The ability to isolate heart valve endothelial cells (VECs) is critical for understanding mechanisms of valve development, maintenance, and disease. Here we describe the isolation of VECs from embryonic and adult Tie2-GFP mice using FACS that will allow for studies determining the contribution of VECs in developmental and disease processes.
Normal valve structures consist of stratified layers of specialized extracellular matrix (ECM) interspersed with valve interstitial cells (VICs) and surrounded by a monolayer of valve endothelial cells (VECs). VECs play essential roles in establishing the valve structures during embryonic development, and are important for maintaining life-long valve integrity and function. In contrast to a continuous endothelium over the surface of healthy valve leaflets, VEC disruption is commonly observed in malfunctioning valves and is associated with pathological processes that promote valve disease and dysfunction. Despite the clinical relevance, focused studies determining the contribution of VECs to development and disease processes are limited. The isolation of VECs from animal models would allow for cell-specific experimentation. VECs have been isolated from large animal adult models but due to their small population size, fragileness, and lack of specific markers, no reports of VEC isolations in embryos or adult small animal models have been reported. Here we describe a novel method that allows for the direct isolation of VECs from mice at embryonic and adult stages. Utilizing the Tie2-GFP reporter model that labels all endothelial cells with Green Fluorescent Protein (GFP), we have been successful in isolating GFP-positive (and negative) cells from the semilunar and atrioventricular valve regions using fluorescence activated cell sorting (FACS). Isolated GFP-positive VECs are enriched for endothelial markers, including CD31 and von Willebrand Factor (vWF), and retain endothelial cell expression when cultured; while, GFP-negative cells exhibit molecular profiles and cell shapes consistent with VIC phenotypes. The ability to isolate embryonic and adult murine VECs allows for previously unattainable molecular and functional studies to be carried out on a specific valve cell population, which will greatly improve our understanding of valve development and disease mechanisms.
