Summary

DNA Elektroporation, Isolering og Imaging af -myofibre

Published: December 23, 2015
doi:

Summary

This protocol utilizes electroporation to introduce and express fluorescently labeled proteins in mouse muscle fibers. Following recovery after electroporation, fibers are isolated. Individual fibers are then imaged using high resolution confocal microscopy to visualize muscle structure.

Abstract

Mature muscle has a unique structure that is amenable to live cell imaging. Herein, we describe the experimental protocol for expressing fluorescently labeled proteins in the flexor digitorum brevis (FDB) muscle. Conditions have been optimized to provide a large number of high quality myofibers expressing the electroporated plasmid while minimizing muscle damage. The method employs fluorescent tags on various proteins. Combining this expression method with high resolution confocal microscopy permits live cell imaging, including imaging after laser-induced damage. Fluorescent dyes combined with imaging of fluorescently-tagged proteins provides information regarding the basic structure of muscle and its response to stimuli.

Introduction

Individuelle myofibre er store, meget organiseret syncytial celler. Der er et par celle-kultur modeller for muskel; Men disse modeller har deres største begrænsning, at de ikke fuldt ud differentiere til modne myofibre. For eksempel er C2C12 og L6 cellelinjer afledt fra mus og rotter, henholdsvis 1-4. Under betingelser af serum sult, de mononukleære "myoblast-lignende" celler ophøre proliferation, undergår celle tilbagetrækning cyklus, og indgå den myogene program danner flerkernede celler med sarkomerer, kaldet myotuber. Med langvarige dyrkningsbetingelser kan myorør udvise kontraktile egenskaber og "spjæt" i kultur. Humane cellelinier har nu også etableret 5. Ud over disse immortaliserede cellelinjer kan mononukleære myoblaster isoleres fra muskel og under de samme betingelser af serum sult vil danne myotuber. Disse cellelinier og primære kulturer myoblast er meget brugerful fordi de kan transficeres med plasmider eller transduceret med vira og anvendes til at undersøge grundlæggende cellebiologiske processer. Men disse celler, selv når induceret til dannelse af myorør, mangler mange af de vigtigste træk ved moden muskel organisation. Specifikt myorør er meget mindre end de enkelte modne myofibre og mangler den normale form af myofibre. Kritisk, myorør mangler tværgående (T-) tubuli, den membranøs netværk kræves til effektiv Ca 2+ frigivelse hele myoplasm.

En alternativ metode til primær myoblast eller myogene cellelinjer indebærer anvendelse modne myofibre. Transgenese kan anvendes til at etablere ekspression af mærkede proteiner, men denne metode er kostbar og tidskrævende. In vivo elektroporation af musemuskel er dukket op som en foretrukken fremgangsmåde til dets hastighed og pålidelighed 6-10.

Fremgangsmåder til in vivo elektroporation og effektiv isolering af myofibre have blevet optimeret til musen flexor digitorum brevis (FDB) muskel 6. Fremgangsmåderne kan gennemføres let og er minimalt invasiv at inducere in vivo-ekspression fra plasmider. Denne fremgangsmåde er nu kombineret med høj opløsning billeddannelse metoder, herunder billeddannelse efter laser afbrydelse af sarcolemma 6,7. Kombinationen af ​​fluorescerende farvestoffer og ekspression af fluorescensmærkede proteiner kan anvendes til at overvåge cellebiologiske processer i modne myofibre.

Protocol

Metoderne i denne undersøgelse blev udført i etisk overensstemmelse med Northwestern University Feinberg School of Medicine Institutional Animal Care og brug Udvalg (IACUC) godkendte retningslinjer. Blev gjort alle bestræbelser på at minimere lidelse. 1. Eksperimentel Procedure til in vivo Elektroporation af Flexor digitorum Brevis (FDB) Muscle Bundle i Mus Design plasmider til in vivo-ekspression under anvendelse af en promotor vides at udtrykke i pattedyrceller (f.ek…

Representative Results

Elektroporation er en minimalt invasiv teknik, der effektivt introducerer oprenset plasmid DNA i flexor digitorum brevis (FDB) muskel bundt (figur 1A). Syv dage efter transfektion fluorescerende mærkede protein visualiseres i isolerede myofibre (figur 1B). Isolerede fibre udplades derefter og forberedt til billeddannelse på en konfokal mikroskop. Fibre kan udsættes for laser-induceret beskadigelse. FM farvestof kan anvendes til at identificere stedet …

Discussion

Anvendelsen af elektroporation til at studere fluorescens mærkede proteiner in vivo er velegnet til undersøgelse af muskel grund af manglen på passende cellelinje modeller, der trofast replikerer hele cellestruktur muskel. Denne protokol beskriver udnyttelsen af ​​elektroporation og høj opløsning konfokal mikroskopi til at give detaljerede billeddannelse af protein lokalisering og translokation efter laser såret. Denne metode kan tilpasses til at studere andre cellulære processer, herunder cytoskelet…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dette arbejde blev støttet af National Institutes of Health giver NS047726, NS072027 og AR052646.

