Cultivos celulares primarios de células del epitelio pigmentario de la retina del ratón
Summary
El epitelio retiniano del pigmento (RPE) es un epitelio de múltiples funciones del ojo. Aquí presentamos un protocolo para establecer cultivos celulares primarios derivados del RPE murino.
Abstract
El epitelio retiniano del pigmento (RPE) es un epitelio multifuncional altamente polarizado que se encuentra entre la retina neural y la coroides del ojo. Es una sola hoja de células pigmentadas que es hexagonal embalado y conectadas por uniones estrechas. Las principales funciones del RPE incluyen la absorción de la luz, fagocitosis de los segmentos externo del fotorreceptor de vertiente, búfer espacial de iones, transporte de nutrientes, iones y agua, así como participación activa en el ciclo visual. Con tales funciones importantes y diversas, es críticamente importante para el estudio de la biología de las células RPE. Se han establecido una serie de líneas de células RPE; sin embargo, las células inmortalizadas y los conocen a perder rápidamente algunas de las características morfológicas y fisiológicas de las células RPE naturales. Así, células primarias son más adecuadas para el estudio de diferentes aspectos de la biología de la célula RPE y función. Cultivo de células RPE primaria de ratón es muy útil a los investigadores desde modelos de ratón son ampliamente utilizados en estudios de biología, sin embargo recoger RPE células de ratón también es muy difícil debido a su pequeño tamaño. Aquí, presentamos un protocolo para el establecimiento de cultivos de células primarias de ratón RPE que incluye enucleación y disección de los ojos y el aislamiento de las hojas RPE para producir las células de cultivo. Este método permite la recuperación eficiente de la célula. Las células RPE de dos ratones pueden llegar a la confluencia en una inserción de membrana poliéster 12 mm cargado en placa de cultivo después de una semana de la cultura y mostrar algunas de las propiedades originales de buena fe RPE células como forma hexagonal y pigmentación después de dos semanas de la cultura.
Introduction
El epitelio retiniano del pigmento (RPE) es una sola capa de células epiteliales polarizadas que se encuentra entre la retina neural y la coroides del ojo. La funcionalidad de las células RPE y la integridad de la monocapa RPE son críticos para la visión porque del RPE desempeña un papel importante en varios procesos como el mantenimiento de la barrera sangre-retiniana externa, transporte de agua e iones entre la retina y el absorción de la coroide, luz, protección contra el estrés oxidativo, el control del metabolismo de los retinoides y fagocitosis de los segmentos externos de los fotorreceptores1,2. La ubicación de la ERP en la parte posterior del ojo, así como su función de barrera evitando fármacos administrados sistémicamente de paso de la sangre al humor vítreo, dificultar estudiar la complejidad de la función la EPR en vivo. Así, hay una gran necesidad para el establecimiento de cultivos de células RPE para el estudio de las células RPE en un ambiente flexible, controlado3,4.
Existe un número de líneas establecidas de células RPE, proporciona una manera fácil y conveniente de obtención y almacenamiento de las células; sin embargo, las células los tienen algunas desventajas en comparación con células primarias2,3,4. En primer lugar, a menudo se caracterizan por cambios en la morfología de la célula. Por ejemplo, ninguna de las líneas celulares existentes fueron encontrada para ser conveniente para un estudio confiable de las propiedades de barrera RPE debido a la pérdida del fenotipo de la polaridad celular y desaparición parcial de ensambladuras apretadas4. Además de la pérdida de polaridad y conexiones adecuadas de célula a célula, las líneas de células RPE rápidamente pierden su pigmentación debido a la ausencia de las enzimas clave de la melanogénesis en el RPE adulto5. La pigmentación puede ser restaurada, pero el análisis integral del mecanismo de la pigmentación que incluiría una combinación de microscopía electrónica de transmisión, ensayos de química y análisis de expresión genética para confirmar la presencia de melanina nunca ha se han realizado6. Una limitación más es que las líneas de células RPE tienen vida extendido (a veces – la inmortalidad) y bajo ciertas condiciones pueden transformarse en renovado células madre multipotentes que separar del sustrato y forma flotante colonias7, 8. esta limitación hace que sea imposible utilizar las líneas de células para trasplante de experimentos3.
Teniendo en cuenta las desventajas de las líneas establecidas de células RPE, cultivos primarios de células RPE obtenidos de tejidos frescos podrían servir como un modelo biológicamente más relevante para el estudio del RPE. Las células RPE primarias han sido utilizadas no sólo para estudiar las funciones específicas de RPE como metabolismo de la vitamina A9, fagocitosis de los segmentos externo de fotorreceptor10 y ion transporte11, sino también para estudiar biología celular básica tales como epiteliales polaridad de la célula2 , homeostasis lisosomal y autofagia12,13.
