldrich | 5401119001 | 5 mg/mL |
MACS LS Column | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | For EC isolation |
MACS MultiStand | Miltenyi Biotec | 130-042-302 | For EC isolation |
Microseal 'B' PCR Plate Sealing Film, adhesive, optical | Bio-rad | MSB1001 | For qPCR |
Narrow Pattern Forceps | F.S.T | 11002-12 | For heart harvest |
Nylon Sterile Strainer | Falcon | 352340 | 40 mm |
Phosphate Buffered Saline (PBS) X1 | Gibco | 1001023 | |
PowerUp SYBR Green Master Mix | Applied Biosystems | A25780 | For qPCR |
Quick-RNA Microprep Kit | Zymo Research | R1050 | For RNA extraction |
S&T Forceps – SuperGrip Tips | F.S.T | 00632-11 | For heart harvest |
Strabismus Scissors – Tungsten Carbide | F.S.T | 14574-11 | For heart harvest |
Vannas Spring Scissors – Microserrated | F.S.T | 15007-08 | For heart harvest |