Apresentamos um protocolo para o isolamento de células endocárdicas e coronárias de corações de ratos através da digestão sequencial de tecidos em um tampão de digestão, coleta celular de ciclos de centrífuga recorrentes e purificação celular usando microesferas CD31 anti-ratos.
Foi demonstrado que as células endoteleliais endocárdicas (CEE) e as células endoteliais coronárias (CECs) diferem na origem, desenvolvimento, marcadores e funções. Consequentemente, essas duas populações celulares desempenham papéis únicos em doenças cardíacas. Estudos atuais envolvendo células endoteliais isoladas investigam populações celulares constituídas por CEE e CECs. Este protocolo descreve um método para isolar independentemente essas duas populações celulares para caracterização específica da célula. Após a coleta da parede livre ventricular esquerda e direita, as células endoteliais da superfície externa e da superfície interna são separadamente liberadas usando uma solução de tampão de digestão. A digestão sequencial da superfície externa e da camada endocárdica interna mantiveram a separação das duas populações de células endoteliais. O isolamento separado das CEE e CECs é verificado ainda através da identificação de marcadores específicos para cada população. Com base no perfil de RNA de célula única publicado anteriormente no coração do mouse, a expressão genética Npr3, Hapln1e Cdh11 é exclusiva das EECs; enquanto a expressão genética Fabp4, Mglle Cd36 é exclusiva dos CECs. os dados de qPCR revelaram expressão enriquecida desses marcadores característicos em suas respectivas amostras, indicando o bem-sucedido isolamento da CEE e cec, bem como a manutenção do fenótipo celular, possibilitando uma análise funcional específica das células.
Este artigo fornece um protocolo detalhado (modificado de Gladka et al.1) para a dissecção e posterior isolamento de células endotélicas endotélicas (CEE) e células endoteliais coronárias (CECs) de corações de ratos. A capacidade de investigar essas populações celulares de forma independente permitiria a exploração de mecanismos específicos do tipo celular subjacentes a uma variedade de doenças cardíacas que poderiam servir como alvos terapêuticos potenciais. Um método bem-sucedido para a coleta dessas populações celulares de forma independente ainda não foi publicado, no entanto.
Os CECs diferem dos CEEem em relação à sua origem, marcadores e funções durante o desenvolvimento cardíaco e a doença1,,2,,3,,4,,5,,6,,7. Os CEE sumam da superfície ventral do mesoderme cardíaco3. Elas surgem de células flk1+ progenitoras em resposta à sinalização VEGF e HIF e formam a camada mais interna das três regiões discretas do coração em desenvolvimento: o átrio, o ventrículo e o venoso sinuso3,6. O rastreamento da linhagem genética sugere que as células endocárdicas pluripotentes das células venosas sinusas derivam células venosas, que migram para formar a camada subepicárdica3. Posteriormente, a camada subepicárdica se diferencia em artérias coronárias e veias, incluindo os CECs, que permanecem através da parede livre ventricular periférica3,4. Esta via endocárdica para endotelial é regulada pela sinalização VEGFC, ELA/APJ e SOX173,4,,6,8,9. O endocárdio ventricular deriva menos CECs do septo interventricular por um mecanismo desconhecido3. Posteriormente, a diferenciação localizada entre CEE e CECs é sugerida por marcadores específicos dessas duas populações celulares, incluindo a expressão mgll , Fabp4 e Cd36 em CECs, ou NPR3, Cdh11 e expressão Hapln1 em CEE33,5,10.
CEE e CECs desempenham papéis diferentes na função cardíaca. Transição endocárdica para mesenquimal, formação de válvulas, maturação da câmara, regulação do trato de saída e desenvolvimento do canal atrioventricular estão condicionadas às CEE6. Alternativamente, os CECs contribuem para o tom vasomotor e inflamação das artérias coronárias11. Essas variâncias na função resultam em papéis individualizados no desenvolvimento da doença4,12. Por exemplo, evidências sugerem que o mau funcionamento das CEE pode levar à doença da válvula congênita6, miocárdio de não compactação6, efeito septo atrioventricular6, fibroelastose endocárdica13, síndrome do coração esquerdo hipoplásico13,hipoplasia ventricular13e hipertrofia cardíaca12. Da mesma forma, estudos descobriram que os CECs anormais contribuem para a doença arterial coronariana14 e trombose11.
O isolamento bem-sucedido das CEE e CECs é necessário para alcançar o conhecimento abrangente dessas duas populações celulares, que poderiam ser utilizados tanto na pesquisa quanto nos cenários clínicos. Determinar os fatores de crescimento e diferenciação dessas populações celulares seria uma referência para a diferenciação de subtipos endoteliais de células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs). Além disso, a identificação completa das variâncias no desenvolvimento, regulação e função das CEE e CECs é vital para a compreensão dos fatores genômicos e epidêmicos responsáveis por inúmeras doenças cardíacas de forma específica do tipo celular. Este artigo descreve etapas para a coleta bem-sucedida de CEE secs e CECs de forma independente, e fornece evidências de separação, avaliando os níveis de expressão genética de marcadores específicos do tipo celular.
