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.
El revestimiento epitelial del colon es un tejido altamente regenerativa, con células madre residentes reponer el tejido cada pocos días 1. Este proceso de regeneración requiere el mantenimiento de un compartimento de células madre proliferativa. Con el tiempo, las células hijas recién producidos pierden su potencial proliferativo y migran hacia la superficie luminal del intestino. Coincidiendo con la migración, las células progenitoras se diferencian en enterocitos barrera formadora maduros o mucosas células caliciformes productoras. Fracaso de este programa de diferenciación se cree que contribuyen a la barrera epitelial comprometida tal como se observa en la enfermedad inflamatoria intestinal y cáncer de colon 2,3.
Estudio detallado de los procesos anteriores requerirá metodologías para aislar cripta-base y los teléfonos superficie poblaciones. Existen métodos múltiples, cada uno con sus ventajas y desventajas únicas. Los métodos actuales para el aislamiento de células epiteliales intestinales incluyen chagentes elating y disociación mecánica, lo que resulta en el aislamiento de criptas enteras, láminas epiteliales o células individuales, dependientes de las condiciones experimentales 4,5. Estos son los métodos de alto rendimiento, sin embargo, los cambios en la señalización intercelular se han reportado en estas condiciones que pueden no representar el entorno nativo de 6,7. Captura de microdisección láser permite la recolección de material distinto espacial, pero logra bajo 8,9 rendimiento molecular. En el tejido del colon humano, métodos cryosectioning horizontales de serie se han desarrollado 10. Sin embargo, los tejidos mucosos murinos son prohibitivamente pequeño para la apropiación directa de esta técnica. En los seres humanos, las longitudes de cripta intestinal (la distancia entre la cripta-base y células de la superficie) en el colon varía entre 100-1.000 micras ~ 11. En ratones, las longitudes de las criptas son entre ~ 50-300 micras (ver Figura 1A). El pequeño tamaño de las criptas murinos presenta un desafío a la isolación de estas dos poblaciones celulares utilizando protocolos existentes.
Ahora describir un bajo costo, método de alto rendimiento para el aislamiento de la cripta-base y la superficie de la población de células epiteliales en el tejido del colon murino. Tejido recogido de esta manera puede entonces ser analizada por un número de aplicaciones posteriores estándar, incluyendo la tinción de inmunofluorescencia, RT-PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa en Tiempo Real-) o el Western Blot.
Los mecanismos moleculares implicados en la proliferación de células epiteliales del colon y la diferenciación son poco conocidos. Esto incluye lagunas en nuestra comprensión del entorno de señalización celular del compartimento de células madre en la base de las criptas epiteliales del colon. También hay un creciente interés en los procesos que subyacen a la diferenciación enterocito. Por ejemplo, el aumento se requiere la comprensión de la diferenciación in vivo como un punto de referencia para los estudios destinados a la producción de sistemas intestinales primarias in vitro 16.
El procedimiento anterior contiene varios pasos que requieren una atención especial. En primer lugar, se requiere la eliminación de los bordes de todo el segmento de tejido congelado (como se discutió en la sección 3.2), como los bordes de tejido rizo durante la disección y la congelación. Si no se mueve estos bordes resultados es una población mixta de células de la superficie de base y cripta. Montaje del tejido en un bloque de pre-enfriado, nivelado octubre también es esencial. Tsu protocolo puede ser adaptado a otras áreas del colon distal alterando el número de secciones en cada piscina. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 1B, la longitud de la cripta mucosal varía entre 150-300 micras. Por lo tanto, en el estudio de la región entre los 4 cm de 6 cm del ano, el número de secciones debería aumentarse de 15 a 30. Es importante destacar que este protocolo no se sugiere para el colon proximal (7 cm 9 cm) debido a los pliegues ( plicas obliquae) que se extienden hacia la luz por lo que es imposible de superficie y la cripta-base celdas separadas por seccionamiento de serie.
Técnicas de seccionamiento en serie se han utilizado para estudiar cripta-base y la superficie poblaciones de células epiteliales en los seres humanos. Sin embargo, nuestro protocolo añade pasos adicionales que se requieren debido al pequeño tamaño de tejido murino. Proponemos que el protocolo anterior permitirá la investigación de la cripta-base y la población de células epiteliales superficiales en sistemas de ratón genéticamente manejables. De hecho, las secciones agrupados Yield proteínas de alta calidad y el ARN análisis de aguas abajo adecuado. Las futuras aplicaciones podrían incluir el estudio de las vías de señalización celular o inmunoprecipitación de la cromatina. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que, al igual que varios de los métodos alternativos descritos anteriormente, las secciones resultantes contienen una mezcla de células de la lámina propia epiteliales e intersticiales. En conclusión, el protocolo descrito aquí proporciona un método rápido rendimiento, alta para el análisis de los procesos moleculares en regiones espacialmente distintas de la mucosa del colon 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 |