En los últimos años ha habido un número de publicaciones sobre el establecimiento de cultivos primarios de RPE, que indica un creciente interés en esta área de investigación3,14,15. Numerosos protocolos para células RPE humanas y no humanas RPE células como las células RPE de bovina y porcinas fueron publicados16,17,18,19. Sin embargo, es más difícil manejar las células RPE ratón debido a su tamaño mucho más pequeño. A pesar de que absolutamente un número de publicaciones ha descrito protocolos para aislar células RPE del ratón14,20,21, todavía hay muchos investigadores que luchan aislar las células RPE sin contaminación de células coroides o de desechos de retina neural. Aquí presentamos el protocolo para el establecimiento de cultivo de células RPE, incluyendo la obtención de los ojos del ratón, la disección de los ojos y el aislamiento de las hojas RPE para producir las células de cultivo primario de ratón. Este protocolo video sería especialmente útil para los investigadores que están empezando a trabajar con cultivos primarios de RPE de ratón y necesita orientación sobre las técnicas de disección.
Protocol
Representative Results
Discussion
El protocolo detallado presentado permite confiable establecimiento de cultivos primarios RPE ratón que alcanzan confluencia después de 1 semana y presentan las principales características RPE como forma hexagonal y pigmentación después de 2 semanas. Las células RPE obtenidas pueden ser utilizadas para un número de aplicaciones posteriores tales como vitamina A metabolismo9, fagocitosis de los segmentos externo de fotorreceptor10 y ion transporte11<…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudio fue financiado en parte por The BrightFocus Foundation (para DS).
Materials
| animals | |||
| 2~3-week old wildtype mice | |||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| reagents | |||
| Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM), high glucose | GIBCO | 11965092 | |
| Dispase II | Sigma | D4693 | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Sigma | F4135 | |
| Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL) | GIBCO | 15140122 | |
| MEM Non-Essential Amino Acids Solution (100X) | GIBCO | 11140050 | |
| Phosphate-buffered saline (PBS), 1X, pH 7.4 | GIBCO | 10010023 | |
| HEPES | Cellgro | 61-034 | |
| KOH | Sigma-Aldrich | 1310-58-3 | |
| NaCl | Ambion | AM9759 | |
| L-Glutamine (200 mM) | GIBCO | 25030-081 | |
| Ethyl Alcohol | Fisher Scientific | 111000200 | |
| RPE65 antibody | A gift from Dr. Michael Redmond | ||
| Fluorescein Phalloidin | Invitrogen | F432 | |
| Goat anti-Rabbit IgG (H+L), Alexa Flour 568 | Invitrogen | A11011 | |
| Goat serum | Sigma-Aldrich | G9023 | |
| DAPI | Invitrogen | D1306 | |
| Paraformaldehyde (PFA) | Polysciences, Inc | 00380 | |
| ZO-1 Polyclonal Antibody | ThermoFisher Scientific | 40-2200 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| instruments and equipments | |||
| Laminar flow cabinet | Baker | SterilGARD SG403A | |
| Dissecting microscope (Zoom stereomicroscope) | Nikon | SMZ1500 | |
| CO2 incubator with hot air sterilization | Binder | C150 | |
| Centrifuge | Eppendorf | 5702 | |
| Petri dishes | Fisher Scientific | 0875712 | |
| 12 mm Polyester Membrane Inserts Pre-Loaded in 12-Well Culture Plates, Pore Size: 0.4 µm, Sterile | Corning Incorporated | COR-3460 | |
| Westcott tenotomy scissors, std blades, sharp | STEPHENS instruments | S7-1320 | |
| Castroviejo suturing forceps 0.12mm | Stroz Ophthalmic Instruments | E1796 | |
| Crescent straight knife | Beaver-Visitec International | 373808 | |
| Dumont Tweezers #5, 11 cm, Straight, 0.1×0.06 mm Tips, Dumostar | World Precision Instruments | 500233 | |
| Vannas Scissors, 8 cm, 45° Angle, Standard | World Precision Instruments | 500260 | |
| Millex-GS Syringe Filter Unit, 0.22 µm | Millipore | SLGL0250S | |
| Syringe, 5 mL | BD | 309632 | |
| Inverted Laboratory Microscope Leica DM IL LED | Leica | ||
| Pipette | Gilson | ||
| Barrier and non-filtered pipette tips | Thermo Scientific |
Referencias
- Martínez-Morales, J. R., Rodrigo, I., Bovolenta, P. Eye development: a view from the retina pigmented epithelium. Bioessays. 26, 766-777 (2004).
