骨骼肌损伤诱导衰老和体内重编程的评价
Summary
在这里, 我们提出了一个详细的协议, 以检测两个衰老和多能干细胞的骨骼肌肉损伤时, 诱导在体内重新编程。该方法适用于评价细胞衰老在组织再生过程中的作用和重新编程体内。
Abstract
细胞衰老是一种应激反应, 其特点是稳定的细胞生长阻滞, 这是重要的许多生理和病理过程, 如癌症和衰老。最近, 衰老也牵涉到组织修复和再生。因此, 识别衰老细胞在体内变得越来越重要。衰老相关的β-乳糖 (SA β-加仑) 检测是最广泛使用的检测方法, 在培养和体内的衰老细胞。这种方法是基于在衰老细胞中增加溶酶体的含量, 这使得在 suboptimum pH 值 (6 或 5.5) 上, 组织化学检测溶体乳糖活性。与其他的检测方法, 如流式细胞仪, 这使得在其居住环境中的衰老细胞的鉴定, 这提供了宝贵的信息, 如与组织结构的位置, 形态学, 和通过免疫组织化学 (IHC) 与其他标记物耦合的可能性。对新鲜的或冰冻的样品的要求是对 SA β-加仑测定的主要限制。
在这里, 我们提出了一个详细的协议, 以了解如何细胞衰老促进细胞可塑性和组织再生在体内。我们使用 SA β-加仑来检测骨骼肌损伤后的衰老细胞, 这是一个行之有效的组织再生研究系统。此外, 我们使用 IHC 检测 Nanog, 一个多能干细胞的标志, 在转基因小鼠模型。该协议使我们能够检查和量化细胞衰老的背景下诱导细胞可塑性和体内重新编程。
Introduction
细胞衰老是一种以稳定的细胞周期阻滞为特征的应激反应形式。在过去的十年中, 研究已经确定衰老与各种生物学和病理过程有关, 包括胚胎发育、纤维化和生物体老化1,2。细胞衰老首先被确定在人成纤维细胞在其复制寿命结束时由端粒缩短3触发。除了复制的压力, 还有许多其他刺激, 可以诱导衰老, 包括 DNA 损伤, 氧化应激, 致癌信号, 和基因组/表的改变, 其中任何可能最终激活 p53/p21 和/或 pRB 途径建立并加强永久性增长逮捕1。衰老细胞的一个重要特征是它们保持新陈代谢活性, 并表现出衰老相关的分泌表型 (SASP): 许多炎症细胞因子、生长因子和细胞外基质的分泌因素4。SASP 因子在调节和增强衰老作用方面起着重要作用, 因为它们对吸引免疫细胞和改变局部和全身组织环境1有很强的影响。有趣的是, 衰老最近被提出是重要的组织修复和再生5,6。此外, 包括我们在内的几个实验室的数据表明, 组织损伤导致的衰老可能增强细胞的可塑性, 通过 SASPs, 促进再生7–9。因此, 所有涌现的数据突出了研究衰老的重要性在体内。
在后诱导多能干细胞 (iPSC) 时代, 细胞可塑性是一个细胞获得一个新的身份和采取替代的命运时, 暴露在不同的刺激, 在文化和在体内10的能力。众所周知, 完全重新编程可以实现在体内11,12, 其中包含四 Yamanaka 因素的卡带的表达: Oct4, Sox2, Klf4, 和c-myc(OSKM) 可诱导体内促进多器官畸胎瘤的形成。因此, 一个编程的小鼠模型 (i4F) 可以被用来作为一个强大的系统, 以确定关键的调节器和路径, 是重要的细胞可塑性11。
一个合适的和敏感的在体内系统是必要的, 以了解如何细胞衰老调节细胞可塑性的背景下组织再生。在这里, 我们提出了一个健壮的系统和详细的协议, 以评估在组织再生的背景下衰老和细胞可塑性之间的联系。心脏 (酰) 诱导的肌肉损伤的胫骨前 (TA) 肌肉组, 一个行之有效的系统研究组织再生, 和 i4F 小鼠模型, 允许检测细胞衰老和在体内在肌肉再生过程中重新编程。
为了评估细胞可塑性和衰老之间的联系, i4F 小鼠受酰损伤, 用强力霉素 (0.2 毫克/毫升) 在7天内诱发急性肌肉损伤, 以诱导体内重编程。虽然酰引起的急性肌肉损伤和再生协议最近已发布13, 出于道德上的原因, 此过程将在当前协议中省略。TA 肌肉样本将收集在10天后受伤的13, 当衰老细胞的峰值已经被观察到之前,14。在这里, 这个详细的协议描述了所有的步骤来评估衰老的水平 (通过 SA β-加仑) 和重新编程 (通过 IHC 染色 Nanog)。
衰老相关的β-乳糖 (SA-β-加仑) 检测是最常用的检测方法, 可以在培养和体内15中发现衰老细胞。与其他检测方法相比, SA β-加仑法可以在其本机环境中使用完整的组织结构来鉴定衰老细胞, 这对体内研究尤为重要。此外, 它是可能的夫妇的 SA β加仑测定与其他标记使用 IHC。然而, SA β-加仑检测确实需要新鲜或冰冻样本, 这仍然是一个主要的限制。当新鲜或冰冻的组织是常规可用的, 如冰冻的 TA 肌肉样本, SA β-加仑显然是最合适的检测衰老细胞的方法。Nanog 是用于检测 reprogramed 细胞的标记, 有两个原因: 1) 是多的重要标志;2) 更重要的是, 它的表达不是由强力霉素 (dox) 驱动的, 因此它检测诱导的多而不是 Yamanaka 盒的强迫表达。
值得注意的是, 本研究中提出的染色协议可以单独进行, 以简化量化程序, 但也可以在 co-staining 过程中进行, 以在同一剖面上显示衰老和多能干细胞。
