We presenteren een protocol voor de isolatie van endocardiale en coronaire endotheelcellen uit rattenharten door sequentiële weefselvertering in een spijsverteringsbuffer, celverzameling uit terugkerende centrifugecycli en celzuivering met behulp van antiratten-CD31 microbeads.
Het is aangetoond dat endocardiale endotheelcellen (EECs) en coronaire endotheelcellen (CECs) verschillen in oorsprong, ontwikkeling, markers en functies. Bijgevolg spelen deze twee celpopulaties een unieke rol bij hartziekten. De huidige studies met geïsoleerde endotheelcellen onderzoeken celpopulaties die bestaan uit zowel EER’s als LMOE’s. Dit protocol schetst een methode om deze twee celpopulaties onafhankelijk te isoleren voor celspecifieke karakterisering. Na het verzamelen van de linker en rechter ventriculaire vrije wand, endotheelcellen van het buitenoppervlak en het binnenoppervlak worden afzonderlijk bevrijd met behulp van een spijsvertering buffer oplossing. De sequentiële vertering van het buitenoppervlak en de binnenste endocardiale laag behielden de scheiding van de twee endotheelcelpopulaties. De afzonderlijke isolatie van EER’s en LMOE’s wordt verder gecontroleerd door de identificatie van voor elke populatie specifieke merkers. Op basis van eerder gepubliceerde single cell RNA profilering in het muishart, de Npr3, Hapln1, en Cdh11 gen expressie is uniek voor EECs; terwijl Fabp4, Mgllen Cd36 genexpressie uniek is voor CEC’s. qPCR-gegevens toonden verrijkte expressie van deze kenmerkende merkers in hun respectieve monsters aan, wat wijst op een succesvolle ISOLATIE van de EEG en de CEC, alsmede het behoud van het celfenotype, waardoor verdere celspecifieke functionele analyse mogelijk is.
Dit artikel bevat een gedetailleerd protocol (gewijzigd van Gladka et al.1) voor de dissectie en daaropvolgende isolatie van endocardiale endotheelcellen (EECs) en coronaire endotheelcellen (CECs) uit rattenharten. De mogelijkheid om deze celpopulaties onafhankelijk te onderzoeken zou het mogelijk maken om celtypespecifieke mechanismen te verkennen die ten grondslag liggen aan een verscheidenheid aan hartziekten die als potentiële therapeutische doelen kunnen dienen. Een succesvolle methode voor het onafhankelijk verzamelen van deze celpopulaties moet echter nog worden gepubliceerd.
De LOF’s verschillen van EER’s wat betreft hun oorsprong, markers en functies tijdens hartontwikkeling en ziekte1,,2,3,4,5,6,7. EE’s komen voort uit het ventrale oppervlak van het hartmesoderm3. Ze ontstaan uit Flk1+ voorlopercellen in reactie op VEGF en HIF signalering en vormen de binnenste laag van de drie afzonderlijke gebieden van het ontwikkelende hart: het atrium, de ventrikel en de sinusvenosus3,6. Genetische afstammingstracering suggereert dat de pluripotente endocardiale cellen van de sinus venosus veneuze cellen afleiden, die migreren naar de subepicardiale laag3. Vervolgens onderscheidt de subepicardiale laag zich in kransslagaders en aders, waaronder CEC’s, die over de perifere ventriculaire vrije wand3,4blijven. Deze endocardiale endotheel route wordt gereguleerd door VEGFC, ELA / APJ, en SOX17 signalering3,4,6,8,9. Het ventriculaire endocardium ontleent de minder CEC’s van het interventriculaire septum door een onbekend mechanisme3. Vervolgens wordt gelokaliseerde differentiatie tussen EER’s en LOF’s voorgesteld door markeringen die specifiek zijn voor deze twee celpopulaties, waaronder Mgll, Fabp4 en Cd36-expressie in LMOE’ s, of Npr3, Cdh11 en Hapln1-expressie in EER3,5,10.
EER’s en LMOE’s spelen verschillende rollen in de hartfunctie. Endocardial aan mesenchymale overgang, klepvorming, kamerrijping, uitstroomkanaalverordening, en atrioventriculaire kanaalontwikkeling zijn afhankelijk van EECs6. Als alternatief, CEC’s bijdragen aan vasomotorische toon en ontsteking van kransslagaders11. Deze verschillen in functie resulteren in geïndividualiseerde rollen in ziekteontwikkeling4,12. Er zijn bijvoorbeeld aanwijzingen dat slecht functionerende EES’s kunnen leiden tot aangeboren klepziekte6, noncompaction myocardium6, atrioventriculair septaal effect6, endocardiale fibroelastose13, hypoplastisch linkerhartsyndroom13, ventriculaire hypoplasie13, en cardiale hypertrofie12. Op dezelfde manier hebben studies aangetoond dat abnormale CEC’s bijdragen aan coronaire hartziekte14 en trombose11.
