Vi presentiamo un protocollo per l’isolamento delle cellule endocardiali e coronariche dai cuori dei ratti attraverso la digestione sequenziale dei tessuti in un buffer di digestione, la raccolta cellulare da cicli di centrifuga ricorrenti e la purificazione cellulare utilizzando microsfere CD31 anti-rat.
È stato dimostrato che le cellule endoteliali endocardiali (EEC) e le cellule endoteliali coronariche (CEC) differiscono per origine, sviluppo, marcatori e funzioni. Di conseguenza, queste due popolazioni cellulari svolgono ruoli unici nelle malattie cardiache. Gli studi attuali condotti sulle cellule endoteliali isolate studiano le popolazioni cellulari costituite sia da EEC che da CEC. Questo protocollo descrive un metodo per isolare in modo indipendente queste due popolazioni di cellule per la caratterizzazione specifica della cellula. Dopo la raccolta della parete libera ventricolare sinistra e destra, le cellule endoteliali dalla superficie esterna e dalla superficie interna vengono liberate separatamente utilizzando una soluzione tampone di digestione. La digestione sequenziale della superficie esterna e dello strato endocardiale interno ha mantenuto la separazione delle due popolazioni di cellule endoteliali. L’isolamento separato degli EEC e dei CEC viene ulteriormente verificato attraverso l’identificazione di marcatori specifici per ciascuna popolazione. Sulla base della profilazione dell’RNA a singola cellula pubblicata in precedenza nel cuore del topo, l’espressione genica Npr3, Hapln1e Cdh11 è unica per le EEC; mentre l’espressione genica Fabp4, Mglle Cd36 è unica per i CEC. I dati di qPCR hanno rivelato l’espressione arricchita di questi marcatori caratteristici nei rispettivi campioni, indicando il successo dell’isolamento della CEE e della CEC, nonché la manutenzione del fenotipo cellulare, consentendo un’ulteriore analisi funzionale specifica delle cellule.
Questo articolo fornisce un protocollo dettagliato (modificato da Gladka et al.1)per la dissezione e il successivo isolamento delle cellule endoteliali endocardiche (EEC) e delle cellule endoteliali coronariche (CEC) dai cuori dei ratti. La capacità di studiare queste popolazioni cellulari in modo indipendente consentirebbe l’esplorazione di meccanismi specifici del tipo di cellula alla base di una varietà di malattie cardiache che potrebbero servire come potenziali bersagli terapeutici. Un metodo efficace per la raccolta di queste popolazioni cellulari in modo indipendente deve ancora essere pubblicato, tuttavia.
I CEC differiscono dalle EEC per quanto riguarda la loro origine, marcatori e funzioni durante lo sviluppo cardiaco e la malattia1,2,3,4,5,6,7. Le EEC derivano dalla superficie ventrale del mesoderma cardiaco3. Essi derivano dalle+ cellule progenitrici Flk1 in risposta alla segnalazione VEGF e HIF e formano lo strato più interno delle tre regioni discrete del cuore in via di sviluppo: l’atrio, il ventricolo e il seno venoso3,6. L’analisi genetica del lignaggio suggerisce che le cellule endocardiali pluripotenti del venoso sinusatorio derivano cellule venose, che migrano per formare lo strato subepicardio3. Successivamente, lo strato subepicardio si differenzia in arterie coronarie e vene, compresi i CEC, che rimangono attraverso la parete libera ventricolare periferica3,4. Questa via endocardiale a endoteliale è regolata da VEGFC, ELA/APJ e SOX17 segnalazione3,4,6,8,9. L’endocardio ventricolare deriva il minor numero di CEC del setto interventricolare da un meccanismo sconosciuto3. Successivamente, la differenziazione localizzata tra EEC e CEC viene suggerita da marcatori specifici per queste due popolazioni di celle, tra cui le espressioni Mgll, Fabp4 e Cd36 nei CEC o le espressioni Npr3, Cdh11 e Hapln1 negli EEC3,5,10.
Gli EEC e i CEC svolgono ruoli diversi nella funzione cardiaca. Transizione da endocardiale a mesenchymal, formazione di valvole, maturazione della camera, regolazione del tratto di deflusso e sviluppo del canale atrioventricolare sono contingenti su EEC6. In alternativa, i CEC contribuiscono al tono vasomotorio e all’infiammazione delle arterie coronarie11. Queste varianze nella funzione si traducono in ruoli individualizzati nello sviluppo della malattia4,12. Ad esempio, l’evidenza suggerisce che malfunzionanti EEC possono portare a malattia valvolare congenita6, miocardio6, effetto settale atrioventricolare6, fibroplastica endocardiale13, ipoplastica sinistra cardiaca13, ipoplasia ventricolare13e ipertrofia cardiaca12. Allo stesso modo, gli studi hanno trovato che i CEC anormali contribuiscono alla malattia coronarica14 e trombosi11.