成熟的阀是由心脏瓣膜内皮细胞(血管内皮细胞)1的单层组成的专门的细胞外基质(ECM)穿插阀间质细胞(的VIC)和封装3分层的层。 ECM的作用是提供所有必要的生物力学特性的心动周期中,以承受在血流动力学的力常数的变化。阀门流脑在成人阀的营业额是紧紧的VIC这在很大程度上是静态和成纤维细胞样,在没有疾病的调节。除了VIC人口,心脏瓣膜内皮细胞(血管内皮细胞),形成一个不间断的内皮细胞上的阀尖2的表面上。而ECM和VICS的阀的结构和功能的重要性,已经描述了我们和其他人血管内皮细胞的作用不太熟知的。但是,这种比较小的细胞群体是对阀门的形成中胚临界和被描述为不正常的在阀病。
心脏瓣膜形成的胚胎开始时内皮细胞的房室通道和流出道区域内的一个子集进行内皮间质转化(EMT)和被称为心内膜垫1,3形式的肿胀。这些结构中的新转换的间充质细胞后分化成的VIC,形成了成熟的阀门。一旦EMT完成后,周围的咕内皮细胞,血管内皮细胞称为,形成防止损伤成熟阀不间断的内皮细胞层。此外,血管内皮细胞感测血流动力学环境和已被证明分子与底层的VIC通信以调节ECM动态平衡1,3。在病变瓣膜,血管内皮细胞的单层被破坏与细胞外基质的组织和异常变化改变了生物力学4,5协会。另外,在小鼠模型中的研究表明,血管内皮功能障碍是阀D的根本原因isease 1,6-9。作为血管内皮细胞中的阀门的开发,维护和疾病中发挥重要作用,这是重要的,我们完全定义,以推动该领域和了解疾病的机制,它们的时间的表型。
以前的工作由几个实验室已经成功分离出血管内皮细胞从猪和羊模型10-12。由于这些阀的尺寸大,单打通过擦拭和/或酶消化,接着通过多个不同的分离方法,包括磁珠细胞分离和单细胞克隆扩增一直有效,以产生纯的群体11-13。然而,这些模型可以限制因猪和羊的基因组限制了分子工具的可用性,除了成本高的不完整的注解。因此,在分离后的实验猪和羊的血管内皮细胞的可以是限制性的。小鼠模型是优选由于许多可能性遗传manipula灰和在胚胎和成年分子工具,但到目前为止,已经报道了在小动物模型没有VEC隔离。这可能是由于与小的组织样本,其中包括少数的细胞群,目前缺乏的血管内皮细胞特异性标记物的独特标识,从而防止基于抗体的分离方法工作的难度。
在本文中,我们报道了小鼠血管内皮细胞在胚胎和成年阶段,直接分离的新方法。这个协议利用的Tie2-GFP的小鼠,其表达GFP在所有内皮细胞类型,并已被广泛地用于研究内皮细胞群14。然而,目前的研究的新颖之处在于,这些小鼠中,在第一次已经被用来从阀隔离内皮细胞。通过小心地切开的瓣膜组织和一系列9酶消化随后通过FACS分选的,血管内皮细胞可被分离并用于各种实验技术,在cluding RNA提取和培养,直接下整理。
在这里,我们描述了用于第一次的新方法从Tie2的-GFP小鼠胚胎和成年小鼠血管内皮细胞的分离。而此小鼠品系已被广泛用于内皮细胞群的分离,这是示出血管内皮细胞的选择性分离的第一份报告。由于VEC人口的脆弱性,我们已经开发出一种严格的协议,该协议允许对GFP阳性(与GFP阴性)细胞来自胚胎和成年小鼠的心脏瓣膜的单细胞分离。相比于使用整个胚或器官的Tie2-GFP小鼠14原出版,我们优化基于该脆弱的内皮细胞群的低丰度来分离细胞的选择人口胶原酶和清扫步骤。
VEC隔离以前只报道在有限的遗传和生物分子的工具大动物模型。这些工具以及在小鼠中建立,因此,在ABIlity分离小鼠血管内皮细胞可用于一组扩展的实验设计用于心脏瓣膜的研究。因此,这种方法的显著优点是血管内皮细胞可以暂时从野生型小鼠中,与瓣膜疾病和损伤的模型来分离。第二个优点是,血管内皮细胞可被分离并解剖后立即进行分析,防腐剂表达模式能够更准确地反映体内情况。另外,该隔离协议足以消除细胞培养数扩张和诱导的体外环境,因此潜在的表型变化被避免。
尽管新奇和本协议的实验效益,我们认识到,限制依然存在。首先,鼠阀内的血管内皮细胞种群的大小是非常小的,因此,需要以产生足够的RNA用于基因表达分析的多个定时胚胎胎。当THIs的使用多个育种加以克服,这可能对某些隔离后的分析工具的应用产生影响。这种限制一直是个挑战特别是为了进行VEC表型的更透彻的分析,包括分子谱和功能分析建立的GFP阳性的血管内皮细胞铺满培养物。因此,我们承认,不是所有的困难都被克服了我们的做法,但这种利益,我们正在努力解决的一个领域。
从瓣膜的区域隔离的血管内皮细胞的这种方法引入了从心内膜,或在心肌内的血管结构的铁GFP阳性,非瓣膜内皮细胞污染的可能性。迄今为止,血管内皮细胞的其它心脏内皮细胞群体的分子区别尚未确定。然而NFATC1基因的增强子区域已被确定并显示出特异性标记血管内皮细胞不经历EMT,并且没有其它的内皮细胞群的心脏18内。作为一种酶Cre模型(NFATC1 ENCRE)是可用的,未来的研究可以利用这一行的特殊性,以尽量减少污染风险。除了 非瓣膜的Tie2-GFP-阳性细胞中,总有污染的,从在点肌细胞,其中所述瓣叶附着在室间隔和壁画心肌壁的环形区域的可能性。在此处未示出数据,我们最初开始研究,以从使用包被有抗-GFP和抗CD31抗体偶联的珠解剖心脏瓣膜区域隔离的血管内皮细胞。尽管这种方法是成功的用于分离的内皮细胞,我们经历显著细胞聚集来自相邻的非内皮细胞类型,并因此的VIC和心肌细胞污染我们的实验样品。这已被使用FACS分析参数已被设置为仅分离出单个细胞悬液避免s和PCR分析,以检测心肌细胞特异性基因表达已经控制了这一限制( 图3)。而我们的污染可被视为极小,但仍可能避免在将来的双重选择GFP和内皮细胞特异性表面标记物的电位实验的复杂性。
