Imagerie de cellules vivantes primaires de rats néonatals cardiomyocytes Suite à adénovirus et Lentivirales transduction confocale à disque rotatif Microscopie
Summary
This protocol describes a method of live cell imaging using primary rat neonatal cardiomyocytes following lentiviral and adenoviral transduction using confocal spinning disk microscopy. This enables detailed observations of cellular processes in living cardiomyocytes.
Abstract
Primaires de rat cardiomyocytes néonataux sont utiles dans de base en recherche cardiovasculaire vitro, car ils peuvent être facilement isolés en grand nombre en une seule procédure. Grâce aux progrès de la technologie de microscope, il est relativement facile de capturer des images de cellules vivantes dans le but d'enquêter sur les événements cellulaires en temps réel avec peu préoccupants concernant la phototoxicité aux cellules. Ce protocole décrit comment prendre des images en direct de timelapse de cellules de rat primaire cardiomyocytes néonataux l'aide d'un microscope confocal à disque rotatif qui suit la transduction lentiviral et adénoviral de moduler les propriétés de la cellule. L'application de deux types de virus différents, il est plus facile d'atteindre un taux de transduction et l'expression des niveaux appropriés pour deux gènes différents. Images de cellules vivantes ainsi porté peuvent être obtenus en utilisant le système de mise au point automatique du microscope, qui maintient l'accent stable pour de longues périodes. En appliquant ce procédé, les fonctions de l'ingénieur de manière exogèneprotéines ed exprimés dans les cellules primaires en culture peuvent être analysés. En outre, ce système peut être utilisé pour étudier la fonction des gènes par l'utilisation de siRNA ainsi que des modulateurs chimiques.
Introduction
Cardiomyocytes de rats nouveau-nés primaires ont longtemps été utilisés pour étudier la fonction des cardiomyocytes in vitro 1. Ils sont faciles à isoler de ratons par plusieurs méthodes bien établies 2-4. La méthode la plus courante utilise la collagénase ou la trypsine pour digérer le tissu conjonctif du coeur avant l'isolement des cellules. Les chercheurs ont également mis au point des méthodes d'isolement des cardiomyocytes de rongeurs adultes 5-8 ainsi que des souris néonatales 9,10.
Ce protocole décrit un procédé pour l'isolement des cardiomyocytes à partir de jeunes rats nouveau-nés, en employant une procédure digestion enzymatique en deux étapes. La trypsine est utilisée en premier O / N à 4 ° C, puis de la collagénase purifiée à 37 ° C. L'incubation du tissu cardiaque avec de la trypsine O / N à 4 ° C permet de réduire les mesures nécessaires pour la récolte des cellules par rapport aux méthodes utilisant des incubations séquentielles dans une solution chaude d'enzyme 2. En outre, en utilisant des co purifiéellagenase plutôt que enzymes brutes, la variabilité de lot à lot peut être éliminé, offrant ainsi une reproductibilité accrue.
Des études fonctionnelles d'une protéine particulière emploient souvent un système d'expression de protéine en utilisant un adenovirus 11 à 13 et / ou un lentivirus 14-16. [MISE EN GARDE] La production et la manipulation virale doivent être effectués selon les directives du NIH.
L'adénovirus ne s'intègre pas dans le génome de l'hôte. Il a une efficacité de transduction très élevée dans la plupart des types cellulaires, y compris les cellules se divisant et les cellules ne se divisant pas, ainsi que des cellules primaires et des lignées cellulaires établies. Cela rend l'adénovirus, un vecteur fiable pour l'expression génique. Des niveaux élevés de la protéine codée par le vecteur d'adénovirus se développent dans les 48 heures suivant la transduction, et ils peuvent durer plusieurs semaines 17. Cependant, un inconvénient de l'utilisation d'un adénovirus pour l'expression des protéines est que le développement d'un recombinant adenovirus est à la fois compliqué et prend du temps. Cet inconvénient explique en partie pourquoi de nombreux chercheurs se sont tournés vers des lentivirus pour l'expression du gène recombinant. Contrairement constructions adénoviraux, générant une construction lentiviral est rapide et facile. Bien que les lentivirus ont généralement des efficacités inférieures de transduction que les adénovirus, les cellules se divisant en deux et ne se divisant pas, ils ne s'intégrer dans le génome de l'hôte. Par conséquent, l'expression du gène transduit est plus stable que pour les lentivirus des adénovirus.
Grâce aux progrès technologiques dans le domaine de la microscopie, il est beaucoup plus facile de capturer des images de cellules vivantes des cellules exprimant des protéines recombinantes. Cela est vrai même à des vitesses de taux de la vidéo de l'acquisition. Ceci permet au chercheur de déterminer comment des modifications particulières à la protéine d'intérêt fonctionnellement impact sur la cellule en temps réel. Le microscope confocal à disque rotatif présente plusieurs caractéristiques qui en font une technique optimale pour live imagerie cellulaire 18,19. Le disque tournant Yokogawa permet beaucoup plus rapide acquisition d'image, tandis que dans le même temps en utilisant beaucoup moins de puissance du laser de balayage du point microscopes confocaux. Ces deux particularités sont dues au disque en rotation, qui contient de nombreux trous confocale par laquelle le laser passe simultanément aux échantillons. Lors de l'acquisition, le disque lui-même tourne rapidement et en continu 18-20. En utilisant le système de mise au point automatique du microscope, l'accent est maintenue stable sur de longues périodes de temps. Cela permet aux chercheurs de prendre des images de cellules vivantes bien ciblés. Les images acquises sont lues comme un fichier vidéo. Les images sont analysées en utilisant un logiciel d'analyse d'image tel que ImageJ 21,22, FIJI 23, ou un autre logiciel disponible dans le commerce.
