כאן, אנו מציעים שיטה ביעילות להשיג סיבי שריר בודד בשלב מוקדם לאחר לידה התפתחותית מ homozygous מוטציה Lamin δ 8-11 מודל העכבר, מודל חמור מאוד עבור השרירים נייל-דרייפוס ניוון שרירים (edmd).
אוטוזומבית הדומיננטי נייל-דרייפוס ניוון שרירים (EDMD) נגרמת על ידי מוטציות ב- Lmna gene, אשר מקודד את מסוג A-type גרעינית, חלבונים ביניים בינוניים הסובלים מעטפת גרעינית ורכיבים של האופאופלזמה. אנו דיווחו לאחרונה כי בזבוז שרירים ב EDMD ניתן לייחסו הפנימי אפיגנטי תפקוד המשפיעים על השריר (לווין) תאי גזע קיבולת רגנרטיבית. בידוד ותרבות של מיויוסיבי יחיד היא אחת הגישות הפיזיולוגיות ביותר לשעבר vivo לפקח על התנהגות תאים לווין בתוך הנישה שלהם, כפי שהם נשארים בין הבסיס לאמינה סביב סיבים ואת sarcolemma. לכן, היא מייצגת פרדיגמה ניסויית שאינה יסולא בפז ללמוד תאי לווין ממגוון דגמים מורניים. כאן, אנו מתארים שיטה מותאמת מחדש לבודד סיבים שלמים וקיימא מיותמים מן השרירים לאחר לידה הקודם (ה, החדש החדש, פושט הסוליה הארוך, חלזונות והסוליה). בעקבות פרוטוקול זה, הצלחנו ללמוד תאי לווין מ Lamin δ 8-11 -/-עכברים, מודל החמור edmd מוראו, רק 19 יום לאחר הלידה.
אנו מפרטים את הליך הבידוד, כמו גם את תנאי התרבות להשגת כמות טובה של סיבים מיואלה ושלהם הקשורים בתאי הלווין-צאצאי נגזר. כאשר מתורבת הצמיחה-גורמי בינוני עשיר, תאי לווין נגזר עכברים סוג פראי להפעיל, מתרבים, ובסופו של דבר להבדיל או לעבור התחדשות עצמית. ב homozygous Lamin δ 8-11-/-עכברים מוטנטים יכולות אלה לקויי פגיעה.
טכניקה זו, אם מלווה בקפדנות, מאפשרת ללמוד את כל התהליכים המקושרים לתאי הלווין המשויכים לאלה גם בשלב מוקדם של לאחר לידה בשלבים ההתפתחותיים ובשרירים שבריריים.
שריר השלד הוא רקמה הבדיל עם אחת היכולת המורחבת ביותר להתחדש לאחר תרגיל או טראומה1. מאפיין זה הוא בעיקר בשל נוכחותם של תאי גזע, הנקרא תאי לווין בגלל המיקום ההיקפי שלהם בין לאמינה הבסיס ואת פלמאלאמה של מיוסיבי2. במהלך פיתוח לאחר לידה, תאי לווין מתרבים ובהדרגה להבדיל, ובכך לתרום צמיחת שריר השלד. פעם אחת בבגרות, תאי לווין נכנסים למצב שקט הפיך, ועל טראומה פיזיולוגית או פתולוגית, הם מפעילים, מתרבים ומבדילים כדי לתקן את השרירים הפגועים3. פגמים בקיבולת של תאים לווין כדי לעבור כראוי דרך שלבים אלה משובי שונים ולעבור התחדשות עצמית היתה קשורה היטב לבזבוז שרירים, או במהלך הזדקנות פיזיולוגית4,5,6 או במחלות ניווניות שרירים, כגון שרירי dystrophies7,8,9,10.
שתי גישות התרבות העיקריות קיימות כדי ללמוד תאים לווין ex-vivo: תרבויות מיוגניים הראשי של תאים מונונותים, מכנית וכימית הנתק מתוך שריר שלם11,12; או תרבות של מיוסיבים מבודדים13,14,15,16,17,18,19,20. במקרה הראשון, התהליך של בידוד תאים לווין כרוך הטריטורציה של שרירי שלם שחולצו מן העכבר, עיכול כימי, סינון, פלורסנט המופעל מיון התא (FACS)21. הליך זה, אם כי יעיל בבידוד תאי לווין ממגוון דגמים, כרוך במספר משתנים החושפים תאי לווין לסטרס ומשבש את הנישה הפיזיולוגית שלהם22,23. לעומת זאת, בידוד בסיבים כרוך בעיכול עדין יותר של רקמת השריר עם אנזימים משפילים מטריקס וגריסה מכנית הגורמת טראומה מופחתת לתאי גזע20. גישה זו השנייה מאפשרת אחזור הרבה יותר יעיל של תאי לווין קיימא, כי נשארים מחוברים פיזית היותסיבים שלהם בין הבסיס טרף ואת sarcolemma, ובכך מאפשר ניתוח בתוך נישה פיזיולוגית שלהם19,20.