CeCs e CEE diferem em origem, marcadores e funções, podendo, portanto, desempenhar papéis únicos no desenvolvimento e na doença. Os protocolos existentes para o isolamento celular endotelial limitam-se aos tecidos macrovasculares, negligenciando a coleta de CEE, restringindo assim o estudo das funções específicas da CEC e da CEE. É essencial isolar e estudar essas duas populações de forma independente, pois esse conhecimento seria referência para a diferenciação dos iPSCs em CECs e CEEparam estudos futuros e facilitariam o exame dessas populações celulares para potenciais alvos terapêuticos para diversas doenças cardíacas. Este novo protocolo descreve um método para o isolamento de CEEs da superfície interna e CECs da superfície externa da parede livre ventricular de ratos adultos.
É fundamental controlar o tempo para cada etapa com muita precisão neste protocolo. Como o número de CEE é muito limitado no tecido cardíaco de ratos, minimizamos o tempo de digestão da camada interna do coração para evitar danos celulares e, mais importante, a contaminação do CEC. A adição imediata da solução média CE para encerrar a reação enzimática também é muito importante para manter a alta viabilidade celular. Uma pelota vermelha após a coleta de células sugere a presença de um grande número de RBCs. Dependendo da quantidade de contaminação de RBC, 1-2 mL de tampão de lyse RBC pode ser adicionado para degradar os RBCs. A incubação deve ser cuidadosamente cronometrada para evitar danos significativos às células, e pbs é prontamente adicionado para encerrar a reação. Usando o protocolo atual, fomos capazes de isolar 105 CEE de seis corações de ratos. Essas células poderiam ser semeadas em um prato de cultura celular para maior expansão e caracterização.
Ao preparar o tecido para coleta livre de parede, o coração foi lavado com HBSS para remover a maioria dos RBCs restantes. HBSS é o meio recomendado devido à sua aparência clara, o que permite a visualização de células sanguíneas, em contraste com DMED contendo fenol vermelho. A composição do tampão de digestão garante a liberação suficiente de células endoteliais, onde a enzima de digestão libera tira o tecido das células expostas, o DNase I elimina o DNA das células mortas para promover o desprendimento celular que pode ser inibido pela qualidade do DNA, o tampão HEPES equilibra o pH, e o DMEM é um meio basal modificado com maior concentração de aminoácidos e vitaminas para melhor manutenção celular e contém o cálcio necessário para ativar a liberação.
De acordo com o sequenciamento de RNA de célula única (scRNA-seq) obtido tanto do coração humano15 quanto do coração do rato10, vários marcadores atribuídos a populações específicas da CE foram relatados. Selecionamos alguns dos genes mais enriquecidos para examinar a pureza das CEEs isoladas (i.e., Npr3, Cdh11, e Hapln1) e CEE (i.e., Mgll, Fabp4e Cd36). Em relação aos marcadores β-Actin, Npr3, Cdh11e Hapln1 demonstraram maior expressão em CEE em comparação com os CECs. Da mesma forma, a expressão dos marcadores Mgll, Fabp4e Cd36 foi maior nos CECs em comparação com os CEE. Os marcadores exclusivamente expressos para cada amostra estão de acordo com marcadores característicos das CEE e CECs, respectivamente, indicando um isolamento bem-sucedido.
No entanto, o protocolo atual não pode descartar a contaminação cruzada entre as duas populações da CE durante o isolamento, mesmo com digestão seqüencial cuidadosamente controlada. Portanto, alguns marcadores de superfície celular podem ser aplicados para maior purificação. Por exemplo, o NPR3 geralmente rotula o endocárdio10,enquanto o APJ pode rastrear a maioria dos CECs16. Como esses dois marcadores são expressos na superfície celular, eles podem ser usados para a triagem celular ativada por fluorescência (FACS), e anticorpos usados para purificar ainda mais as distintas populações da CE. Além disso, o coração humano15 e o rato10 coração scRNA-seq podem confirmar o enriquecimento de Npr3 em CEE, e Cd36 pode ser potencialmente usado para purificação cec.
Em conclusão, o protocolo apresentado descreve o isolamento independente das CEE e CECs do coração do rato. A identificação abrangente das propriedades celulares, possibilitada pelo isolamento celular, pode ser utilizada para aplicações significativas a jusante.
The authors have nothing to disclose.
Os autores apreciam muito a Dra. Este trabalho foi apoiado pelo NIH/NHLBI K99 HL135258 (para 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 |