Here we describe a simple method for the isolation of spatially distinct murine colonic epithelial surface cells from the underlying crypt-base cells.
The colonic mucosal tissue provides a vital barrier to luminal antigens. This barrier is composed of a monolayer of simple columnar epithelial cells. The colonic epithelium is dynamically turned over and epithelial cells are generated in the stem cell containing crypts of Lieberkühn. Progenitor cells produced in the crypt-bases migrate toward the luminal surface, undergoing a process of cellular differentiation before being shed into the gut lumen. In order to study these processes at the molecular level, we have developed a simple method for the microdissection of two spatially distinct regions of the colonic mucosa; the proliferative crypt zone, and the differentiated surface epithelial cells. Our objective is to isolate specific crypt and surface epithelial cell populations from mouse colonic mucosa for the isolation of RNA and protein.
O revestimento epitelial do cólon é um tecido altamente regenerativa, com as células estaminais residentes reabastecer o tecido a cada poucos dias 1. Este processo de regeneração requer a manutenção de um compartimento de células estaminais proliferativa. Ao longo do tempo, as células filhas recentemente produzidos perdem o seu potencial proliferativo e migram para a superfície luminal do intestino. Coincidente com a migração, as células progenitoras diferenciam-se em enterócitos de formação de barreira maduras ou células caliciformes produtoras de muco. A falha deste programa de diferenciação é pensado para contribuir para barreira epitelial comprometida tal como é observada na doença inflamatória do intestino e o cancro do cólon 2,3.
Estudo detalhado dos processos acima exigirá metodologias para isolar populações cripta-base e celulares de superfície. Existem vários métodos, cada um com suas vantagens e desvantagens. Os métodos actuais para o isolamento de células epiteliais intestinais incluem chagentes elating e dissociação mecânica, resultando no isolamento de criptas epiteliais, folhas inteiras, ou de células individuais, dependentes das condições experimentais 4,5. Estes são os métodos de alto rendimento, ainda mudanças na sinalização intercelular foram relatados nestas condições que podem não representar o ambiente nativo 6,7. Captura Laser microdissection permite a coleta de material distinto espacial, mas alcança 8,9 baixo rendimento molecular. No tecido do cólon humano, métodos cryosectioning horizontais em série foram desenvolvidos 10. No entanto, os tecidos da mucosa murino são proibitivamente pequeno para apropriação direta desta técnica. Nos seres humanos, os comprimentos das criptas intestinais (a distantes entre a base de cripta e células superficiais) no cólon varia entre 100-1.000 uM ~ 11. Em ratinhos, os comprimentos das criptas são entre 50-300 ~ ^ M (ver Figura 1A). O tamanho pequeno das criptas murino apresenta um desafio para o isolação destas duas populações celulares utilizando protocolos existentes.
Vamos agora descrever um baixo custo, o método de alto rendimento para o isolamento de cripta-base e superfície população de células epiteliais no tecido do cólon de murino. Tecido colhida desta maneira pode, então, ser analisado por um certo número de aplicações a jusante padrão, incluindo coloração por imunofluorescência, por RT-PCR (Real Time-Polymerase Chain Reaction) ou transferência de western.
Os mecanismos moleculares envolvidos na proliferação de células epiteliais do cólon e diferenciação são mal compreendidos. Isto inclui lacunas na nossa compreensão do ambiente de sinalização celular do compartimento de células estaminais na base das criptas epiteliais do cólon. Há também um crescente interesse nos processos que subjazem diferenciação enterócitos. Por exemplo, o aumento da compreensão dos in vivo diferenciação é necessária como um ponto de referência para estudos voltados para a produção in vitro de sistemas intestinais primárias 16.
