Ce protocole décrit l'isolement et la culture de cellules intestinales petites souris mixtes. Ces cultures primaires intestinales permettent l'étude des voies de signalisation sous-jacents sécrétion de peptide de l'intestin en utilisant un certain nombre de techniques.
L'intestin est le plus grand organe du système endocrinien du corps, avec l'hormone sécrétant des cellules entéro-endocrines situées le long de la longueur de l'épithélium gastro-intestinal. En dépit de leur importance physiologique, les cellules endocrines ne représentent qu'une petite fraction de la population des cellules épithéliales et dans le passé, leur caractérisation a présenté un défi considérable qui entraîne une dépendance à l'égard des modèles de lignées cellulaires. Ici, nous fournissons un protocole détaillé pour l'isolement et la culture de cellules intestinales petites souris mixtes. Ces cultures primaires ont été utilisées pour identifier les voies de signalisation qui sous-tendent la stimulation et l'inhibition de la sécrétion de peptide intestinal en réponse à un certain nombre de nutriments et neuropeptides ainsi que des agents pharmacologiques. En outre, en combinaison avec l'utilisation de souris transgéniques reporter fluorescentes, nous avons démontré que ces cultures primaires devenir un outil puissant pour l'examen des cellules entéro-endocrines marqués par fluorescence dans letracellular niveau, en utilisant des procédés tels que le serrage de la pièce et le calcium-cellule unique et d'imagerie cAMP-FRET.
L'objectif global de cette méthode est d'isoler les cellules intestinales murins mixtes et de culture pour permettre l'étude de la sécrétion de peptide intestinal et l'imagerie des cellules vivantes des cellules endocrines. Une première version de cette procédure a été publiée en 2008 par Reimann et al. 1 et a depuis constitué la base de 20 autres publications de notre groupe. Pour ce manuscrit, nous avons choisi de mettre l'accent sur les petites cultures intestinales car ils sont plus difficiles à établir que les cultures du côlon.
Des cellules entéro – endocrines sécrètent une matrice de peptides intestinaux , y compris le peptide de type glucagon 1 (GLP-1), insulinotrope dépendant du glucose peptide (GIP), la cholécystokinine (CCK) et le peptide YY (PYY) 2. Ces peptides intestinaux ont un rôle physiologique important dans l'organisation des réponses postprandiale telles que le ralentissement du transit intestinal, potentialisation de la libération d'insuline stimulée par le glucose et l'induction de la satiété. GLP-1 a mimétiquesnd médicaments qui inhibent la dégradation sont actuellement homologués pour le traitement du diabète de type 2 et il est en cours d' évaluation du potentiel thérapeutique de stimuler la sécrétion endogène de ce peptide 3. Une meilleure compréhension de la physiologie entéroendocrine et les mécanismes par lesquels la sécrétion est soit stimulée ou inhibée est donc d'une importance capitale.
Gut sécrétion de peptide peut être étudiée en utilisant une variété de modèles in vitro et ex vivo expérimentaux, chacun des avantages et des inconvénients (pour une revue récente complète qui couvre également l'utilisation de modèles in vivo voir Svendsen et al. 4). Techniques ex vivo , tels que les intestins perfuses isolés 5 et 6 des chambres de Ussing sont actuellement utilisés pour explorer la sécrétion de peptide de l' intestin en réponse à diverses substances. Le principal avantage de ces méthodes,par rapport à des cultures primaires, est que l'environnement immédiat des cellules entéro-endocrines reste largement intact et, surtout, la polarité des cellules est préservée. Par conséquent, il est possible d'obtenir des informations au sujet de laquelle la surface cellulaire un sécrétagogue agit sur 6. Cependant, ceux-ci sont généralement des techniques à faible débit et la qualité des données qui en découlent repose en grande partie sur l'intégrité et la viabilité du tissu intestinal, qui diminuent inévitablement au fil du temps.
