Muscle cells are among the most complex eukaryotic cells. We present a protocol for the in vitro differentiation of highly mature myofibers that allows for genetic manipulation and clear imaging during all developmental stages.
Skelettmuskeln bestehen aus Muskelfasern zusammengesetzt, die größten Zellen im Körper von Säugetieren und einer der wenigen Syncytien. Wie die komplexen und evolutionär konservierte Strukturen, die sie zusammensetzen zusammengebaut wird weiter untersucht. Ihre Größe und physiologischen Funktionen beschränken oft Manipulation und Imaging-Anwendungen. Die Kultur von immortalisierten Zelllinien, ist weit verbreitet, aber es kann nur die frühen Schritte der Differenzierung replizieren.
Hier beschreiben wir ein Protokoll, das einfache genetische Manipulation von Muskelfasern mit Ursprung aus primären Maus-Myoblasten ermöglicht. Nach einer Woche der Differenzierung zeigen die Muskelfasern Kontraktilität, ausgerichtet und Sarkomeren Triaden sowie peripheren Kerne. Die gesamte Differenzierungsprozess kann durch die Live-Darstellung oder Immunofluoreszenz folgen. Dieses System kombiniert die Vorteile der bestehenden ex vivo und in vitro – Protokolle. Die Möglichkeit der einfachen und effizienten Transfektion sowiedie Leichtigkeit der Zugriff auf alle Differenzierungsstufen erweitert die Anwendungsmöglichkeiten. Muskelfasern kann anschließend verwendet werden, nicht nur relevante Entwicklungs- und Zellbiologie Fragen zu beantworten, aber auch Muskelerkrankung Phänotypen für die klinische Anwendung zu reproduzieren.
Skelettmuskel komponiert 1 bis 40% des menschlichen Körpergewichts. Muscle-assoziierten Erkrankungen stellen eine immense gesundheitliche und wirtschaftliche Belastung 2. Wie diese hochkomplexen und organisierte Gewebe gebildet wird, gehalten und regeneriert stellt ein umfangreiches und gut etabliertes Forschungsfeld. 6 – Abhängig von der spezifischen wissenschaftlichen Interesse, die am besten geeignete Ansatz kann von einfachen Myotubenkulturen bis hin zu komplexen in vivo – Modellen 3 reichen.
Das Ziel des Protokolls ist es, ein in vitro – System zu schaffen , das für die Überwachung der Myogenese durch Echtzeit- Bildgebung und Immunofluoreszenz ermöglicht. Im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen bietet dieses System eine sehr komplette und dynamischen Einblick in die myogenen Prozess Maus. Die Zellen können aus der Myoblasten – Stufe zu der reifen, mehrkernige myofiber Anzeige transversal Triaden und peripheren Kerne 7 folgen. Diese Reifung Ebene kannmit regulären Zellkulturausrüstung, ohne die Notwendigkeit komplexer stimulierenden oder mechanische Vorrichtungen erreicht werden. Obwohl einige erfolgreich in vitro – Systemen haben 8,9, zu unserem Wissen berichtet wurde, ist dies das einzige Protokoll reifen Maus Muskelfasern mit T-Tubuli Erzeugung quer gepaart mit Retikulum (SR). Somit ist dieser in vitro – System kann die molekularen Mechanismen der Triade Bildung zu studieren verwendet werden, die immer noch schlecht 10 verstanden werden.
Ein weiterer Vorteil dieses Systems zu verwenden, ist die Verfügbarkeit von validierten Maus-bezogene Ressourcen, wie beispielsweise Antikörper, Medikamente und RNAi-Tools. Die relativ einfaches Protokoll erfordert keine mühsamen Schritte, hoch qualifizierte Manipulation oder teure und spezielle Geräte. Gereift Muskelfasern beginnen nach 5 d der Kultur Differenzierung erscheinen 7, Kontraktilität Anzeige in Verbindung mit Calcium – Funken (nicht veröffentlichte Daten). In einer Woche, die unterschiedliche Entwicklungal Stufen eines der komplexesten Zellen in dem Säugetierkörper kann mit einer Vielzahl von in vitro – Assays in Kombination untersucht werden.
Die Verwendung dieses Protokolls für die Kultivierung von primären Myoblasten entsteht eine besondere Nische, die die Entwicklung von Muskelfasern stark fördert. Dies ist teilweise auf andere Zelltypen, die in sehr geringen Stückzahlen auch vorhanden sind. Ein Gleichgewicht zwischen Myoblasten Konzentration und Reinheit der Kultur erreicht werden muss. Eine gute Zellkultur hängt auch von der Qualität der Produkte für das Medium Formulierung verwendet. Alle Produkte aus tierischen Quellen stammen sollten gründlich geprüft werden. Nach unserer Erfahrung sollten die Aufschlussbedingungen überwacht werden.
