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.
Les muscles squelettiques sont composés de myofibres, les plus grandes cellules dans le corps d'un mammifère et l'un des rares syncytia. Comment les structures complexes et évolutives conservées qui le composent sont assemblés toujours sous enquête. Leur taille et physiologiques caractéristiques limitent souvent les applications de manipulation et d'imagerie. La culture des lignées de cellules immortalisées est largement utilisé, mais il ne peut se répliquer les étapes précoces de la différenciation.
Ici, nous décrivons un protocole qui permet une manipulation génétique aisée des fibres musculaires provenant de myoblastes de souris primaires. Après une semaine de différenciation, les myofibres affichent contractilité, alignés sarcomères et les triades, ainsi que des noyaux périphériques. Le processus de différenciation complète peut être suivie d'imagerie en temps réel ou immunofluorescence. Ce système combine les avantages de l'existant ex vivo et dans des protocoles in vitro. La possibilité de transfection facile et efficace, ainsi quela facilité d'accès à tous les stades de différenciation élargit les applications potentielles. Myofibres peut ensuite être utilisé non seulement pour répondre aux questions de la biologie du développement et de cellules pertinentes, mais aussi de reproduire phénotypes de la maladie musculaire pour les applications cliniques.
Muscle squelettique compose jusqu'à 40% du poids du corps humain 1. Troubles musculaires associées représentent un immense fardeau sanitaire et économique 2. Comment ce tissu très complexe et organisé est formé, entretenu et régénéré constitue un champ de recherche approfondie et bien établie. En fonction de l'intérêt scientifique particulier, l'approche la plus adaptée peut varier de cultures de myotubes simples à complexes dans des modèles in vivo 3 – 6.
L'objectif de ce protocole est de fournir un système in vitro qui permet le suivi de la myogenèse grâce à l' imagerie en direct et immunofluorescence. Par rapport aux approches traditionnelles, ce système offre un aperçu très complet et dynamique dans le processus myogénique de la souris. Les cellules peuvent être suivies à partir du stade de myoblastes à la maturité, myofibres multinucléées affichage triades transversales et des noyaux périphériques 7. Ce niveau de maturation peutêtre réalisé en utilisant un équipement habituel de culture cellulaire, sans nécessiter de dispositifs stimulateurs ou mécaniques complexes. Bien que certains succès dans des systèmes in vitro ont été signalés 8,9, à notre connaissance, ceci est le seul protocole de génération de souris myofibres matures avec T-tubules transversalement jumelé avec réticulum sarcoplasmique (SR). Ainsi, ce système in vitro peut être utilisé pour étudier les mécanismes moléculaires de la formation triade, qui sont encore mal connus 10.
Un autre avantage de ce système réside dans la disponibilité des ressources de souris ciblées validées, telles que des anticorps, des médicaments et des outils d'ARNi. Le protocole relativement simple ne nécessite pas d'étapes laborieuses, la manipulation hautement qualifiée, ou de l'équipement coûteux et dédié. Myofibres échues commencent à apparaître après 5 d de différenciation de culture 7, affichant la contractilité couplé avec des étincelles de calcium (données non publiées). En une semaine, le développement différental étapes de l' une des cellules les plus complexes dans le corps d'un mammifère peuvent être étudiés en combinaison avec une variété d'essais in vitro.
L'utilisation de ce protocole pour la culture des myoblastes primaires donne lieu à un créneau particulier qui nourrit grandement le développement de myofibres. Ceci est partiellement dû à d'autres types de cellules qui sont également présentes en très petits nombres. Un équilibre entre la concentration de myoblastes et la pureté de la culture doit être atteint. Une bonne culture de cellules dépend également de la qualité des produits utilisés pour la formulation de milieu. Tous les produits dérivés d'origine animale doivent être soigneusement testés. Dans notre expérience, les conditions de digestion doivent également être surveillés.
Comme d'habitude pour les cultures primaires, la variabilité expérimentale peut être plus élevé que dans les études avec des fibres isolées ou myoblastes immortalisés. Cette variabilité peut être diminuée par la normalisation des moyens et la digestion des composants, des souris âge et la taille, et les points de temps pour la manipulation de la culture et des résultats collection. Néanmoins, l'avantage de scruter en temps réel les mécanismes complexesnécessaire pour le développement de myofibre dépasse largement l'inconvénient de la variabilité.
Ce protocole confère les avantages des approches in vitro sans compromettre la différenciation cellulaire. Myofibres matures jusqu'à triades sont formées et les contractions sont couplées à des étincelles de calcium. Ces sorties fonctionnelles sont accessibles dans différentes conditions expérimentales. En outre, il peut y avoir de nombreuses variantes techniques apportées au protocole. Les myoblastes peuvent être récoltées à partir de souris néonatales avec des mutations d'intérêt liés au développement musculaire. Les cellules peuvent être lysées pour une analyse biochimique à différents points de temps de différenciation. Les indicateurs de calcium peuvent être ajoutés à la culture à suivre sa dynamique. constructions optogénétiques peuvent être utilisés pour appliquer certaines voies de signalisation ou d'induire des réponses locales spécifiques. Enfin, les myofibres peuvent être co-cultivées avec des types d'autres cellules pour étudier leurs interactions.
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 |