- Lehmann, G. L., Benedicto, I., Philp, N. J., Rodriguez-Boulan, E. Plasma membrane protein polarity and trafficking in RPE cells: past, present and future. Exp Eye Res. 126, 5-15 (2014).
- Fronk, A. H., Vargis, E. Methods for culturing retinal pigment epithelial cells: a review of current protocols and future recommendations. J Tissue Eng. 7, (2016).
- Rizzolo, L. J. Barrier properties of cultured retinal pigment epithelium. Exp Eye Res. 126, 16-26 (2014).
- Lu, F., Yan, D., Zhou, X., Hu, D. N., Qu, J. Expression of melanin-related genes in cultured adult human retinal pigment epithelium and uveal melanoma cells. Mol Vis. 13, 2066-2072 (2007).
- Boulton, M. E. Studying melanin and lipofuscin in RPE cell culture models. Exp Eye Res. 126, 61-67 (2014).
- Saini, J. S., Temple, S., Stern, J. H. Human Retinal Pigment Epithelium Stem Cell (RPESC). Adv Exp Med Biol. 854, 557-562 (2016).
- Akrami, H., et al. Retinal pigment epithelium culture;a potential source of retinal stem cells. J Ophthalmic Vis Res. 4, 134-141 (2009).
- Hu, J., Bok, D. The use of cultured human fetal retinal pigment epithelium in studies of the classical retinoid visual cycle and retinoid-based disease processes. Exp Eye Res. , 46-50 (2014).
- Mazzoni, F., Safa, H., Finnemann, S. C. Understanding photoreceptor outer segment phagocytosis: use and utility of RPE cells in culture. Exp Eye Res. 126, 51-60 (2014).
- Reichhart, N., Strauss, O. Ion channels and transporters of the retinal pigment epithelium. Exp Eye Res. 126, 27-37 (2014).
- Valapala, M., et al. Lysosomal-mediated waste clearance in retinal pigment epithelial cells is regulated by CRYBA1/βA3/A1-crystallin via V-ATPase-MTORC1 signaling. Autophagy. 10, 480-496 (2014).
- Shang, P., et al. The amino acid transporter SLC36A4 regulates the amino acid pool in retinal pigmented epithelial cells and mediates the mechanistic target of rapamycin, complex 1 signaling. Aging Cell. , (2017).
- Fernandez-Godino, R., Garland, D. L., Pierce, E. A. Isolation, culture and characterization of primary mouse RPE cells. Nat Protoc. 11, 1206-1218 (2016).
- Pfeffer, B. A., Philp, N. J. Cell culture of retinal pigment epithelium: Special Issue. Exp Eye Res. 126, 1-4 (2014).
- Singh, S., Woerly, S., McLaughlin, B. J. Natural and artificial substrates for retinal pigment epithelial monolayer transplantation. Biomaterials. 22, 3337-3343 (2001).
- Sonoda, S., et al. A protocol for the culture and differentiation of highly polarized human retinal pigment epithelial cells. Nat Protoc. 4, 662-673 (2009).
- Ho, T. C., Del Priore, L. V., Kaplan, H. J. Tissue culture of retinal pigment epithelium following isolation with a gelatin matrix technique. Experimental eye research. 64, 133-139 (1997).
- Toops, K. A., Tan, L. X., Lakkaraju, A. A detailed three-step protocol for live imaging of intracellular traffic in polarized primary porcine RPE monolayers. Exp Eye Res. , 74-85 (2014).
- Gibbs, D., Kitamoto, J., Williams, D. S. Abnormal phagocytosis by retinal pigmented epithelium that lacks myosin VIIa, the Usher syndrome 1B protein. Proc Natl Acad Sci USA. 100, 6481-6486 (2003).
- Gibbs, D., Williams, D. S. Isolation and culture of primary mouse retinal pigmented epithelial cells. Adv Exp Med Biol. 533, 347-352 (2003).
- Pitkänen, L., Ranta, V. P., Moilanen, H., Urtti, A. Permeability of retinal pigment epithelium: effects of permeant molecular weight and lipophilicity. Invest Ophthalmol Vis Sci. 46, 641-646 (2005).
- Mao, Y., Finnemann, S. C. Analysis of photoreceptor outer segment phagocytosis by RPE cells in culture. Methods Mol Biol. 935, 285-295 (2013).