Protocol
Representative Results
Discussion
Cardiomyocytes primaires isolés à partir de rats nouveau-nés ont longtemps été utilisées pour étudier les fonctions des cardiomyocytes in vitro. Ce protocole décrit un procédé pour l'isolement des cardiomyocytes néonataux de bébés rats en utilisant une digestion par enzyme de procédé en deux étapes, d'abord à digérer avec de la trypsine O / N à 4 ° C, puis de la collagénase purifiée. Un avantage de l'emploi de l'étape de la collagénase purifiée est que le même grade de …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We would like to thank Dr. Alengo Nyamay’antu and Dr. Ilse Timmerman for their advices about lentiviral packaging. This work is supported by an American Heart Association Scientist Development Grant 10SDG4170137.
Materials
| 1 scissors for decapitation | WPI | 501749 | Autoclave before use |
| 1 fine scissors for heart isolation and chopping | WPI | 14393 | Autoclave before use |
| 2 fine forceps (Dumont No. 5) | Sigma | F6521 | Autoclave before use |
| Three sterilized 10 cm plastic dishes | Sigma | CLS430165 | for hearts isolation |
| 3.5 cm glass bottom culture dishes | MatTek | P35G-1.5-20-C | for final plating of cardiomyocytes for future live cell imaging. micro-Dishes from ibidi are an acceptable alternative. |
| 3.5 cm glass bottom culture dishes | MatTek | P35G-0.17-14-C | for TIRF or high resolution image |
| Ethanol solution, 70 % (v/v) in water | Sigma | E7148 | |
| 2% gelatin | Sigma | G1393 | |
| One sterilized 10 cm plastic dish | Sigma | CLS430165 | for trypsinization |
| Aluminium foil | any brand | ||
| parafilm | Sigma | P7543 | |
| Two 10 cm plastic cell culture dish | Sigma | CLS430165 | for selection |
| Auto pipette | Drummond Scientific | 4-000-300 | for trituration |
| Cell counter | |||
| Cellometer, automated cell counter | nexcelom | to check and count cells | |
| Microscope and Hematocytometer | any brand | to check and count cells | |
| Trypan Blue Solution, 0.4% | invitrogen | 15250-061 | |
| CO2 incubator | Sanyo | MCO-19AIC | |
| incubating orbital shaker | Sigma | Z673129 | to shake heart tissue with collagenase at 37 C at 170-200 rpm |
| 10 mg/ml BrdU solution | BD Pharmingen | 550891 | |
| DMEM, High Glucose | invitrogen | 41965039 | Mix medium as indicated in the protocol and warm before use |
| MEM | invitrogen | 31095029 | Mix medium as indicated in the protocol and warm before use |
| Fetal Bovine Serum | invitrogen | 26140079 | |
| Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL) | invitrogen | 15140-122 | |
| Section 2 lentiviral transduction | |||
| three packaging plasmids | |||
| pMDLg/pRRE | Addgene | 12251 | |
| pRSV-Rev | Addgene | 12253 | |
| pMD2.G | Addgene | 12259 | |
| The lentiviral transfer vector, pLVX-IRES-Puro | Clontech | 632183 | |
| Opti-MEM (serum-free medium) | invitrogen | 31985070 | |
| transfection reagent | |||
| polyethyleneimine“Max”, (Mw 40,000) – High Potency Linear PEI (Equivalent to Mw 25,000 in Free Base Form) | Polysciences | 24765-2 | It can be substituted with X-tremeGENE 9 from Roche |
| X-tremeGENE 9 | Roche | 6365779001 | substitute for PEI as transfection reagent |
| chloroquine | Sigma | C6628 | dissolve in water and make 100 mM stock solution. Inhibition of endosomal acidification can be achieved with 10-100 μM Chloroquine. |
| HEPES | Sigma | H3375 | |
| 10 ml Luer-Lok syringe, sterilized | BD | 309604 | |
| 0.45 um filters | Sigma | F8677 | use only cellulose acetate or polyethersulfone (PES) (low protein binding) filters. Do not use nitrocellulose filters. Nitrocellulose binds surface proteins on the lentiviral envelope and destroys the virus. |
| Hexadimethrine bromide | Sigma | H9268 | dissolve in water and make 8mg/ml stock solution, then filter it to sterilize. |
| polyethylene glicol 6000 | Sigma | 81260 | |
| Sodium chloride | Sigma | S9888 | |
| sodium hydroxide | Sigma | S5881 | |
| Section 3 Adenoviral transduction | |||
| HEK 293T cells | ATCC | CRL-11268 | |
| Some 10 cm cell culture dishes | Sigma | CLS430165 | |
| 96-Well Microplate with lid, flat-bottom, tissue culture, sterile | BD Falcon | 353072 | for titration |
| Multichannel piptte, 10-100 ul, 8-channel | eppendorf | 3122 000.035 | |
| Section 4 live cell imaging | |||
| Spinning disk confocal microspopy | PerkinElmer | L7267000 | |
| a temperature controlled chamber | any brand | to keep temperature at 37 C | |
| a CO2 environmental system | any brand | optional to maintain CO2 concentration optimal | |
| Medium | |||
| CO2 Independent Medium, No Glutamine | invitrogen | 18045-054 | for long time time-lapse imaging |
| DMEM, High Glucose, HEPES, no Phenol Red | invitrogen | 21063-029 | for long time time-lapse imaging |
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