Wie üblich für Primärkulturen können experimentelle Variabilität höher sein als in den Studien mit isolierten Fasern oder unsterblich gemacht Myoblasten. Diese Variabilität kann durch die Standardisierung von mittleren und Verdauung Komponenten, Mäuse Alter und Größe, und die Zeitpunkte für die Manipulation der Kultur und Ergebnisse Sammlung vermindert werden. Dennoch ist der Vorteil der komplizierten Mechanismen in Echtzeit prüfendennotwendig für myofiber Entwicklung übertrifft deutlich die Variabilität Nachteil.
Dieses Protokoll verleiht die Vorteile der videodan – vitro – Ansätze ohne Zelldifferenzierung zu beeinträchtigen. Reifen Muskelfasern bis Triaden gebildet werden und Kontraktionen Calcium Funken gekoppelt sind. Diese funktionellen Ausgänge können in verschiedenen experimentellen Bedingungen erreicht werden. Darüber hinaus kann es viele technische Variationen des Protokolls. Myoblasten können von neugeborenen Mäusen mit Mutationen von Interesse im Bereich der Muskelentwicklung geerntet werden. Die Zellen können für die biochemische Analyse an verschiedenen Differenzierungszeitpunkten aufgelöst werden. Calcium-Indikatoren können zu der Kultur hinzugefügt werden, um die Dynamik zu folgen. Optogenetische Konstrukte können verwendet werden, um bestimmte Signalwege zu erzwingen oder spezifische lokale Antworten zu induzieren. Schließlich können die Muskelfasern mit anderen Zellen kokultiviert werden Typen ihre Interaktionen zu studieren.
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by the European Research Council (ERG) and EMBO installation (ERG) and by a PhD fellowship from the Fundação para a Ciência e Tecnologia (MP).
Dispase II | Gibco | 17105041 | |
Collagenase type V | Sigma-Aldrich-Aldrich | C9263 | |
IMDM, Glutamax supplemented | Gibco | 31980022 | |
Matrigel Growth reduced factor | Corning | 354230 | protein concentration of the lot should be around 10mg/ml and endotoxin result should be <1.5 |
Chicken Embryo Extract | MP biomedical | 2850145 | it is also possible to prepare in the lab (Danoviz ME, Yablonka-Reuveni Z. Methods Mol Biol (2012)) |
Recombinant rat agrin | R&D systems | 550-AG-100 | |
Penicillin-Streptomycin | Thermo Fisher Scientific | 15140122 | |
Horse Serum | GE Healthcare | 11581831 | |
Lipofectamine RNAiMAX | Invitrogen | 13778-150 | used to transfect siRNA |
Lipofectamine LTX | Invitrogen | 15338-100 | used to transfect DNA |
Lipofectamine 2000 | Invitrogen | 11668030 | used to transfect siRNA plus DNA |
DPBS | Gibco | 14190094 | |
Fetal Bovine Serum | Eurobio | CVFSVF0001 | |
Cell strainer | Corning | 21008-949 | |
Fluorodishes | World precision instruments | FD35-100 | dishes used to cultivate cells for live imaging |
Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T9284 | |
16% PFA (Paraformaldehyde) | Science Services GmbH | E15710 | |
Goat Serum | Sigma-Aldrich | G9023 | |
BSA (Bovine Serum Albumine) | Sigma-Aldrich | A7906 | |
Saponine | Sigma-Aldrich | 47036 | |
DAPI | Sigma-Aldrich | D9542 | use at 200ng/ul |
Fluoromount-G | SouthernBiotech | 0100-01 | |
Name | Company | Catalog Number | Yorumlar |
Solutions and Media | |||
Digestion Mix | in DPBS 5 mg/ml collagenase 3.5 mg/ml dispase sterile filtered, can be stored in working aliquotes for 2 weeks at -20 °C |
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Dissection Medium | in IMDM Glutamax supplemented 10% FBS 1% Penicillin-Streptomycin sterile filtered |
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Growth Medium | in IMDM Glutamax supplemented 20% FBS 1% Chicken Embryo Extract 1% Penicillin-Streptomycin1% Penicillin-Streptomycin sterile filtered |
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Differentiation Medium | in IMDM Glutamax supplemented 2% Horse Serum 1% Penicillin-Streptomycin sterile filtered |
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Blocking Solution | in DPBS 10% Goat Serum 5% BSA add 0.1% saponine when incubating with primary and secondary antibodies |