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.
Los músculos esqueléticos están formados por fibras musculares, las grandes células en el cuerpo de los mamíferos y uno de los pocos sincitios. ¿Cómo las estructuras complejas y conservadas evolutivamente que lo componen se ensamblan sigue bajo investigación. Sus características de tamaño y fisiológicos a menudo limitan las aplicaciones de manipulación y de imagen. El cultivo de líneas celulares inmortalizadas es ampliamente utilizado, pero sólo puede reproducir los primeros pasos de la diferenciación.
A continuación, se describe un protocolo que permite la fácil manipulación genética de las fibras musculares procedentes de mioblastos primarios de ratón. Después de una semana de la diferenciación, las miofibras muestran la contractilidad, alineado sarcómeros y tríadas, así como núcleos periféricos. Todo el proceso de diferenciación puede ser seguido por formación de imágenes en vivo o inmunofluorescencia. Este sistema combina las ventajas de la existente ex vivo y en los protocolos in vitro. La posibilidad de transfección fácil y eficiente así comola facilidad de acceso a todas las etapas de diferenciación amplía las aplicaciones potenciales. Miofibras posteriormente se puede utilizar no sólo para abordar cuestiones de biología del desarrollo y celular pertinentes, sino también para reproducir fenotipos de la enfermedad muscular para aplicaciones clínicas.
El músculo esquelético se compone de hasta 40% del peso del cuerpo humano 1. Trastornos músculo-asociado representan una inmensa carga sanitaria y económica 2. ¿Cómo se forma este tejido altamente complejo y organizado, mantenido y regenerado constituye un campo de investigación extensa y bien establecida. Dependiendo del interés científico concreto, el enfoque más adecuado puede variar a partir de cultivos de miotubos simples hasta las más complejas en modelos in vivo 3 – 6.
El objetivo de este protocolo es proporcionar un sistema in vitro que permite el seguimiento de la miogénesis a través de imágenes en vivo e inmunofluorescencia. En comparación con los métodos tradicionales, este sistema ofrece una visión muy completa y dinámica en el proceso de miogénica ratón. Las células pueden ser seguidas desde la etapa de mioblastos a la miofibras maduras, multinucleadas se presentan tríadas transversales y núcleos periféricos 7. Este nivel de maduración puedeconseguirse utilizando equipo de cultivo celular regular, sin necesidad de aparatos estimuladores o mecánicos complejos. Aunque algunos exitosos en sistemas in vitro se han reportado 8,9, a nuestro conocimiento, este es el único protocolo de generación de las fibras maduras de ratón con los túbulos T transversalmente emparejado con retículo sarcoplásmico (SR). Por lo tanto, este sistema in vitro se puede utilizar para estudiar los mecanismos moleculares de la formación de tríada, que son aún poco conocidos 10.
Una ventaja adicional del uso de este sistema es la disponibilidad de los recursos de ratón orientada validadas, tales como anticuerpos, fármacos, y herramientas de ARNi. El protocolo relativamente simple no requiere pasos laboriosos, manipulación altamente calificado, o un equipo costoso y dedicado. Miofibras maduras comienzan a aparecer después de 5 días de la diferenciación de la cultura 7, mostrando la contractilidad junto con chispas de calcio (datos no publicados). En una semana, el diferente desarrolloetapas Al de una de las células más complejas en el cuerpo de un mamífero pueden estudiarse en combinación con una variedad de ensayos in vitro.
El uso de este protocolo para el cultivo de mioblastos primarios da lugar a un nicho especial que nutre en gran medida el desarrollo de las miofibrillas. Esto se debe en parte a otros tipos de células que también están presentes en números muy pequeños. Debe lograrse un equilibrio entre la concentración de mioblastos y la pureza del cultivo. Un buen cultivo celular también depende de la calidad de los productos utilizados para la formulación del medio. Todos los productos derivados de fuentes animales deben ser probados a fondo. En nuestra experiencia, las condiciones de digestión también debe ser monitoreada.
Como es habitual en cultivos primarios, la variabilidad experimental puede ser mayor que en los estudios con fibras aisladas o mioblastos inmortalizados. Esta variabilidad puede ser disminuida por la estandarización de los componentes del medio y la digestión, la edad y el tamaño de los ratones, y los puntos de tiempo para la manipulación de cultivo y la recogida de resultados. Sin embargo, la ventaja de examinar en tiempo real los mecanismos intrincadosnecesaria para el desarrollo de miofibras supera en gran medida el inconveniente variabilidad.
Este protocolo confiere las ventajas de los enfoques in vitro sin comprometer la diferenciación celular. Las fibras maduras hasta que se forman tríadas y las contracciones se acoplan a las chispas de calcio. Estas salidas funcionales se puede acceder en diferentes condiciones experimentales. Además, puede haber muchas variaciones técnicas efectuadas en el protocolo. Los mioblastos se pueden cosechar a partir de ratones recién nacidos con mutaciones de interés relacionados con el desarrollo muscular. Las células pueden ser lisadas para el análisis bioquímico en diferentes puntos temporales diferenciación. indicadores de calcio se pueden añadir al cultivo para seguir su dinámica. construcciones Optogenética pueden ser utilizados para hacer cumplir ciertas vías de señalización o para inducir respuestas locales específicas. Por último, las miofibras se pueden cocultivaron con otros tipos de células para estudiar sus interacciones.
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 |