Мы представляем протокол для изоляции эндокардиальных и коронарных эндотелиальных клеток от крысиных сердец через последовательное пищеварение ткани в буфере пищеварения, сбор клеток от периодических циклов центрифуги, и очистка клеток с использованием анти-крысы CD31 микробусы.
Было показано, что эндокардиальные эндотелиальные клетки (EECs) и коронарные эндотелиальные клетки (CECs) различаются по происхождению, развитию, маркерам и функциям. Следовательно, эти две популяции клеток играют уникальную роль в сердечных заболеваниях. Текущие исследования с участием изолированных эндотелиальных клеток исследуют популяции клеток, состоящие как из EECs, так и из ЦЭк. В этом протоколе излагается метод независимой изоляции этих двух популяций клеток для характеристик и конкретных клеток. После сбора левой и правой стенки желудочка, эндотелиальные клетки с внешней поверхности и внутренней поверхности отдельно освобождаются с помощью раствора буфера пищеварения. Последовательное пищеварение внешней поверхности и внутреннего эндокардиального слоя сохранило разделение двух эндотелиальных популяций клеток. Отдельная изоляция ЕЭК и ЦЭК проверяется еще раз путем выявления маркеров, характерных для каждой популяции. На основе ранее опубликованных одноклеточных РНК профилирования в сердце мыши, Npr3, Hapln1, и Cdh11 экспрессия генов является уникальным для EECs; в то время как экспрессия генов Fabp4, Mgllи Cd36 уникальна для ЦС. Данные qPCR выявили обогащенное выражение этих характерных маркеров в соответствующих образцах, что свидетельствует об успешной изоляции ЕЭК и ЦИК, а также поддержании клеточного фенотипа, что позволяет проводить дальнейший клеточный функциональный анализ.
В этой статье содержится подробный протокол (измененный из Gladka et al.1) для вскрытия и последующей изоляции эндокардиальных эндотелиальных клеток (EECs) и коронарных эндотелиальных клеток (CECs) от крысиных сердец. Способность исследовать эти популяции клеток независимо позволило бы исследовать механизмы типа клеток, лежащие в основе различных сердечных заболеваний, которые могли бы служить в качестве потенциальных терапевтических целей. Однако успешный метод самостоятельного сбора популяций этих клеток еще не опубликован.
ЦЭЦ отличаются от EECs в отношении их происхождения, маркеров и функций во время развития сердца и болезни11,22,3,4,,5,,6,7. EECs вытекают из брюшной поверхности сердечного мезодерма3. Они возникают из клеток-прародителей Flk1в ответ на сигнализацию VEGF и HIF и образуют внутренний слой трех дискретных областей развивающегося сердца: предсердий, желудочка и синусового вена3,6. Отслеживание генетической линии предполагает, что плюрипотентные эндокардиальные клетки синусовой веносвых венозных клеток, которые мигрируют в форме субэпикардиального слоя3. Впоследствии субэпикардиальный слой дифференцируется в коронарных артериях и венах, в том числе CECs, которые остаются через периферийные стенки желудочков3,4. Этот эндокардиальный эндотелиальный путь регулируется VEGFC, ELA/APJ и SOX17 сигнализации3,4,,6,,8,9. Желудочковый эндокардий получает меньше ЦЭк межжелудочковой перегородки неизвестным механизмом3. Впоследствии локализованная дифференциация между EECs и CECs предлагается маркерами, специфичными для этих двух популяций клеток, включая Mgll, Fabp4 и выражение Cd36 в ЦЭК, или Npr3, Cdh11 и Hapln1 выражение в EECs3,5,10.
EECs и CECs играют различные роли в сердечной функции. Эндокардиальный к мезенхимальному переходу, формированию клапанов, периоду камерного созревания, регулированию оттока тракта и развитию атриовентрикулярного канала зависит от EECs6. Кроме того, ЦЭК способствуют вазомоторному тону и воспалению коронарных артерий11. Эти отклонения в функции приводят к индивидуальной роли в развитии болезни4,12. Например, данные свидетельствуют о том, что неисправность EECs может привести к врожденному заболеванию клапана6, безумство миокарда6, атриовентрикулярной секторной перегородки эффект6, эндокардиальный фиброэластоз13, гипопластический синдром левого сердца13, желудочковой гипоплазии13, и сердечной гипертрофии12. Аналогичным образом, исследования показали, что ненормальные CECs способствовать ишемической болезни сердца14 и тромбоз11.
Успешная изоляция EECs и CECs необходима для достижения всеобъемлющих знаний об этих двух популяциях клеток, которые могут быть использованы как в исследованиях, так и в клинических условиях. Определение факторов роста и дифференциации этих популяций клеток даст рекомендацию для дифференциации эндотелиальных подтипов от индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSCs). Кроме того, полная идентификация отклонений в развитии, регулировании и функции EECs и CECs имеет жизненно важное значение для понимания геномных и эпигеномных факторов, ответственных за многочисленные заболевания сердца в клеточном типе-специфическим образом. В этой статье излагаются шаги для успешного сбора EECs и CECs независимо, и предоставляет доказательства разделения путем оценки уровня экспрессии генов клеточных типконкретных маркеров.