פרוטוקולים רבים ושונים הוצעו במהלך השנים האחרונות כדי לבודד כראוי וביעילות בודד סיבי מיויום משרירי השלד. כבר ב 1986 Bischoff הציע פרוטוקול כדי לבודד סיבים מן כופף הדיגיטלי בקצר13 ומעלה, ב 1995, רוזנבלט ואח ‘ שינתה את הפרוטוקול כדי לקבל הפרדה יעילה יותר של סיבים מיוי114. מאז, מחברים רבים אחרים הציעו הליכים מותאמים על שרירים אחרים, כגון פושט היתר (אדי) והתהליכים הטיביים הקדמי (TA)15,16,17,18,19,20, כי הם יותר, אפילו אם יותר שברירי, השרירים14. לאחר מכן ניתן לטפח את הסיבים המבודדים באמצעות הדבקה, כדי לאפשר הרחבה של תאי לווין הנגזרים מmyoblasts או בתנאים צפים, עד 96 שעות, כדי לעקוב אחר צאצאים הנגזרים מתאי לווין בודדים19 (איור 1). ריכוזים משתנים של סרום בתוך המדיום התרבותי משמשים להפעלת תאי לווין הפעלה, התפשטות ו/או בידול, כדי ללמוד את יכולתם לעבור דרך תקינה בשלבים אלה שונים1.
לאחרונה תיארנו את המנגנון האפיגנטי מאחורי התשישות של הבריכה תא גזע הלוויין במודל העכבר של EDMD, Lamin δ 8-11-/-עכבר7. מאז עכברים אלה בדרך כלל מתים בין 4-8 שבועות של גיל24, בשל אובדן שרירים חמורים, נעשה ניסיון ללכוד את הפגמים המולקולריים הבסיסיים התחלתה של המחלה על ידי התמקדות הניתוח שלנו על פיתוח שרירים שלאחר לידה. שצפים בודדים מיוסיבים היו מבודדים ומתורבתים מסוג פראי, Lamin δ 8-11 -/-מוטציה7 19 ימים עכברים. בשלב זה, פגמים בשריר כבר ברור, אבל עכברים עדיין קיימא. עם זאת, מאז כל הפרוטוקולים שהוזכרו לעיל עבור הפקת סיבים בודדים היו ממוטבים עבור שרירי השלד של עכברים למבוגרים, היינו צריכים להתאים אותם למטרות שלנו: עכברים קטנים מאוד בתקופת הגיל והגודל, ומאוד שברירי מיוסיבי. כך, אנו מתארים כאן שלנו הסתגלות מחדש של הפרוטוקול המוצע על ידי המעבדה רודניקי19 כדי לקבל מספר משמעותי של מיוסיבי קיימא יחיד מעכברים במהלך פיתוח לאחר לידה ומפני השרירים הדיסטרומכולה חמורה, כגון אלה שנגזר lamin δ 8-11 -/-עכברים24. המטרה הסופית של גישה זו היא לספק הליך מתוקננת למחקר של מיותסיבים הקשורים בתאי גזע שרירים בכל מודל עכבר אחר כאשר השלבים המוקדמים של פיתוח לאחר לידה הם של עניין, או במקרה של מודלים העכבר נושאים כל מחלה ספציפית שהופך את הסיבים האלה רגישים יותר ללחץ מכני.
בידוד של סיבים מיותמים בודד היא שיטה חיונית בתחום של מיוגנזה כאשר המטרה העיקרית היא לאפיין את יכולות הרגנרציה של תאים בתאי גזע שרירים בתוך הנישה שלהם, בתנאים בריאים ופתולוגיים. עם זאת, כאשר מחקרים ביוכימיים או גנומית הם עניין, תאי לווין מבודדים FACS עשוי להיות האופציה הטובה ביותר.
בידוד מיואיים יחיד מאפשר לעקוב לשעבר vivo, אבל בדרך הפיזיולוגית ביותר, את הדינמיקה של כל השלבים תאים לווין לעבור במהלך התחדשות שרירים, כי הם: הפעלה, תא החטיבה (אסימטרי ו סימטרי), בידול ולחזור לשקט על ידי התחדשות עצמית. ברגע שהסיבים האלה גדלים בתנאים צפים, תאי הלווין היחידים מפעילים ומתרחבים ויוצרים מקבץ של תאים, כולם הנובעים מתא לווין זהה. ניתוח אימונוoforסנס להפצה, בידול, הפעלה או שטדיות סמנים הוא לאחר מכן אופטימלי כדי לכמת את הפרופורציה בין שלבי התאים.
