Ce protocole décrit l’isolement, la culture et la calcification des cellules interstitielles vanne dérivé de rat, un modèle hautement physiologique in vitro d’une valvulopathie aortique calcifiée (CAVD). L’exploitation de ce modèle de rat facilite la recherche CAVD dans l’exploration de la cellule et les mécanismes moléculaires qui sous-tendent ce complex processus pathologique.
Valvulopathie aortique calcifiée (CAVD) est caractérisée par l’épaississement progressif des feuillets valvulaire aortique. C’est une affection fréquente chez les patients de l’insuffisance rénale (terminale IRT) personnes âgées et de terminale, qui souffrent souvent d’hyperphosphatémie et une hypercalcémie. À l’heure actuelle, il n’y a aucune thérapie de médicament qui peut arrêter sa progression. Les mécanismes qui sous-tendent ce processus pathologique restent floues. Le dépliant de la valve aortique est composé d’une fine couche de cellules endothéliales vanne (CEV) sur la surface extérieure des points de rebroussement aortique, avec cellules interstitielles vanne (VICs) pris en sandwich entre les CVÉ. L’utilisation d’un modèle de rat permet l’étude in vitro des calcifications ectopiques basée sur le in vivo physiopathologiques concentrations sériques de phosphate (Pi) et le taux de calcium (Ca) des patients qui souffrent d’hyperphosphatémie et de l’hypercalcémie. Le protocole décrit en détail l’isolement d’un rat pur population VIC comme indiqué par l’expression des marqueurs de VIC : muscle lisse alpha actine (α-SMA) vimentine et tissus facteur de croissance bêta (TGFβ) 1 et 2 et l’absence de cluster de différenciation (CD) 31, une CVÉ marqueur. En développant ces VICs, études biochimiques, génétiques et d’imagerie peuvent être effectuées afin d’étudier et de démêler les médiateurs clés qui sous-tendent la CAVD.
La valve aortique en bonne santé est composée de trois folioles, à laquelle la distribution des contraintes mécaniques pendant l’ouverture et la fermeture de la vanne est également répartie. Le dépliant de la vanne a une structure définie de trois couches distinctes : la fibrosa, spongiosa et ventricularis, abritant des soupapes des cellules interstitielles (VICs) comme le type cellulaire prédominant. Ces trois couches sont pris en sandwich entre deux lits de valve des cellules endothéliales (CEV)1.
VICs jouent un rôle crucial dans la progression de calcifiée aortique Valve Calcification (CAVD), la valvulopathie plus courante dans le monde occidental. CAVD est décrite comme une affection progressive qui est activement régulée par le tissu valvulaire et son microenvironnement environnant. Changements cellulaires initialement provoquent épaississement fibreux et finalement une vaste calcification des valve aortique folioles. Cela conduit alors à une sténose valvulaire aortique significative et laissé en bout de ligne, sortie ventriculaire obstruction2, laissant un remplacement valvulaire chirurgical comme la seule solution viable traitement.
La physiopathologie de la CAVD est complexe, mais partage des mécanismes semblables à de la minéralisation osseuse physiologique3. Alors qu’un certain nombre d’études ont démontré l’aptitude des Cie trans-différenciation ostéogénique et calcification4,5, les mécanismes qui sous-tendent ce processus n’ont pas encore complètement élucidée, mettant en évidence la condition essentielle pour un modèle réalisable et pertinente le in vitro de CAVD.
Les travaux antérieurs de plusieurs laboratoires a avec succès isolé VICs de modèles porcins et bovins et mis en culture ces cellules sous conditions6,7,8de calcification. En raison de la grande taille de la valve aortique dans ces modèles, isolement des cellules par digestion enzymatique a été très efficace pour générer des populations pures de cellules. Cependant, ces modèles peuvent être restrictives en raison de la rareté des outils moléculaires pour les grandes espèces animales. En revanche, les modèles de rongeurs restent avantageux en raison des coûts relativement bas, le potentiel pour les manipulations génétiques et la vaste gamme d’outils moléculaires qui sont déjà disponibles. Toutefois, l’isolement de la Cie des petits modèles animaux n’est pas largement employée, qui est une conséquence probable des difficultés rencontrées lorsque vous travaillez avec des échantillons de tissus petit.
Ce protocole détaillé indique une méthode complète pour l’isolement direct du rat VICs. Par une dissection minutieuse de la vanne, suivie d’une série de digestions enzymatiques, VICs peuvent être isolées et employés dans une grande variété de techniques expérimentales, notamment cell culture, calcification et l’expression génique. Ce modèle hautement pertinents dans vitro de CAVD fera sans aucun doute une contribution essentielle à l’accroissement de notre connaissance de ce processus pathologique.
Ce protocole détaillé décrit une méthode pratique pour l’acquisition de primaires de rat VICs, permettant l’isolement de ces cellules de valvules cardiaques de rat par digestion enzymatique. Notre méthode de plus prend en charge et s’étend à l’utilisation d’un rat a déjà été indiqué en vitro modèle pour l’étude de la calcification de la valve aortique13. L’isolement de la Cie de la valve aortique introduit la possibilité de contamination du CEV voisine. Cependant, nos données immunofluorescence confirment que l’étape de digestion initiale est suffisante pour enlever les CVÉ, rendant les cellules isolées négatif pour le marqueur de cellules endothéliales, CD31. Par ailleurs, α-SMA coloration confirme le phénotype activé de la CIV, qui est requis pour la calcification12.
