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.
骨骼肌是由肌纤维,在哺乳动物体内最大的细胞和少数的合胞体中的一个。如何,组成它的复杂性和进化上保守的结构组装仍在调查之中。它们的大小和生理特征往往限制操纵和成像应用。永生化细胞系的培养被广泛使用,但它只能复制分化的早期步骤。
在这里,我们描述了一个协议,使从鼠标主成肌细胞起源的肌纤维容易遗传操作。分化的一周后,将肌纤维显示收缩性,对齐肌节和三单元组,以及外围核。整个分化过程可以跟随实时成像或免疫荧光。该系统结合了现有离体和体外协议的优点。容易和有效转染的可能性,以及四通八达的交通网络的所有分化阶段扩大了潜在的应用。肌纤维随后可不仅用来解决相关发育和细胞生物学的问题,但也再现肌肉疾病表型为临床应用。
骨骼肌组成到体重1的40%。肌肉相关疾病代表一个巨大的健康和经济负担2。如何形成这种高度复杂的和有组织的组织,维持和再生的构成广泛和很好建立的研究领域。取决于具体的科学兴趣,最适合的方式的范围可以从简单的肌管培养物,以复杂的体内模型3 – 6。
该协议的目的是提供一种体外系统,该系统允许通过实时成像和免疫监视肌形成的。与传统方法相比,该系统提供了一个非常完整的和动态的洞察鼠标生肌过程。细胞可以从成肌细胞阶段横向显示三合会及周边核7成熟,多核肌纤维被遵循。这个成熟水平可使用常规细胞培养设备来实现,而不需要复杂的刺激或机械装置。虽然在体外系统一些成功的报道8,9,据我们所知,这是唯一的协议产生与T管与肌浆网(SR)横向配对鼠标成熟肌纤维。因此,该体外系统可以用来研究三元形成的分子机制,目前仍在知之甚少10。
使用该系统的进一步的优点是有效的鼠标定位资源,诸如抗体,药物,和RNAi工具的可用性。相对简单的协议不需要费力的步骤,技术娴熟的操作,或昂贵的和专用设备。成熟肌纤维开始5天的文化差异7后出现的,显示收缩加之钙火花(未公布数据)。在一个星期内,在不同的发展在哺乳动物体中最复杂的细胞之一的人阶段可以结合研究与各种体外测定法。
使用这种协议的主要成肌细胞的培养产生了一个特殊的利基,极大地培育肌纤维的发展。这部分是由于其也存在于非常小的数字的其它细胞类型。必须实现成肌细胞的浓度和纯度文化之间的平衡。一个良好的细胞培养物也取决于用于所述介质制剂中的产品的质量。动物来源的所有产品应彻底测试。在我们的经验中,消化条件下也应被监控。
像往常一样,小学文化,实验变异可能比孤立纤维或成肌细胞永生化的研究水平。这种变异可以通过介质和消化成分,小鼠的年龄和大小,以及用于培养操作和结果收集时间点的标准化减少。然而,在实时审议的错综复杂的机制的优点必要的肌纤维的发展大大超过了可变性的缺点。
这个协议赋予的体外方法的优点而不损害细胞的分化。肌纤维成熟直至形成打黑收缩偶联钙火花。这些功能性的输出可以在不同的实验条件下进行访问。此外,可存在到协议作出许多技术的变化。成肌细胞可以从与肌肉发育的兴趣突变新生小鼠收获。细胞可被裂解为在不同分化的时间点的生化分析。钙指标可以加到培养遵循其动态。光遗传学的结构可以用来执行一定的信号通路或诱导特异性当地反应。最后,肌纤维可以与其他细胞类型一起共培养,以研究它们的相互作用。
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 |