ЦЦО и ЕЭК различаются по происхождению, маркерам и функциям и, таким образом, могут играть уникальную роль в развитии и заболеваниях. Существующие протоколы эндотелиальной изоляции клеток ограничиваются макрососудистыми тканями, пренебрегая сбором ЕЭК, тем самым ограничивая изучение функций ЦИК и ЕЭК. Важно, чтобы изолировать и изучить эти две популяции самостоятельно, так как эти знания будут служить ссылкой на дифференциацию iPSCs в CECs и EECs для будущих исследований и облегчить изучение этих популяций клеток для потенциальных терапевтических целей для различных сердечных заболеваний. Этот новый протокол излагает метод изоляции EECs от внутренней поверхности и CECs от внешней поверхности желудочковой свободной стенки взрослых крыс.
В этом протоколе крайне важно очень точно контролировать время каждого шага. Поскольку количество EECs очень ограничено в ткани сердца крысы, мы свели к минимуму время пищеварения внутреннего слоя сердца, чтобы предотвратить повреждение клеток и, что более важно, загрязнение ЦИК. Немедленное добавление среднего решения ЕС для прекращения ферментатической реакции также очень важно для поддержания высокой жизнеспособности клеток. Красный гранулы, следующие за сбором клеток, предполагают наличие большого количества РБК. В зависимости от количества загрязнения РБК, для деградации РБК можно добавить 1-2 мл буфера лисиса РБК. Используя текущий протокол, мы смогли изолировать 105 EECs от шести крысиных сердец. Эти клетки могут быть посеяны на блюдо клеточной культуры для дальнейшего расширения и характеристики.
При подготовке ткани для свободного сбора стены, сердце было промыто HBSS, чтобы удалить большинство оставшихся RBCs. HBSS является рекомендуемой среде из-за его четкого внешнего вида, что позволяет визуализации клеток крови, в отличие от DMED содержащие фенол красный. Состав буфера пищеварения обеспечивает достаточное освобождение эндотелиальных клеток, где фермент пищеварения liberase полоски ткани подвергаются клетки, DNase I удаляет ДНК из мертвых клеток для содействия отслоение клеток, которые могут быть ингибированы клеевого качества ДНК, HEPES буфер балансирует рН, и DMEM является модифицированной базальной среды с более высокой концентрацией аминокислот и витаминов для лучшего поддержания клеток и содержит необходимые для активации кальция.
Согласно одноклеточному секвенированию РНК (scRNA-seq), полученному как от человека15, так и от сердца мыши10,было сообщено несколько маркеров, приписываемых конкретным популяциям ЕС. Мы выбрали некоторые из наиболее обогащенных генов для изучения чистоты изолированных EECs (т.е., Npr3, Cdh11, и Hapln1) и EECs (т.е., Mgll, Fabp4, и Cd36). По сравнению с маркерами q-Actin, Npr3, Cdh11и Hapln1 продемонстрировали повышенное экспрессию в EECs по сравнению с ЦИКами. Аналогичным образом, выражение Mgll, Fabp4, и Cd36 маркеров было больше в ЦСПо по сравнению с EECs. Однозначно выраженные маркеры для каждого образца соответствуют маркерам, характерным для EECs и CECs соответственно, что свидетельствует об успешной изоляции.
Однако нынешний протокол не может исключить перекрестное загрязнение между двумя популяциями ЕС во время изоляции, даже при тщательно контролируемом последовательном пищеварении. Таким образом, некоторые маркеры поверхности клеток могут быть применены для дальнейшей очистки. Например, NPR3 обычно маркируетэндокардий 10,в то время как APJ может проследить большинство CECs16. Поскольку эти два маркера выражены на поверхности клетки, они могут быть использованы для флуоресценции активированной сортировки клеток (FACS), а также антитела, используемые для дальнейшей очистки различных популяций EC. Кроме того, человек15 и мышь10 сердце scRNA-seq может подтвердить обогащение Npr3 в EECs, и Cd36 потенциально может быть использован для очистки ЦИК.
В заключение, представленный протокол излагает независимую изоляцию EECs и CECs от крысиного сердца. Всесторонняя идентификация клеточных свойств, включенных путем изоляции клеток, может быть использована для значительных приложений вниз по течению.
The authors have nothing to disclose.
Авторы высоко ценят доктора Лингли Ванг за ее помощь в составлении протокола о животных и кафедру педиатрии в Стэнфорде за поддержку инфраструктуры. Эта работа была поддержана NIH/NHLBI K99 HL135258 (до 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 |