Il successo dell’isolamento degli EEC e dei CEC è necessario per ottenere una conoscenza completa di queste due popolazioni cellulari, che potrebbero essere utilizzate sia nella ricerca che in quelli clinici. Determinare i fattori di crescita e differenziazione di queste popolazioni cellulari fornirebbe un riferimento per la differenziazione dei sottotipi endoteliali dalle cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC). Inoltre, l’identificazione completa delle varianze nello sviluppo, nella regolazione e nella funzione delle EEC e dei CEC è fondamentale per comprendere i fattori genomici ed epigenomici responsabili di numerose malattie cardiache in modo specifico per il tipo di cellula. Questo articolo descrive i passaggi per la raccolta di successo di EEC e CEC in modo indipendente e fornisce prove di separazione valutando i livelli di espressione genica dei marcatori specifici del tipo di cellula.
I CEC e gli EEC differiscono per origine, marcatori e funzioni, e quindi potrebbero svolgere ruoli unici nello sviluppo e nella malattia. I protocolli esistenti per l’isolamento delle cellule endotemili sono limitati ai tessuti macrovascolari, trascurando la raccolta delle EEC, limitando così lo studio delle funzioni specifiche della CEC e della CEE. È essenziale isolare e studiare queste due popolazioni in modo indipendente, in quanto questa conoscenza fornirebbe un riferimento per la differenziazione degli iPSC in CEC e EEC per studi futuri e faciliterebbe l’esame di queste due popolazioni cellulari per potenziali bersagli terapeutici per varie malattie cardiache. Questo nuovo protocollo delinea un metodo per l’isolamento degli EEC dalla superficie interna e dai CEC dalla superficie esterna della parete libera ventricolare dei ratti adulti.
È fondamentale controllare i tempi per ogni passaggio in modo molto preciso in questo protocollo. Poiché il numero di EEC è molto limitato nel tessuto cracoitale del ratto, abbiamo ridotto al minimo il tempo di digestione dello strato interno del cuore per prevenire danni cellulari e, cosa più importante, la contaminazione da CEC. L’aggiunta immediata della soluzione media CE per porre fine alla reazione enzimatica è anche molto importante per mantenere un’elevata vitalità cellulare. Un pellet rosso che segue la raccolta cellulare suggerisce la presenza di un gran numero di RBC. Utilizzando l’attuale protocollo, siamo stati in grado di isolare 105 EEC da sei cuori di ratto. Queste cellule potrebbero essere semiate su un piatto di coltura cellulare per un’ulteriore espansione e caratterizzazione.
Durante la preparazione del tessuto per la raccolta della parete libera, il cuore è stato lavato con HBSS per rimuovere la maggior parte degli RBC rimanenti. La composizione del tampone di digestione garantisce una sufficiente liberazione delle cellule endoteliali, dove l’enzima di digestione liberato rimuove il tessuto delle cellule esposte, DNase I elimina il DNA dalle cellule morte per promuovere il distacco cellulare che può essere inibito dalla qualità adesiva del DNA, il buffer HEPES bilancia il pH e il DMEM è un mezzo basale modificato con una maggiore concentrazione di aminoacidi e vitamine per una migliore manutenzione cellulare e contiene il calcio necessario per attivare la liberazione.
Secondo il sequenziamento dell’RNA a singola cellula (scRNA-seq) ottenuto sia dall’uomo15 che dal cuore di topo10, sono stati riportati diversi marcatori attribuiti a specifiche popolazioni CE. Abbiamo selezionato alcuni dei geni più arricchiti per esaminare la purezza delle EEC isolate (ad esempio, Npr3, Cdh11e Hapln1) e EEC (ad esempio, Mgll, Fabp4e Cd36). In relazione ai marcatori β-Actin, Npr3, Cdh11e Hapln1 hanno dimostrato un aumento dell’espressione negli EEC rispetto ai CEC. Analogamente, l’espressione dei marcatori Mgll, Fabp4e Cd36 era maggiore nei CEC rispetto agli EEC. I marcatori espressi in modo univoco per ogni campione sono in accordo con i marcatori caratteristici rispettivamente degli EEC e dei CEC, che indicano un isolamento riuscito.
Tuttavia, l’attuale protocollo non può escludere la contaminazione incrociata tra le due popolazioni della CE durante l’isolamento, anche con digestione sequenziali attentamente controllate. Pertanto, alcuni marcatori di superficie cellulare possono essere applicati per un’ulteriore purificazione. Ad esempio, NPR3 generalmente etichetta l’endocardio10, mentre APJ può tracciare la maggior parte dei CEC16. Poiché questi due marcatori sono espressi sulla superficie cellulare, potrebbero essere utilizzati per lo smistamento delle cellule attivate dalla fluorescenza (FACS) e gli anticorpi utilizzati per purificare ulteriormente le popolazioni CE distinte. Inoltre, l’uomo15 e il topo10 cardiaco scRNA-seq possono confermare l’arricchimento di Npr3 nei CES, e Cd36 può essere potenzialmente utilizzato per la purificazione della CEC.
In conclusione, il protocollo presentato delinea l’isolamento indipendente delle EEC e dei CEC dal cuore del ratto. L’identificazione completa delle proprietà cellulari, abilitata dall’isolamento cellulare, può essere utilizzata per applicazioni a valle significative.
The authors have nothing to disclose.
Gli autori apprezzano molto la dott.ssa Lingli Wang per il suo aiuto con il protocollo sugli animali e il Dipartimento di Pediatria di Stanford per il supporto infrastrutturale. Questo lavoro è stato supportato da NIH/NHLBI K99 HL135258 (a 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 |