Organites sont maintenant de plus en plus Intestinal utilisés comme modèles in vitro pour l'étude de la fonction des cellules entéroendocrine et le développement 7. Organites, qui peuvent être dérivées à la fois de souris et les tissus humains, ont l'avantage de former des structures « cryptiques-like » 3D qui maintiennent la polarité des cellules en culture. Cependant, les cellules endocrines organoïdes dérivées doivent encore être pleinement caractérisés et leur ressemblance avec natif L cells reste largement inconnu. Les cultures primaires ont l'avantage d'être un pas de plus vers la mise physiologique, que les cellules endocrines ne sont pas maintenues et différenciées dans des conditions artificielles pour des périodes de temps prolongées.
Procédé de culture primaire de remplacement qui a été utilisée pour l'évaluation de la sécrétion de peptide intestinal est l'isolement des cellules intestinales de rat foetal (8) de FRICS. Cependant, la culture du tissu intestinal adulte a rencontré moins de succès et quelques différences ont été observées dans la réactivité des FRICS contre les cellules intestinales de souris adultes (par exemple de glucose 8).
Des lignées de cellules entéro – endocrines de type (par exemple GLUTag, SC-1 et NCI-H716) ont traditionnellement été utilisés pour distinguer directe vs. des effets indirects sur les cellules entéro-endocrines et pour disséquer mécanismes moléculaires sous-jacents stimulus couplage à la sécrétion; voir Kuhre et al </em>. 9 pour la production de peptide et de la sécrétion par les cellules en forme de L 'lignées cellulaires immortalisées. Cela a été nécessaire que les cellules endocrines, disséminées le long du tractus gastro – intestinal, constituent un peu moins de 1% des cellules épithéliales intestinales 10 et cellules triées, entre nos mains, ne survivent pas dans la culture 1. Les lignées cellulaires restent des outils utiles en raison du fait qu'ils sont une population cellulaire largement homogène qui est propice à des manipulations génétiques telles que la neutralisation des gènes. Par conséquent, il est facile d'étudier le rôle des protéines qui ne peuvent pas être ciblés sur le plan pharmacologique, lorsque des souris transgéniques ne sont pas disponibles. Cependant, les lignées cellulaires ne sont pas toujours des modèles valides de cellules primaires. Bien qu'il existe de nombreuses similitudes, les résultats des cultures primaires ont parfois mis en évidence des différences dans les voies de signalisation activées par certains nutriments dans les cellules primaires L par rapport aux cellules GLUTag, par exemple (par exemple. Peptones <classe sup = "xref"> 11). Fondamentalement, en combinaison avec des souris transgéniques reporter fluorescentes, le modèle de culture primaire permet un examen détaillé de cellules entéro-endocrines primaires individuels au niveau intracellulaire. Les cellules L par fluorescence marqués au sein de cultures primaires ont été utilisés par notre groupe pour le patch de serrage 1, 12 études et de calcium des cellules individuelles 11, 13 et de l' adénosine cyclique imagerie monophosphate-FRET 14 études, qui ont donné des avancées significatives dans le domaine de entéroendocrine physiologie.
Le protocole suivant est optimisée pour réaliser des expériences de sécrétion, en utilisant une plaque à 24 puits ou pour la préparation d'un maximum de 16 plats d'imagerie, à partir d'une section de 10 cm de l'intestin grêle à partir d'une seule souris adulte. Le protocole peut être facilement modifié pour l'étude des cellules du côlon en augmentant les temps de digestion et coconcentration llagenase.
Ce protocole décrit l'isolement et la culture des cellules intestinales petites murins mixtes pour permettre l'étude de la sécrétion de peptide intestinal et l'imagerie cellulaire unique de cellules entéro-endocrines marqués.