Isolement de VIC ont été rapportées en gros animal modèles6,7,8. Cependant, ces espèces sont limitées par les outils de génétiques moléculaires et limitées disponibles pour étude en aval, ainsi que leur accessibilité restreinte dans les laboratoires du monde entier. En revanche, ces outils sont bien établis dans les rongeurs facilement disponibles et par conséquent, la capacité d’isoler permet de VICs dérivé de rat une plus grande capacité de conception expérimentale. L’utilisation de la Cie des jeunes rats signifie également que les cellules sont relativement plus proliférantes de vieux rats, nécessitant donc moins animaux pour produire plus de cellules. Bien que les souris sont facilement accessibles, mais à cause de la souris ayant notamment petits cœurs, l’isolement de souris primaire VICs serait plus longues et beaucoup plus d’animaux seraient nécessaires pour isoler le même rendement de cellules comme le modèle de rat.
Un avantage important de cette approche décrite est que VICs peuvent être isolés dans le temps du type sauvage et rats transgéniques, ainsi que modèles de rat de cardiovasculaires lésions de maladie et vanne. En utilisant le modèle de rat exigerait un plus grand nombre d’animaux pour des expériences à grande échelle, donc de réduire l’utilisation des animaux, primaires de rat VICs peuvent être transformé pour produire une lignée de cellules une fois qu’il a été bien caractérisé.
Tandis que les graves implications cliniques de CAVD sont largement reconnues, les mécanismes étiologiques sous-jacents doivent encore être déterminés. En outre, médicament efficace n’existent pas de traitements qui peuvent prévenir et guérir potentiellement la calcification de la valve aortique à présenter. La culture de VICs sous conditions de calcification fournit donc un modèle hautement pertinents dans vitro de CAVD. Nous montrent que des concentrations élevées de Ca et Pi induisent la calcification in vitro de rat isolé VICs avec une augmentation concomitante de l’expression des marqueurs de gènes ostéogénique Msx2, Alplet Phospho1. Il est largement établi que ces marqueurs sont associés au processus pathologique de la calcification vasculaire14,15,16. Par conséquent, nos résultats montrent que la culture du rat VICs au moyen de calcification est un modèle approprié permettant d’étudier de calcification de la valve aortique in vitro. En effet, des études récentes dans notre laboratoire ont utilisé ce modèle pour démontrer que Ca favorise la calcification de la valve aortique par enrichissement annexine VI de matrice dérivée de VIC vésicules17.
Malgré les avantages de l’utilisation de rat VICs et leur caractérisation efficace, certaines limitations existent toujours. Tout d’abord, la taille de population de VIC de vannes de rat est très petite, et c’est pourquoi beaucoup d’animaux est nécessaires afin de générer le nombre de cellules suffisant pour études approfondie en vitro . Toutefois, il est possible de surmonter cette limitation par la réalisation d’études préliminaires en lignées de cellules interstitielles de soupape immortalisées, comme récemment rapporté par nous18et par la suite employant des cultures primaires de vérifier et étendent ces résultats.
En résumé, la méthode décrite explique la réussite de l’isolement, la culture et la calcification des primaires de rat VICs, qui pourront être imposées par la suite en utilisant une variété d’analyses, y compris des épreuves biochimiques, mais aussi des protéines et RNA. Ce modèle offre un système fiable et pratique dans lequel mène une enquête CAVD in vitroet fournit un outil précieux pour étudier les mécanismes moléculaires responsables de cette maladie destructrice.
The authors have nothing to disclose.
CD31 anticorps utilisé était un don généreux de Dr Karen Tan, Université d’Edimbourg. Cette étude a été financée par le Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC) sous la forme d’une subvention du Programme stratégique Institut (BB/J004316/1 ; BBS/E/D/20221657) (VEM et FC), un Institut carrière chemin bourse BB/F023928/1 (VEM) et le financement de bourse via un BB/K011618/1 BBSRC cas du stagiaire (LC).