Succesvolle isolatie van EER’s en LMOE’s is noodzakelijk om uitgebreide kennis van deze twee celpopulaties te bereiken, die zowel in de onderzoeks- als in de klinische omgeving kunnen worden gebruikt. Het bepalen van de groei- en differentiatiefactoren van deze celpopulaties zou een referentie zijn voor de differentiatie van endotheelsubtypes van geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSCs). Verder is volledige identificatie van de verschillen in de ontwikkeling, regulering en functie van EER’s en LMOE’s van vitaal belang voor het begrijpen van de genomische en epigenomische factoren die verantwoordelijk zijn voor talrijke hartziekten op een celtype-specifieke manier. Dit artikel schetst stappen voor de succesvolle verzameling van EER’s en LMOE’s onafhankelijk, en biedt bewijs van scheiding door de genexpressie niveaus van celtype-specifieke markers te beoordelen.
LOF’s en EER’s verschillen in oorsprong, markers en functies, en kunnen dus een unieke rol spelen in ontwikkeling en ziekte. De bestaande protocollen voor endotheliale celisolatie zijn beperkt tot macrovasculaire weefsels, waardoor de verzameling eer’s worden verwaarloosd, waardoor de studie van CEC- en EEG-specifieke functies wordt beperkt. Het is van essentieel belang deze twee populaties onafhankelijk te isoleren en te bestuderen, aangezien deze kennis een referentie zou zijn voor de differentiatie van iPSC’s in LMOE’s en EER’s voor toekomstige studies en het onderzoek van deze celpopulaties op mogelijke therapeutische doelen voor verschillende hartziekten zou vergemakkelijken. Dit nieuwe protocol schetst een methode voor de isolatie van EER’s van het binnenoppervlak en LC’s van de buitenzijde van de ventriculaire vrije wand van volwassen ratten.
Het is van cruciaal belang om de timing voor elke stap zeer nauwkeurig in dit protocol te controleren. Omdat het aantal EECs zeer beperkt is in rattenhartweefsel, hebben we de spijsverteringstijd van de binnenste laag van het hart geminimaliseerd om cellulaire schade te voorkomen en nog belangrijker, CEC-besmetting. Onmiddellijke toevoeging van de EG-medium oplossing om de enzymatische reactie te beëindigen is ook zeer belangrijk voor het behoud van een hoge levensvatbaarheid van de cel. Een rode pellet na celverzameling suggereert de aanwezigheid van een groot aantal RBC’s. Afhankelijk van de hoeveelheid RBC-verontreiniging kan 1-2 mL rbc-lysisbuffer worden toegevoegd om de RBC’s te degraderen. Incubatie moet zorgvuldig worden getimed om aanzienlijke schade aan de cellen te voorkomen, en PBS wordt onmiddellijk toegevoegd om de reactie te beëindigen. Met behulp van het huidige protocol konden we 105 EER’s isoleren van zes rattenharten. Deze cellen kunnen worden gezaaid op een cel kweek schotel voor verdere uitbreiding en karakterisering.
Bij de voorbereiding van het weefsel voor vrije wandverzameling, werd het hart gewassen met HBSS om de meerderheid van de resterende RBCs te verwijderen. HBSS is het aanbevolen medium vanwege zijn heldere verschijning, waardoor de visualisatie van bloedcellen mogelijk is, in tegenstelling tot DMED met fenolrood. De samenstelling van de spijsverteringsbuffer zorgt voor voldoende bevrijding van endotheelcellen, waar liberase digestie enzym strips het weefsel van de blootgestelde cellen, DNase I elimineert DNA uit de dode cellen ter bevordering van celloslating die kunnen worden geremd door lijm kwaliteit DNA,waar liberase spijsvertering saldi de pH, en DMEM is een gewijzigd basaal medium met een hogere concentratie van aminozuren en vitaminen voor een betere cel onderhoud en bevat het calcium dat nodig is om de liberase te activeren.