Pour augmenter la probabilité que les petites cultures intestinales être couronnée de succès, il est important que le protocole est effectué aussi rapidement que possible (idéalement, à moins de 3 h de récolte du tissu) et en ce que le tissu est conservé dans un milieu glacé ou tampon avant au processus de digestion, de limiter la mort cellulaire. Bien qu'il ne soit pas essentiel, en particulier pour les cultures du côlon, l'élimination de la couche musculaire de l'intestin grêle est fortement encouragée. Le petit protocole de culture intestinale a été normalisée, autant que possible. Cependant, il est important de noter qu'aucun processus de digestion est identique. Il y a beaucoup d' étapes au cours de ce protocole où la variabilité peut être introduit au jour le jour , par exemple le degré d'élimination des muscles, la taille de til morceaux de tissu « émincé », la force de la secousse, la puissance d'un lot particulier de collagénase etc. Il est donc d'une importance capitale pour inspecter aliquotes de chacun des différents « digère » au microscope pour évaluer les progrès du processus de digestion et d'adapter la secousse et le nombre de « digests » en conséquence. Il est recommandé de secouer plus doucement pour commencer et, si des fragments de la crypte ne sont pas évidents à partir de « digérer » 3 partir, pour commencer à secouer plus vigoureusement.
D'après notre expérience, les cellules endocrines ne prolifèrent pas dans la culture et sont généralement de petites cultures perdues intestinales dans les 4 jours. Néanmoins, cela permet amplement le temps d'effectuer des expériences de sécrétion de peptide intestinal (généralement réalisé plus de 2 h, 18-24 h plaquage post) pour tester des stimuli physiologiques et / ou d'agents pharmacologiques. Des expériences nécessitant une incubation d'une nuit avant l'expérience de sécrétion sont également possibles , par exempledans le cas du pré-traitement par la toxine de pertussis 15.
La technique de culture primaire présentée ici est une méthode bien établie, comme en témoigne le volume de la production de la recherche, il a produit au fil des ans. Le modèle de culture primaire a été utilisée pour étudier la sécrétion d'une variété de peptides intestinaux, y compris le GLP-1 1, GIP et 18 PYY 19, en réponse à divers éléments nutritifs et non nutritifs 14, 20 stimuli et des inhibiteurs. En outre, a été appliquée avec succès la même technique à la culture des cellules intestinales humaines 21. Souvent, une combinaison de la première méthode de culture de cellules avec un exemple de modèle expérimental supplémentaire. ex vivo ou in vivo peuvent fournir un aperçu plus 6. En particulier et contrairement à d'autres méthodes, cette technique a imapplications portantes au-delà de la mesure de la libération du peptide intestinal. Nous avons démontré que les cultures de petits intestinales primaires dérivées de souris rapporteurs transgéniques sont de puissants outils pour l'interrogation des voies de signalisation intracellulaire couplé à vider la sécrétion de peptide, en utilisant par exemple le Ca 2+ et des capteurs d'AMPc, GCaMP3 11, 13 et Epac2camps 14, respectivement, ainsi que des techniques électrophysiologiques 12.
Comme avec tous les modèles in vitro, les cultures intestinales primaires ont certaines limites inhérentes , notamment la perte de la polarité des cellules épithéliales en culture, ainsi que la perte de l' approvisionnement en sang et innervation. Il est difficile d'estimer les impacts potentiels de ces conditions artificielles sur la fonction cellulaire entéroendocrine. Toutefois, les données obtenues à partir de cultures primaires ont souvent été translaté dans la in vivo setting (par exemple les effets des acides gras à chaîne courte sur la sécrétion de GLP-1 15).
Les cultures primaires intestinales sont une technique polyvalente avec de nombreuses applications potentielles. Ils ont déjà fourni d'importants aperçu mécaniste dans la régulation de la sécrétion de peptide intestinal.
The authors have nothing to disclose.
les dosages immunologiques GLP-1 ont été effectuées par le laboratoire de dosage Biochimiques à l'hôpital Addenbrooke.
Ce travail a, au fil des ans, été pris en charge par le Wellcome Trust (actuellement des subventions actives 106262 / Z / 14 / Z et 106263 / Z / 14 / Z) et le Conseil de recherches médicales (MRC) (subventions MRC_MC_UU_12012 / 3 et MRC_MC_UU_12012 / 5).