Dissection scissors | World Precision Instruments | 14393 | Autoclave before use. |
Spring curved (14 cm) | World Precision Instruments | 14112 | Autoclave before use. |
Spring straight (8 mm blade) | World Precision Instruments | 15905 | Autoclave before use. |
SuperFine Vannas scissors (3 mm blade, 8 cm) | World Precision Instruments | 501778 | Autoclave before use. |
Dumont #5 tweezers (11 cm) | World Precision Instruments | 500342 | Autoclave before use. |
DMEM-F12 | Thermo Fisher Scientific | 11320074 | |
Foetal bovine serum | Thermo Fisher Scientific | 10500064 | Filter before adding to culture medium. |
Gentamicin | Thermo Fisher Scientific | 15710049 | |
Absolute ethanol | Thermo Fisher Scientific | E/0650DF/17 | Dilute to 70% v/v in distilled water. |
Hydrochloric acid (HCl) | Thermo Fisher Scientific | H1150PB17 | Dilute to 0.6M with distilled water. |
Sodium hydroxide (NaOH) | Thermo Fisher Scientific | UN1823 | Dilute to 0.1M with distilled water. |
DAPI | Thermo Fisher Scientific | P36931 | |
Alexa Fluor 594 goat anti-mouse antibody | Thermo Fisher Scientific | A11005 | 1/250 dilution in antibody dilution buffer. |
Alexa Fluor 488 donkey anti-rabbit antibody | Thermo Fisher Scientific | A21206 | 1/250 dilution in antibody dilution buffer. |
Superscript II kit | Thermo Fisher Scientific | 18064014 | |
dNTP | Thermo Fisher Scientific | 18427013 | |
Random primers | Thermo Fisher Scientific | P/N58875 | |
Taq Polymerase kit | Thermo Fisher Scientific | 18038026 | |
Tris/Borate/EDTA (TBE) | Thermo Fisher Scientific | AM9863 | Dilute to 1x with distlled water, before use. |
Agarose | Thermo Fisher Scientific | 16500 | 2% in 1x Tris/Borate/EDTA(TBE). |
Lysis buffer (RIPA) | Thermo Fisher Scientific | 89900 | |
T75 flask | Thermo Fisher Scientific | 156472 | |
T175 flask | Thermo Fisher Scientific | 159920 | |
qPCR plates | Thermo Fisher Scientific | AB0990 | |
Rat Msx2 primer | Qiagen | QT01084090 | |
Rat Alpl primer | Qiagen | QT00190680 | |
Rat Enpp1 primer | Qiagen | QT00181426 | |
RNeasy minikit | Qiagen | 74104 | |
6-well plates | Sigma | CLS3516 | |
T25 flask | Sigma | CLS430639 | |
Monobasic phosphate | Sigma | S5011 | |
Dibasic phosphate | Sigma | S5136 | |
Calcium chloride | Sigma | C1016 | |
Sodium dodecyl sulphate (SDS) | Sigma | 5030 | Dilute to 0.1% with 0.1M NaOH. |
Paraformaldehyde | Sigma | P6148 | Dilute to 4% with PBS. |
Triton X100 | Sigma | X100 | |
Bovine serum albumin (BSA) | Sigma | A3059 | |
Alizarin red S | Sigma | A5533 | Make up to 2% with distilled water, and adjust to pH 4.2. |
TGFβ-1 primer pair: f: GCTACCATGCCAACTTCTGT r: TGTGTTGGTTGTAGAGGGCA | Sigma | Concentration used: 10 μM | |
TGFβ-2 primer pair: f: GAAGGCAGAGTTCAGGGTCT r: CGCTGGGTTGGAGATGTTAG | Sigma | Concentration used: 10 μM | |
Monoclonal Anti-β-Actin−Peroxidase antibody produced in mouse | Sigma | A3854 | 1/50000 dilution in 5% BSA in tris-buffered saline + 0.1% Tween (TBS/T). |
Mouse anti-vimentin antibody | Sigma | v6389 | 1/900 dilution in antibody dilution buffer (1x phosphate buffered saline (PBS), 1% bovine serum albumin (BSA), 0.3% Triton X-100). |
Mouse IgG | Sigma | I5381 | Diluted to the same stock concentration as mouse anti-vimentin antibody prior to dilution in antibody dilution buffer. |
Rabbit IgG | GeneTex | GTX35035 | Diluted to the same stock concentration as rabbit anti-α-smooth muscle actin antibody prior to dilution in antibody dilution buffer. |
Rabbit anti-α-smooth muscle actin antibody | Abcam | ab5694 | 1/200 dilution in antibody dilution buffer. |
Rabbit anti-CD31 | Abcam | ab28364 | 1/50 dilution in 5% BSA inTBS/T. |
HRP-conjugated goat anti-rabbit antibody | Dako | P0448 | 1/3000 dilution in in 5% BSA in TBS/T. |
Collagenase II | Worthington | 41512862 | Adjust to 425 U/mL with distilled water, and then filter. |
SYBR green mastermix | Primerdesign | PrecisionPLUS-MX-SY | |
Calcium assay kit | Randox | CA590 | |
DC protein assay kit | Bio-Rad | 5000111 | |
ECL reagent | GE Healthcare | RPN2109 | |
Hyperfilm ECL | GE Healthcare | 28906837 | |
Nitrocellulose membrane | GE Healthcare | 10600007 | |
PCR ladder | Bioline | BIO-33057 | |
Loading dye for gel electrophoresis | New England Biolabs | B7025S | |
Syringe filters (0.22 μm) | Merck Millipore | SLGP033RS | |
Coverslips | Scientific Laboratory Supplies LTD | MIC3100 | |
Hematocytometer | Marienfeld Superior | 640030 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Camera set up for Alizarin red images: | |||
Camera | Nikon D800 | ||
Lens | Nikon AF_s Micro, Nikko 105 mm, 1:2.8 GED |