Nous présentons un protocole pour l’isolement des cellules endocardiques et coronaires endothéliales endothéliales des coeurs de rat par la digestion séquentielle de tissu dans un tampon de digestion, la collection de cellules des cycles récurrents de centrifugeuses, et la purification de cellules utilisant des microbilles de CD31 anti-rat.
Il a été démontré que les cellules endocardiques endothéliales (EEC) et les cellules coronariennes endothéliales (CEC) diffèrent dans l’origine, le développement, les marqueurs et les fonctions. Par conséquent, ces deux populations cellulaires jouent un rôle unique dans les maladies cardiaques. Les études actuelles portant sur des cellules endothéliales isolées étudient les populations cellulaires composées de CEE et de CEC. Ce protocole décrit une méthode pour isoler indépendamment ces deux populations cellulaires pour la caractérisation spécifique aux cellules. Après la collecte du mur ventriculaire gauche et droit, les cellules endothéliales de la surface extérieure et de la surface intérieure sont libérées séparément à l’aide d’une solution tampon de digestion. La digestion séquentielle de la surface extérieure et de la couche endocardiale intérieure a conservé la séparation des deux populations de cellules endothéliales. L’isolement distinct des CEE et des CEC est vérifié par l’identification de marqueurs spécifiques à chaque population. Basé sur le profilage d’ARN à cellule unique publié précédemment dans le cœur de la souris, le Npr3, Hapln1, et l’expression de gène Cdh11 est unique aux EECs ; tandis que Fabp4, Mgll, et Cd36 expression génique est unique aux CEC. Les données qPCR ont révélé l’expression enrichie de ces marqueurs caractéristiques dans leurs échantillons respectifs, indiquant l’isolement réussi de ceE et de CEC, aussi bien que le maintien du phénotype de cellules, permettant une analyse fonctionnelle spécifique aux cellules.
Cet article fournit un protocole détaillé (modifié de Gladka et coll.1) pour la dissection et l’isolement subséquent des cellules endocardiques endothéliales (EEC) et des cellules coronariennes endothéliales (CEC) des cœurs de rat. La capacité d’étudier ces populations cellulaires de façon indépendante permettrait d’explorer les mécanismes spécifiques au type cellulaire sous-jacents à une variété de maladies cardiaques qui pourraient servir de cibles thérapeutiques potentielles. Une méthode réussie pour la collecte de ces populations cellulaires indépendamment n’a pas encore été publiée, cependant.
Les CEC diffèrent des CEE en ce qui concerne leur origine, leurs marqueurs et leurs fonctions pendant le développement cardiaque et la maladie1,2,3,4,5,6,7. Les EEC proviennent de la surface ventrale du mésoderm cardiaque3. Ils proviennent de cellules Flk1et progénitrices en réponse à la signalisation VEGF et HIF et forment la couche la plus intime des trois régions discrètes du cœur en développement : l’atrium, le ventricule et le sinus venosus3,6. Le traçage génétique de lignée suggère que les cellules endocardiques pluripotentes du sinus venosus dérivent des cellules veineuses, qui migrent pour former la couche sous-apicardiale3. Par la suite, la couche sous-apicardiale se différencie en artères et veines coronaires, y compris les CEC, qui restent à travers le mur libre ventriculaire périphérique3,4. Cette voie endocardique à endothéliale est réglementée par VEGFC, ELA/APJ, et SOX17 signalant3,4,6,8,9. L’endocardium ventriculaire tire le moins de CEC du septum interventricular par un mécanisme inconnu3. Par la suite, la différenciation localisée entre les CEE et les CEC est suggérée par des marqueurs spécifiques à ces deux populations cellulaires, y compris Mgll, Fabp4, et Cd36 expression dans CEC, ou Npr3, Cdh11, et Hapln1 expression dans EECs3,5,10.
Les CEE et les CEC jouent des rôles différents dans la fonction cardiaque. La transition mésenchymale à la transition mésenchymale, la formation de valve, la maturation de chambre, la régulation des voies d’écoulement, et le développement du canal atrioventriculaire sont subordonnés aux EECs6. Alternativement, CEC contribuent au tonus vasomoteur et à l’inflammation des artères coronaires11. Ces écarts dans la fonction se traduisent par des rôles individualisés dans le développement de la maladie4,12. Par exemple, les preuves suggèrent que les EEC défectueux peuvent mener à la maladie congénitale de valve6, myocarde non comacturique6, effet septal atrioventriculaire6, fibroelastosis endocardial13, syndrome du coeur gauche hypoplastique13, hypoplasie ventriculaire13, et hypertrophie cardiaque12. De même, des études ont constaté que les CEC anormaux contribuent à la maladie coronarienne14 et à la thrombose11.
L’isolement réussi des CEE et des CEC est nécessaire pour obtenir une connaissance approfondie de ces deux populations cellulaires, qui pourraient être utilisées à la fois dans les milieux de recherche et cliniques. La détermination des facteurs de croissance et de différenciation de ces populations cellulaires fournirait une référence à la différenciation des sous-types endothéliaux des cellules souches pluripotentes induites (ciPS). En outre, l’identification complète des écarts dans le développement, la régulation et la fonction des CEE et des CEC est essentielle pour comprendre les facteurs génomiques et épigénomiques responsables de nombreuses maladies cardiaques d’une manière spécifique au type cellulaire. Cet article décrit les étapes de la collecte réussie des CEE et des CEC indépendamment, et fournit des preuves de la séparation en évaluant les niveaux d’expression génique des marqueurs spécifiques au type cellulaire.