Protocol
Representative Results
Discussion
在这里, 我们提出了一种检测编程小鼠骨骼肌中的衰老和多能干细胞的方法。该方法可用于评价和量化衰老和诱导细胞可塑性在体内, 并检查衰老在组织修复和再生中的作用。
在目前的协议, 衰老相关的β-乳糖 (SA β加仑) 检测被用来探测体内衰老细胞的骨骼肌肉。这种检测检测到增加的溶酶体β-乳糖活性在 suboptimum ph 值 (6.0 或 5.5), 特别是与衰老细胞相关, 而这酵?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我们感激 Clemire Cimper 的出色技术支持。在实验室工作的资金由巴斯德研究所, 中心全国研究科学, 和国家研究 (Laboratoire 卓越复兴, Investissement d 艾文莉;ANR-10-LABX-73), 研究 (ANR-16-CE13-0017-01) 和基金会弧 (PJA 20161205028)。cc 和 ac 是由复兴财团的博士和博士后奖学金资助的。
Materials
| K3Fe(CN)6 | Sigma | 13746-66-2 | For SA-β Gal staining solution |
| K4Fe(CN)6 | Sigma | 14459-95-1 | For SA-β Gal staining solution |
| MgCl2 | Sigma | 7786-30-3 | For SA-β Gal staining solution |
| X-Gal | Sigma | B4252 | For SA-β Gal staining solution |
| Doxycycline | Sigma | D3447 | For inducing in vivo reprogramming |
| Cardiotoxin | Lotaxan Valence, France | L8102 | For muscle injury |
| Glutaraldehyde | Sigma | 111-30-8 | For Fixation solution |
| Paraformaldehyde | Electron microscopy science | 50-980-487 | For Fixation solution |
| NaCitrate : Sodium Citrate monobasic bioxtra, anhydre | Sigma | 18996-35-5 | For permeabilization solution |
| Triton | Sigma | 93443 | For permeabilization solution |
| Bovine Serum Albumin | Sigma | A3608 | Washing solution |
| Antibody anti- Nanog | Cell signalling | 8822S | Rabbit monoclonal antibody |
| EnVision+ Kits (HRP. Rabbit. DAB+) | Dako | K4010 | For Nanog revelation |
| Eosin 1% | Leica | 380159EOF | Counterstainning |
| Fast red | Vector Laboratories | H-3403 | Counterstainning |
| Thermo Scientific Shandon Immu-Mount | Fisher scientific | 9990402 | Mounting solution |
| Quick-hardening mounting medium for microscopy : Eukitt® | Sigma | 25608-33-7 | Mounting solution |
| Microscope Phase Contrast Brightfield CKX41: 10X-20X-40X objectives | Olympus | CKX41 | Microscope for Nanog quantification |
| Mouse: i4F-A | Abad et al., 2013 | N/A | Reprogrammable mouse model |
| Skeletal muscle, Tibialis Anterior | |||
| Slide Scanner | Zeiss | Axio Scan Z1 | slides scanning |
References
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