使用这种协议中,我们有从胚胎和成年小鼠和如何使用此方法可用于RNA分离和GFP阳性和GFP阴性细胞群的细胞培养物提供了实例成功地分离血管内皮细胞。然而,这种方法并不局限于这些应用,并且可以被用于大量的分子,细胞和功能性的方法。此外,我们将Tie2-GFP的背景可以孕育与遗传小鼠模型,将允许在健康和疾病的VEC人群的比较研究。这种新颖的方法的发展将在第一时间,允许集中的研究研究血管内皮细胞的在阀门的开发和维护的贡献,并能揭示的内皮依赖性瓣膜病先前赏识的机制。
The authors have nothing to disclose.
我们感谢俄亥俄州立大学综合癌症中心的流式细胞仪分析核心设施,特别是卡特里娜·摩尔,用于FACS分析技术援助。此外,我们认识到浦威廉博士和他的研究小组对他们的科学见解。这项工作是由美国国立卫生研究院HL091878(JL)和心脏中心在全国儿童医院的支持。
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Alexa Fluor 568 Goat Anti-Rat IgG (H+L) | Life Technologies | A-11077 | |
70 μm nylon cell strainer | BD Falcon | 352350 | |
2.5% Trypsin | Invitrogen LT | 15090-046 | |
Bovine Serum Albumin (BSA), Fraction V, Heat Shock Treated | Fisher Scientific | BP1600-100 | |
CD31 rat anti-mouse antibody | BD Pharmingen | 553370 | |
Chick Serum | Invitrogen LT | 16110-082 | |
Collagenase IV | Invitrogen LT | 17104-019 | Prepared according to manufactuer's instructions |
DNase I, RNase free (10,000 Units) | Roche | 4716728001 | |
EBM-2 | Lonza | CC3156 | For VEC media |
EDTA, 0.5M Solution | Hoefer | 03-500-506 | |
EGM2 SingleQuot, Bulletkit | Lonza | CC-4176 | For VEC media |
Fetal Bovine Serum (FBS), Heat Inactivated | Hyclone | SH3007103IH | |
Hanks Balanced Salt Solution (HBSS) | Life Technologies | 14025-092 | |
Horse Serum | Invitrogen LT | 16050-130 | |
Hybridization Oven | VWR | 230301V | |
Medium 199 1X | Corning Cell gro | 10-060-CV | |
Paraformaldehyde 16% Solution EM grade | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
Pen/Strep | MP-Biomed | ICN1670049 | |
Permanox sterile chamber slide with cover | Thermo-Scientific | 177429 | |
Phosphate-Buffered Saline, 1X | Corning Cell gro | 21-040-CV | |
PrimeTime Mini qPCR Assay | Integrated DNA Technologies | Acta2 (αSMA), GAPDH, Myh6, Myh7, POSTN, CD31, vWF | |
StepOnePlus Real-Time PCR System | Applied Biosystems | 4376600 | |
SuperScript VILO Mastermix | Invitrogen LT | 11755050 | |
Tie2-GFP mice | Jackson Laboratories | 3658 | |
Tissue forceps #5 11cm | Dumont | 14096 | |
Trizol | Ambion | 15596018 | |
α-SMA anti-mouse antibody | Sigma-Aldrich | A2547 | |
VECTASHIELD HardSet Mounting Medium with DAPI | Vector Laboratories | H-1500 |