24-well plates | Costar | 3524 | For secretion experiments |
Bombesin | Sigma-Aldrich | B4272 | Positive control (calcium imaging experiment) |
Centrifuge tubes, 15 ml, sterile | Greiner bio-one | 188261 | For tissue preperation/ digestion |
Centrifuge tubes, 50 ml, sterile | Corning | 430828 | For tissue preperation/ digestion |
Collagenase XI (Crude) | Sigma-Aldrich | C9407 | For making up digestion medium |
Dichroic mirror | Cairn Research | – | For imaging experiments |
DMEM High glucose (4500 mg) | Sigma-Aldrich | D6546 | For dissolving matrigel (keep at 4 oC). For making up digestion medium, pre-warm to 37 oC. |
Emission Filter (Bandwidth 510-560 nm) | Cairn Research | – | For imaging experiments |
Foetal Bovine Serum | Sigma-Aldrich | F7524 | For making up culture medium |
Forceps/Tweezers | Agar Scientific | AGT520 | For dissection/removal of intestine |
Forskolin | Sigma-Aldrich | F6886 | Positive control (secretion experiment) |
Glass-bottomed dishes (35 mm) | MatTek | P35G-0-14-C | For imaging experiments |
High precision tweezer (110 mm) | IDEAL-TEK | 3480641 (5 SA) | For removing muscle layer |
High resolution digital CCD camera | Hamamatsu | ORCA-ER | For imaging experiments |
3-Isobutyl-1-methylxanthine | Sigma-Aldrich | I7018 | Positive control (secretion experiment) |
L-15 Medium (Leibovitz) | Sigma-Aldrich | L1518 | For collecting tissue, keep on ice |
L-glutamine | Sigma-Aldrich | G7513 | For making up culture medium |
Matrigel | Corning | 354234 | Basement Membrane Matrix, for coating plates and dishes |
MetaFluor | Molecular Devices (supplied by Cairn Research) | – | Fluorescence ratio imaging software |
Mice (C57BL6) | Charles River Laboratories | C57BL/6J | Background mice used for breeding. Can also be used for secretion experiments |
Mice (GLU-cre x ROSA26 GCaMP3) | in house | – | For calcium imaging and secretion experiments |
Microscope (EVOS XL Core) | Thermo Fisher Scientific | AMEX1000 | For photomicrographs of cultures |
Microscope | Olympus | IX71 | Inverted microscope with 40x oil objective used for imaging experiments |
Monochromator | Cairn Research | – | For imaging experiments |
Pasteur pipettes | Alpha Laboratories | LW4234 | For cleaning tissue |
PBS containing Ca2+ and Mg2+ | Sigma-Aldrich | D8662 | For washing tissue, keep on ice |
Penicillin & Streptomycin | Sigma-Aldrich | P0781 | For making up culture medium |
Petri dishes (100 mm x 20 mm) | Corning | CLS430167 | For cleaning tissue and removing muscle layer |
Potassium chloride | Fisher Scientific | P/4280/53 | Positive control (calcium imaging experiment) |
Scissors | Agar Scientific | AGT554 | For dissection/removal of intestine |
Sterile cell strainer 100 µm | Fisher Scientific | 22363549 | For filtering crypt cell suspension prior to plating |
Surgical scalpel blade No.22 (sterile, stainless) | Swann Morton | 0308 | For dicing tissue |
Syringe filters, Minisart NML (0.2 µm pore size) | Sartorius | 16534-K | For filter-sterilising collagenase solution (digestion medium) |
Syringes, 20 ml, disposable, sterile, Luer slip | BD | 300613 | For filter-sterilising collagenase solution (digestion medium) |
Xenon arc lamp 75W | Cairn Research | – | For imaging experiments |
Y-27632 dihydrochloride | Tocris | 1254 | ROCK inhibitor, prepare 10 mM stock solution in sterile water (use 1:1000 in final culture medium) |