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.
I muscoli scheletrici sono composte da fibre muscolari, i più grandi cellule nel corpo dei mammiferi e uno dei pochi sincizi. Come le strutture complesse e evolutivamente conservati che lo compongono sono assemblati resta sotto osservazione. Le loro dimensioni e caratteristiche fisiologiche spesso limitano le applicazioni di manipolazione e di imaging. La cultura di linee cellulari immortalizzate è ampiamente utilizzato, ma può replicare solo le prime fasi di differenziazione.
Qui, descriviamo un protocollo che consente una facile manipolazione genetica delle fibre muscolari provenienti da mioblasti di topo primari. Dopo una settimana di differenziazione, le miofibre mostrano contrattilità, allineati sarcomeri e triadi, così come nuclei periferici. L'intero processo di differenziazione può essere seguita da imaging dal vivo o immunofluorescenza. Questo sistema combina i vantaggi della esistente ex vivo e in vitro protocolli. La possibilità di facile ed efficiente trasfezione nonchéla facilità di accesso a tutti gli stadi di differenziazione amplia le potenziali applicazioni. Miofibre può successivamente essere utilizzato non solo per affrontare importanti questioni di biologia dello sviluppo e delle cellule, ma anche di riprodurre fenotipi malattia muscolare per le applicazioni cliniche.
Il muscolo scheletrico compone fino al 40% del peso del corpo umano 1. Disturbi muscolari associate rappresentano un immenso salute e l'onere economico 2. Come questo tessuto altamente complessa e organizzata si forma, la manutenzione e rigenerato costituisce un campo di ricerca estesa e consolidata. A seconda del particolare interesse scientifico, l'approccio più adatto può variare da semplici culture myotube a complessi modelli in vivo 3 – 6.
L'obiettivo di questo protocollo è quello di fornire un sistema in vitro che consente il monitoraggio della miogenesi mediante imaging vivo e immunofluorescenza. Rispetto ai metodi tradizionali, questo sistema offre una visione molto completa e dinamica nel processo miogenico mouse. Le cellule possono essere seguiti dalla fase mioblasti al maturo, myofiber multinucleate visualizzazione triadi trasversali e dei nuclei periferici 7. Questo livello di maturazione puòrealizzabile con attrezzature regolare coltura cellulare, senza bisogno di apparati stimolatorie o meccanici complessi. Anche se alcuni di successo nei sistemi in vitro sono stati segnalati 8,9, a nostra conoscenza, questo è l'unico protocollo che genera miofibre mature del mouse con T-tubuli trasversalmente in coppia con reticolo sarcoplasmatico (SR). Così, questo sistema in vitro può essere utilizzato per studiare i meccanismi molecolari di formazione triade, che sono ancora poco conosciuti 10.
Un ulteriore vantaggio di questo sistema è la disponibilità di risorse topo targeting convalidati, come gli anticorpi, farmaci e strumenti RNAi. Il protocollo relativamente semplice non richiede operazioni laboriose, manipolazione altamente qualificato, o attrezzature costose e dedicato. Miofibre maturate iniziano ad apparire dopo 5 d della cultura differenziazione 7, la visualizzazione di contrattilità accoppiato con scintille di calcio (dati non pubblicati). In una settimana, il diverso sviluppoAl fasi di una delle celle più complesse nel corpo dei mammiferi possono essere studiati in combinazione con una varietà di saggi in vitro.
L'uso di questo protocollo per la coltivazione di mioblasti primari dà luogo ad una nicchia speciale che alimenta notevolmente lo sviluppo delle miofibre. Questo è parzialmente dovuto ad altri tipi di cellule che sono presenti in numero limitato anche. Un equilibrio tra la concentrazione dei mioblasti e cultura purezza deve essere raggiunto. Una cultura buona cellulare dipende anche dalla qualità dei prodotti utilizzati per la formulazione di media. Tutti i prodotti derivati da fonti animali devono essere accuratamente testati. Nella nostra esperienza, le condizioni di digestione devono essere monitorati.
Come di consueto per colture primarie, la variabilità sperimentale può essere superiore negli studi con fibre isolate o mioblasti immortalati. Questa variabilità può essere ridotta dalla standardizzazione dei media e di digestione componenti, topi età e dimensioni, ed i punti di tempo per la manipolazione della cultura e la raccolta dei risultati. Tuttavia, il vantaggio di scrutare in tempo reale complessi meccanisminecessario per lo sviluppo myofiber supera notevolmente l'inconveniente variabilità.
Questo protocollo conferisce i vantaggi di vitro approcci senza compromettere la differenziazione cellulare. Miofibre maturano fino triadi sono formate e contrazioni sono accoppiati a scintille calcio. Queste uscite funzionali sono accessibili in diverse condizioni sperimentali. Inoltre, ci possono essere molte varianti tecniche apportate al protocollo. Mioblasti possono essere raccolte da topi neonati con mutazioni di interesse relative allo sviluppo muscolare. Le celle possono essere lisate per l'analisi biochimica in diversi momenti differenziazione. indicatori di calcio possono essere aggiunti alla coltura di seguire le dinamiche. costrutti optogenetic possono essere utilizzati per far rispettare determinate vie di segnalazione o per indurre specifiche risposte locali. Infine, le fibre muscolari possono essere messi in coltura con i tipi di altre cellule per studiare le loro interazioni.
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 |