Presentamos un protocolo para el aislamiento de células endoteliales endocardiales y coronarias de corazones de rata a través de la digestión secuencial del tejido en un tampón de digestión, la recolección celular de ciclos de centrífuga recurrentes y la purificación celular mediante microperlas CD31 anti-rata.
Se ha demostrado que las células endoteliales endocardiales (ECEP) y las células endoteliales coronarias (CEC) difieren en origen, desarrollo, marcadores y funciones. En consecuencia, estas dos poblaciones celulares desempeñan un papel único en las enfermedades cardíacas. Estudios actuales con células endoteliales aisladas investigan poblaciones celulares compuestas tanto por CEC como en CEC. Este protocolo describe un método para aislar de forma independiente estas dos poblaciones de células para la caracterización específica de la celda. Después de la recolección de la pared libre ventricular izquierda y derecha, las células endoteliales de la superficie exterior y la superficie interna se liberan por separado utilizando una solución de amortiguación de digestión. La digestión secuencial de la superficie exterior y la capa interna endocardial retuvieron la separación de las dos poblaciones de células endoteliales. El aislamiento separado de las CEC y las CEC se verifica aún más mediante la identificación de marcadores específicos para cada población. Basado en la generación de perfiles de ARN de una sola célula publicados anteriormente en el corazón del ratón, la expresión génica Npr3, Hapln1y Cdh11 es única para las CE; mientras que la expresión génica Fabp4, Mglly Cd36 es única para los CEC. Los datos qPCR revelaron una expresión enriquecida de estos marcadores característicos en sus respectivas muestras, lo que indica el aislamiento exitoso de la CEE y la CEC, así como el mantenimiento del fenotipo celular, lo que permite un análisis funcional específico de las células.
Este artículo proporciona un protocolo detallado (modificado de Gladka et al.1) para la disección y posterior aislamiento de células endoteliales endocardiales (ECEP) y células endoteliales coronarias (CEC) de corazones de rata. La capacidad de investigar estas poblaciones celulares de forma independiente permitiría la exploración de mecanismos específicos de tipo celular subyacentes a una variedad de enfermedades cardíacas que podrían servir como posibles dianas terapéuticas. Sin embargo, aún no se ha publicado un método exitoso para la recopilación de estas poblaciones celulares de forma independiente.
Las CEC difieren de las CEO en cuanto a su origen, marcadores y funciones durante el desarrollo cardíaco y la enfermedad1,2,3,4,5,6,7. Las ECE provienen de la superficie ventrales del mesodermo cardíaco3. Surgen de células Flk1+ progenitoras en respuesta a la señalización VEGF e HIF y forman la capa más interna de las tres regiones discretas del corazón en desarrollo: la aurícula, el ventrículo y el venoso sinusal3,6. El rastreo genético del linaje sugiere que las células endocardiales pluripotentes del sinus venosus derivan células venosas, que migran para formar la capa subepicardial3. Posteriormente, la capa subepicardial se diferencia en arterias y venas coronarias, incluyendo CEC, que permanecen a través de la pared libre ventricular periférica3,4. Esta vía endocardial a endotelial está regulada por la señalización VEGFC, ELA/APJ y SOX173,4,6,8,9. El endocardio ventricular deriva el menor ceC del tabique interventricular por un mecanismo desconocido3. Posteriormente, la diferenciación localizada entre LAS CEOs y las CEC se sugiere mediante marcadores específicos para estas dos poblaciones celulares, incluida la expresión Mgll, Fabp4 y Cd36 en CEC, o expresión Npr3, Cdh11 y Hapln1 en eECs3,5,10.
Las CEE y las CEC desempeñan diferentes funciones en la función cardíaca. La transición endocardial a mesenquimal, la formación de válvulas, la maduración de la cámara, la regulación del tracto de salida y el desarrollo del canal auriculoventricular están supeditados a las CEE6. Alternativamente, los CCCe contribuyen al tono vasomotor y a la inflamación de las arterias coronarias11. Estas varianzas en la función dan lugar a roles individualizados en el desarrollo de la enfermedad4,12. Por ejemplo, la evidencia sugiere que el mal funcionamiento de las EEC puede conducir a la enfermedad de la válvula congénita6, no compaccion myocardium6, efecto septal auriculoventricular6, fibroelastosis endocardial13, síndrome del corazón izquierdo hipoplásico13, hipoplasia ventricular13e hipertrofia cardíaca12. Del mismo modo, los estudios han encontrado que los ENC anormales contribuyen a la enfermedad de las arterias coronarias14 y a la trombosis11.