Volgens de eencellige RNA sequencing (scRNA-seq) verkregen uit zowel menselijke15 en muis hart10, verschillende markers toegeschreven aan specifieke EG-populaties werden gemeld. We selecteerden enkele van de meest verrijkte genen om de zuiverheid van geïsoleerde EECs (d.w.z. Npr3, Cdh11en Hapln1) en EECs (d.w.z. Mgll, Fabp4en Cd36)te onderzoeken. Ten opzichte van β-Actin, Npr3, Cdh11en Hapln1 vertoonden de markers een verhoogde expressie in EER’s in vergelijking met LMOE’s. Ook de expressie van Mgll, Fabp4en Cd36 markers was groter in LMOE’s in vergelijking met EER’s. De uniek uitgedrukte markeringen voor elk monster zijn in overeenstemming met de markers die kenmerkend zijn voor respectievelijk EER’s en LMOE,wat duidt op een succesvolle isolatie.
Het huidige protocol kan echter niet uitsluiten dat kruisbesmetting tussen de twee EG-populaties tijdens de isolatie, zelfs met zorgvuldig gecontroleerde sequentiële vertering. Daarom kunnen sommige celoppervlaktemarkeringen worden aangebracht voor verdere zuivering. Zo labelt NPR3 over het algemeen het endocardium10, terwijl APJ een meerderheid van de LMOE’s16kan traceren . Omdat deze twee markers worden uitgedrukt op het celoppervlak, kunnen ze worden gebruikt voor fluorescentie geactiveerde cel sortering (FACS), en antilichamen die worden gebruikt om verschillende EG-populaties verder te zuiveren. Bovendien kunnen menselijke15- en muis10-hartscRNA-seq de verrijking van10 Npr3 in EER’s bevestigen en kan Cd36 mogelijk worden gebruikt voor CEC-zuivering.
Tot slot schetst het gepresenteerde protocol de onafhankelijke isolatie van EER’s en LMOE’s uit het rattenhart. De uitgebreide identificatie van cellulaire eigenschappen, ingeschakeld door celisolatie, kan worden gebruikt voor belangrijke downstream-toepassingen.
The authors have nothing to disclose.
De auteurs zeer waarderen Dr Lingli Wang voor haar hulp met het dier protocol, en het ministerie van Kindergeneeskunde op Stanford voor ondersteuning van de infrastructuur. Dit werk werd ondersteund door NIH/NHLBI K99 HL135258 (naar M.G.).
4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid (HEPES) | Gibco | 15630080 | 1M |
15ml Tubes | Eppendorf | 0030122151 | |
50ml Tubes | Nunc | 339652 | |
5ml Tubes | Eppendorf | 30119401 | |
ACK Lysing Buffer | Gibco | A1049201 | |
Anti-CD31 PE | Miltenyi Biotec | 130-115-505 | |
Anti-PE microbeads | Miltenyi Biotec | 130-048-801 | |
Bovine serum albumin (BSA) | Miltenyi Biotec | 130-091-376 | 10% |
CFX384 Touch Real-Time PCR Detection System | Bio-rad | 1855485 | For qPCR |
DNAse I | Worthington | LK 003172 | 1 mg/mL in water |
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Gibco | 10313021 | |
Endothelial Cell Growth Medium-2 (EGM-2) | Lonza | CC-3162 | EC Medium |
Ethylendiaminetetraacetic Acid (EDTA) | Invitrogen | 15575020 | 0.5 M |
Hank's Balanced Salt Solution (HBSS) X1 | Gibco | 14025092 | |
Hard-Shell 384-Well PCR Plates, thin wall, skirted, clear/white | Bio-rad | HSP3805 | For qPCR |
High-Capacity cDNA Reverse Transcription Kit | Applied Biosystems | 4368813 | |
Liberase TM | Sigma Aldrich | 5401119001 | 5 mg/mL |
MACS LS Column | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | For EC isolation |
MACS MultiStand | Miltenyi Biotec | 130-042-302 | For EC isolation |
Microseal 'B' PCR Plate Sealing Film, adhesive, optical | Bio-rad | MSB1001 | For qPCR |
Narrow Pattern Forceps | F.S.T | 11002-12 | For heart harvest |
Nylon Sterile Strainer | Falcon | 352340 | 40 mm |
Phosphate Buffered Saline (PBS) X1 | Gibco | 1001023 | |
PowerUp SYBR Green Master Mix | Applied Biosystems | A25780 | For qPCR |
Quick-RNA Microprep Kit | Zymo Research | R1050 | For RNA extraction |
S&T Forceps – SuperGrip Tips | F.S.T | 00632-11 | For heart harvest |
Strabismus Scissors – Tungsten Carbide | F.S.T | 14574-11 | For heart harvest |
Vannas Spring Scissors – Microserrated | F.S.T | 15007-08 | For heart harvest |