O procedimento acima contém várias etapas que requerem atenção extra. Em primeiro lugar, a remoção das bordas ao redor do segmento de tecidos congelados (como discutido na seção 3.2) é necessária como as bordas do tecido onda durante a dissecção e congelamento. A falha para mover estes bordos resultados é uma população mista de células de superfície e de base cripta. Montando o tecido em um bloco de pré-refrigerados, nivelado outubro também é essencial. To protocolo pode ser adaptado para outras áreas do cólon distai através da alteração do número de secções, em cada pool. Por exemplo, como mostrado na Figura 1B, comprimento das criptas mucosa varia entre 150-300 um. Portanto, quando se estuda a região entre 4 cm-a 6 cm do ânus, o número de secções deve ser aumentado de 15 para 30. Importante, este procedimento não é recomendado para o cólon proximal (7 cm @ 9 cm), devido a dobras ( plicas obliquae) que se estendem para dentro do lúmen fazendo com que seja impossível para as células cripta e de superfície de base separados por cortes seriados.
Técnicas de seccionamento em série têm sido usados para estudar cripta-base e superfície de populações de células epiteliais em humanos. No entanto, o nosso protocolo adiciona passos adicionais que são necessários devido ao tamanho pequeno de tecido murino. Propomos que o protocolo acima permitirá a investigação de cripta-base e população de células epiteliais da superfície em sistemas geneticamente tratáveis do mouse. Na verdade, seções reunidas yield proteína de alta qualidade e análise do RNA a jusante adequados. As aplicações futuras podem incluir o estudo de vias de sinalização celular ou cromatina imunoprecipitação. No entanto, deve notar-se que, tal como muitos dos métodos alternativos descritos acima, as secções resultantes contêm uma mistura de células epiteliais e da lâmina própria intersticiais. Em conclusão, o protocolo aqui descrito proporciona um método rápido de rendimento, elevada para a análise de processos moleculares em regiões espacialmente distintas da mucosa do cólon de murino.
The authors have nothing to disclose.
Supported by National Institutes of Health (DK55679, and DK59888 to A.N.). Emory University Integrated Cellular Imaging Microscopy Core of the Winship Cancer Institute comprehensive cancer center grant, P30CA138292, and the Crohn’s and Colitis Foundation of America Career Development award to C.T.C. and Fellowship Award to A.E.F.
Microtome | Leica Biosystems, Nussloch Germany | CM 1510-3 | |
MyiQ real time PCR detector | BioRad | ||
LSM 510 | Carl Zeiss | Confocal microscope | |
Materials | |||
OCT | Tissue-Tek, Sakura Finetek, Torrance CA | 4583 | |
cryo-mold | Tissue-Tek, Sakura Finetek, Torrance CA | 4557 | 25mmx20mmx5mm |
High profile microtome blade | Leica Biosystems, Nussloch germany | 818 | |
GEM industrial blades | American Safety Razor Blades | 62-0314 | |
Sylgard silicon elastomere base | Dow Corning, Midland MI | 3097358 | |
27 1/2 g needle | Becton-Dickinson, Franklin Lakes, NJ | 305109 | pins for dissection |
TRizol | Life Technologies | 15596018 | |
Rneasy | Qiagen | 74104 | |
DNAse | Qiagen | 79254 | |
Reagents | |||
Antibody ZO-1 | Invitrogen | 187430 | |
Antibody KLF4 | Cell Signaling | 4038S | |
Antibody mGAPDH | Sigma | G8795 | |
Antibody Secondary Alexa conjugate | Invitrogen | A11034 | 488 anti-rabbit |
Antibody Secondary HRP conjugate | Jackson | 111/115-001-003 | rabbit/mouse |
Topro-3 | Invitrogen | T3605 | |
HANKs balanced salt buffer | Life Technologies | 14025092 | |
RIPA lysis buffer | 50mM Tris-HCl pH 7.4 150mM NaCl 1% NP40 0.25% Na-deoxycholate | ||
PCR Primers | |||
primer TBP 3' | GGAATTGTACCGCAGCTTCAAA | ||
primer TBP 5' | GATGACTGCAGCAAATCGCTT | ||
primer KLF4 3' | TGTGACTATGCAGGCTGTGGCAAA | ||
primer KLF4 5' | ACAGTGGTAAGGTTTCTCGCCTGT |