הצעד העיקרי בפרוטוקול שלנו כדי להשיג סיבים קיימא ושלמים יכול להיחשב ניתוח שרירים מהירה אך עדין, על ידי בידוד גיד אל גיד, כדי למנוע נזק שרירים. העצה שלנו היא להשתמש רק מספריים חדים מלקחיים חדים קטנים להגביל את כל ההליך לניתוח שרירים לעשר דקות. כאשר קשה לבודד שרירים קטנים מאוד (כלומר, אדי ו-TA), אפשר לחתוך אותם יחד ומאוחר יותר לחלק אותם באמצעות מספריים עדינים חיתוך לאורך תוכנית האורך בעקבות הסיבים. אסטרטגיה זו תעניק בסופו של דבר פחות סיבים מיותמים, אך הכדאיות לא תהיה בסכנה. את אותו הדבר יש לבצע על שרירים גדולים כמו גקטמיוס כדי להקל על העיכול. אופטימיזציה של זמן העיכול, אשר צריך להיות מאומת בצורה מדעית, ומניפולציה מינימלית של סיבים מבודדים הם גם שני היבטים קריטיים עבור התוצאה החיובית של ניתוח עוקבות.
היתרון של הפרוטוקול המדווח כאן הוא שניתן למרוח על עכברים קטנים מאוד (בגיל ובמימד), גם כאשר השרירים שלהם מאוד שבירים. גם אם לא מוזכר לעיל, ניתן לבצע את הפרוטוקול הזה של הניתוח כדי לאחר מכן התרבות מיותסיבים לתקופה ארוכה יותר באמצעות מרתף מצופה ממברנה מנות18,19. חשוב לשקול כי מצב זה הוא שונה לחלוטין ממצב צף, שבו גירויים הדבקה וגירויים קרבה נעדרים.
The authors have nothing to disclose.
אנו מודים לאנדריאה ביאנצ, לרשת האיטלקית של Laminopathies ולחברי המעבדה לתמיכה ולכל ההערות הקונסטרוקטיביות. אנו אסירי תודה על קיארה cordiglieri עבור עזרה יקר במיקרוסקופ קונפוקלית וקד. המחברים מודים לד ר ביאטריס ביפראלי על עזרתה בצילום תמונות לאיורים. העבודה שהוצגה כאן נתמכת על-ידי המענק הראשון שלי בחיל האוויר הקיסרי נ. 18535, AFM-שידור נ. 21030, שר הבריאות האיטלקי נ. GR-2013-02355413 וקאריפלו 2017-0649 C.L. C.M. נתמך על ידי המענק שלי AIRC הראשון n. 18993 ו-AFM-ש22489 ידור לשנת.
4′,6-diamidino-2-phenylindole | Sigma | D9542 | |
Chicken embryo extract | Seralab | CE650-DL | |
Collagenase type I | SIGMA | C0130-500MG | |
Donkey anti-Rabbit 488 antibody | Thermofisher | R37118 | to be used 1:200 |
Dulbecco's modified Eagle's medium | Gibco | 10569-010 | |
Fetal bovine serum | Corning | 35-015-CV | |
Horse serum | Gibco | 26050-088 | |
MyoG antibody | Millipore | 219998 | to be used 1:100 |
Paraformaldehyde | SIGMA | P6148 | |
Pax7 antibody | Developmental studies Hybridoma bank |
to be used 1:20 | |
Penicillin and Streptomycin | Euroclone | ECB3001D | |
Phosphate saline buffer | Euroclone | ECB4004L | |
Prolong gold antifade mountant | Thermofisher | P36930 | |
Triton X-100 | SIGMA | T8787 | |
Tween-20 | SIGMA | P1379 | |
Lab equipment | Manufacturer | ||
Bunsen burner | |||
Confocal microscope | Leica | ||
Diamond pen | bio-optica | ||
Dissection pins | |||
FACS polypropylene tubes | Falcon | ||
Falcon tubes (50 and 15 mL) | Falcon | ||
Glass coverslips | Thermofisher | ||
Glass Pasteur pipettes (22cm) | VWR | ||
Glass slides | Thermofisher | ||
Micro dissecting scissors | |||
Micropipette (1 mL and 200 µL) | Gilson | ||
Micropipette tips | Corning | ||
Petri dishes (100 and 35 mm diameter) | Thermofisher | ||
Plastic pipettes (5 and 10 mL) | VWR | ||
Rubber pipette bulbs | VWR | ||
Sharp tweezers | |||
Stereo dissection microscope with transmission illumination | Leica | ||
Tissue culture hood or lamina flow cabinet | |||
Tissue culture incubator (humidified, 37°C, 5% CO2) | |||
Water bath at 37°C | VWR |