El aislamiento exitoso de las CEC y las CEC es necesario para lograr un conocimiento integral de estas dos poblaciones celulares, que podrían utilizarse tanto en la investigación como en los entornos clínicos. Determinar los factores de crecimiento y diferenciación de estas poblaciones celulares proporcionaría una referencia para la diferenciación de subtipos endoteliales de células madre pluripotentes inducidas (iPSC). Además, la identificación completa de las varianzas en el desarrollo, la regulación y la función de las CEC y las CEC es vital para comprender los factores genómicos y epigenómicos responsables de numerosas enfermedades cardíacas de una manera específica del tipo de célula. En este artículo se describen los pasos para la recopilación exitosa de CEC y CEC de forma independiente, y se proporcionan pruebas de separación mediante la evaluación de los niveles de expresión génica de los marcadores específicos del tipo de célula.
Las CEC y las CEE difieren en origen, marcadores y funciones, por lo que podrían desempeñar un papel único en el desarrollo y las enfermedades. Los protocolos existentes para el aislamiento de células endoteliales se limitan a los tejidos macrovasculares, descuidando la recolección de CEO, restringiendo así el estudio de las funciones específicas de cec y CEE. Es esencial aislar y estudiar estas dos poblaciones de forma independiente, ya que este conocimiento proporcionaría una referencia para la diferenciación de los CIE en CEC y CEC para futuros estudios y facilitaría el examen de estas poblaciones celulares en busca de posibles dianas terapéuticas para diversas enfermedades cardíacas. Este novedoso protocolo describe un método para el aislamiento de los CEE de la superficie interna y los CEC de la superficie exterior de la pared libre ventricular de ratas adultas.
Es fundamental controlar la sincronización de cada paso con mucha precisión en este protocolo. Debido a que el número de EEC es muy limitado en el tejido del corazón de rata, minimizamos el tiempo de digestión de la capa interna del corazón para prevenir el daño celular y, lo que es más importante, la contaminación por CEC. La adición inmediata de la solución media CE para poner fin a la reacción enzimática también es muy importante para mantener una alta viabilidad celular. Un pellet rojo después de la recolección de células sugiere la presencia de un gran número de glóbulos rojos. Dependiendo de la cantidad de contaminación por RBC, se puede agregar 1-2 ml de tampón de lisis RBC para degradar los glóbulos rojos. Usando el protocolo actual, pudimos aislar 105 EECs de seis corazones de ratas. Estas células podrían ser sembradas en un plato de cultivo celular para una mayor expansión y caracterización.
Al preparar el tejido para la recolección libre de la pared, el corazón fue lavado con HBSS para eliminar la mayoría de los glóbulos rojos restantes. La composición del tampón de digestión asegura una liberación suficiente de las células endoteliales, donde la enzima de digestión liberasa el tejido de las células expuestas, DNase I elimina el ADN de las células muertas para promover el desprendimiento celular que puede ser inhibido por la calidad adhesiva del ADN, HEPES buffer equilibra el pH, y DMEM es un medio basal modificado con una mayor concentración de aminoácidos y vitaminas para un mejor mantenimiento celular y contiene el calcio necesario para activar la liberación.
Según la secuenciación del ARN de una sola célula (scRNA-seq) obtenida de15 humanos y del corazón del ratón10,se notificaron varios marcadores atribuidos a poblaciones específicas de la CE. Seleccionamos algunos de los genes más enriquecidos para examinar la pureza de las EEC aisladas (es decir, Npr3, Cdh11y Hapln1)y las EEC (es decir, Mgll, Fabp4y Cd36). En relación con los marcadores β-Actin, Npr3, Cdh11y Hapln1, se ha demostrado un aumento de la expresión en los CEC en comparación con los CEC. Del mismo modo, la expresión de los marcadores Mgll, Fabp4y Cd36 fue mayor en los CEC en comparación con los CEC. Los marcadores expresados de forma única para cada muestra están de acuerdo con los marcadores característicos de las CEC y las CEC, respectivamente, lo que indica un aislamiento satisfactorio.
Sin embargo, el protocolo actual no puede descartar la contaminación cruzada entre las dos poblaciones de las CE durante el aislamiento, incluso con digestiones secuenciales cuidadosamente controladas. Por lo tanto, algunos marcadores de superficie celular se pueden aplicar para una mayor purificación. Por ejemplo, NPR3 generalmente etiqueta el endocardio10, mientras que APJ puede rastrear la mayoría de los CCEP16. Debido a que estos dos marcadores se expresan en la superficie celular, podrían utilizarse para la clasificación celular activada por fluorescencia (FACS) y los anticuerpos utilizados para purificar aún más las poblaciones EC distintas. Además, el15 humano y el ratón10 corazón scRNA-seq pueden confirmar el enriquecimiento de Npr3 en eEC, y Cd36 se puede utilizar potencialmente para la purificación CEC.
En conclusión, el protocolo presentado describe el aislamiento independiente de las CEC y las CEC del corazón de la rata. La identificación integral de las propiedades celulares, habilitada por el aislamiento celular, se puede utilizar para aplicaciones descendentes significativas.
The authors have nothing to disclose.
Los autores aprecian enormemente a la Dra. Lingli Wang por su ayuda con el protocolo animal, y el Departamento de Pediatría de Stanford por el apoyo a la infraestructura. Este trabajo fue apoyado por 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 |