Les CEC et les CEE diffèrent en origine, en marqueurs et en fonctions, et pourraient donc jouer un rôle unique dans le développement et la maladie. Les protocoles existants pour l’isolement des cellules endothéliales sont limités aux tissus macrovasculaires, négligeant la collection des CEE, limitant ainsi l’étude des fonctions spécifiques à la CEC et à la CEE. Il est essentiel d’isoler et d’étudier ces deux populations de façon indépendante, car ces connaissances fourniraient une référence à la différenciation des CCPS en CEC et en CEE pour des études futures et faciliteraient l’examen de ces populations cellulaires pour des cibles thérapeutiques potentielles pour diverses maladies cardiaques. Ce nouveau protocole décrit une méthode pour l’isolement des CEE de la surface intérieure et des CEC de la surface extérieure de la paroi libre ventriculaire des rats adultes.
Il est essentiel de contrôler le moment de chaque étape très précisément dans ce protocole. Parce que le nombre de CEE est très limité dans le tissu cardiaque de rat, nous avons minimisé le temps de digestion de la couche interne du coeur pour empêcher des dommages cellulaires et plus important encore, la contamination de CEC. L’ajout immédiat de la solution moyenne des CE pour mettre fin à la réaction enzymatique est également très important pour maintenir la viabilité des cellules élevées. Une pellete rouge suivant la collecte de cellules suggère la présence d’un grand nombre de CVR. Selon la quantité de contamination par RBC, on peut ajouter un coussin de lyse RBC de 1 à 2 ml pour dégrader les CBR. Grâce au protocole actuel, nous avons pu isoler 105 EECs de six cœurs de rats. Ces cellules pourraient être ensemencées sur un plat de culture cellulaire pour une expansion et une caractérisation.
Lors de la préparation du tissu pour la collecte libre de mur, le coeur a été lavé avec HBSS pour enlever la majorité des RBCs restants. HBSS est le milieu recommandé en raison de son aspect clair, qui permet la visualisation des globules sanguins, contrairement à DMED contenant du rouge phénol. La composition du tampon de digestion assure une libération suffisante des cellules endothéliales, là où l’enzyme de digestion de la liberase bande le tissu des cellules exposées, DNase I élimine l’ADN des cellules mortes pour favoriser le détachement cellulaire qui peut être inhibé par la qualité adhésive de l’ADN, HEPES tampon équilibre le pH, et DMEM est un milieu basal modifié avec une concentration plus élevée d’acides aminés et de vitamines pour un meilleur entretien cellulaire et contient le calcium nécessaire pour activer la libération.
Selon le séquençage d’ARN à cellule unique (scRNA-seq) obtenu à la fois del’homme 15 et du cœur de souris10, plusieurs marqueurs attribués à des populations spécifiques d’EC ont été rapportés. Nous avons sélectionné quelques-uns des gènes les plus enrichis pour examiner la pureté des EEC isolés (c.-à-d., Npr3, Cdh11, et Hapln1) et EEC (c.-à-d., Mgll, Fabp4, et Cd36). Par rapport aux marqueurs βd’Actin, Npr3, Cdh11et Hapln1 ont démontré une expression accrue dans les CEE par rapport aux CEC. De même, l’expression des marqueurs Mgll, Fabp4et Cd36 était plus grande chez les CEC que chez les CEE. Les marqueurs exprimés de façon unique pour chaque échantillon sont en accord avec des marqueurs caractéristiques des CEE et des CEC respectivement, ce qui indique un isolement réussi.
Cependant, le protocole actuel ne peut exclure la contamination croisée entre les deux populations des CE pendant l’isolement, même avec des digestions séquentielles soigneusement contrôlées. Par conséquent, certains marqueurs de surface cellulaire peuvent être appliqués pour plus de purification. Par exemple, NPR3 étiquette généralement l’endocardium10, tandis que l’APJ peut retracer la majorité des CEC16. Étant donné que ces deux marqueurs sont exprimés à la surface cellulaire, ils pourraient être utilisés pour le tri cellulaire activé par fluorescence (FACS), et les anticorps utilisés pour purifier davantage les populations distinctes d’EC. En outre, l’homme15 et la souris10 cœur scRNA-seq peut confirmer l’enrichissement de Npr3 dans les EECs, et Cd36 peut être potentiellement utilisé pour la purification CEC.
En conclusion, le protocole présenté décrit l’isolement indépendant des CEE et des CEC du cœur du rat. L’identification complète des propriétés cellulaires, rendue possible par l’isolement cellulaire, peut être utilisée pour des applications importantes en aval.
The authors have nothing to disclose.
Les auteurs apprécient grandement la Dre Lingli Wang pour son aide avec le protocole animal, et le Département de pédiatrie de Stanford pour le soutien à l’infrastructure. Ce travail a été appuyé par NIH/NHLBI K99 HL135258 (à 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 |