Materials

DMEM+A2:D32D42A2:D31AA2:D29 Life Technologies 11995-073 Dissection Media
Dilution: 50ml +100g BSA
Collagenase, Type II Life Technologies 17101-015 Fiber Digestion
Dilution: 160mg / 4ml DMEM (stock 40mg/ml aliquot)
Falcon 12-well dishes Fisher Scientific 877229 Fiber Digestion
Ringers Solution Fiber Digestion and Imaging
Dilution: 146 mM NaCl
5 mM   KCl
2 mM   CaCl2
1 mM   MCl2
10mM HEPES
pH7.4 in H2O
1ml Pipettes Axygen T-1000-C-R Digestion
Razor Blades Personna 94-120-71 Digestion
Precision Glide 30G needle BD Biosciences 305128 Dissection
1x PBS (-/-) Life Technologies 14190-250 Dissection
Sylgard 184 Fisher Scientific 50-366-794 Dissection
Forceps FST by Dumont #5/45 Dissection
Forceps Roboz RS-4913 Dissection
Scissors World Precision Instruments 500260 Dissection
BSA Sigma A7906 Dissection media
Dilution: 100mg / 50ml DMEM
Falcon 60mm dishes Fisher Scientific 08772B Dissection- used to hold sylgard
Clay Electroporation
Stimulator  Grass s88x Electroporation
Clamps Radio Shack 270-356 Electroporation
Triadine Aplicare 82-220 Electroporation
Precision Glide 27G needle BD Biosciences 305136 Electroporation
Simulator Grass SIU-V Electroporation
Gauze Covidien 2146 Electroporation
Hyaluronidase Sigma H4272 Injection
Dilution: Add 160ul PBS (1X) to 40µl 5x stock
1cc U-100 Insulin Syringe (28G1/2)  BD Biosciences 329420 Injection
Eppendorf Tubes Fisher Scientific 02-682-550 Injection
35mm glass bottom Microwell dish MaTek P35G-1.5-14-C Microscopy
FM 4-64 Life Technologies T-13320 Microscopy
Dilution: Final 2.5 ug/ml
FM 1-43 Life Technologies T-35356 Microscopy
Dilution: Final 2.5 ug/ml
Endotoxinfree Plasmid Maxi Kit Qiagen 12362 Plasmid Purification

References

  1. Blau, H. M., et al. Plasticity of the differentiated state. Science. 230, 758-766 (1985).
  2. Yaffe, D., Saxel, O. Serial passaging and differentiation of myogenic cells isolated from dystrophic mouse muscle. Nature. 270, 725-727 (1977).
  3. Richler, C., Yaffe, D. The in vitro cultivation and differentiation capacities of myogenic cell lines. Dev Biol. 23, 1-22 (1970).
  4. Yaffe, D. Retention of differentiation potentialities during prolonged cultivation of myogenic cells. Proc Natl Acad Sci USA. 61, 477-483 (1968).
  5. Mamchaoui, K., et al. Immortalized pathological human myoblasts: towards a universal tool for the study of neuromuscular disorders. Skelet muscle. 1, 34 (2011).
  6. DiFranco, M., Quinonez, M., Capote, J., Vergara, J. DNA transfection of mammalian skeletal muscles using in vivo electroporation. J Vis Exp: JoVE. , (2009).
  7. Swaggart, K. A., et al. Annexin A6 modifies muscular dystrophy by mediating sarcolemmal repair. Proc Natl Acad Sci USA. 111, 6004-6009 (2014).
  8. Kerr, J. P., et al. Dysferlin stabilizes stress-induced Ca2+ signaling in the transverse tubule membrane. Proc Natl Acad Sci USA. 110, 20831-20836 (2013).
  9. Anderson, D. M., et al. A micropeptide encoded by a putative long noncoding RNA regulates muscle performance. Cell. 160, 595-606 (2015).
  10. Roche, J. A., et al. Physiological and histological changes in skeletal muscle following in vivo gene transfer by electroporation. Am J Physiol Cell Physiol. 301, C1239-1250 (2011).
  11. Reddy, A., Caler, E. V., Andrews, N. W. Plasma membrane repair is mediated by Ca(2+)-regulated exocytosis of lysosomes. Cell. 106, 157-169 (2001).
  12. Wang, B., et al. Membrane blebbing as an assessment of functional rescue of dysferlin-deficient human myotubes via nonsense suppression. J Appl physiol. 109, 901-905 (2010).
  13. Cai, C., et al. MG53 nucleates assembly of cell membrane repair machinery. Nat Cell Biol. 11, 56-64 (2009).
  14. Marg, A., et al. Sarcolemmal repair is a slow process and includes EHD2. Traffic. 13, 1286-1294 (2012).
  15. Bansal, D., et al. Defective membrane repair in dysferlin-deficient muscular dystrophy. Nature. 423, 168-172 (2003).
  16. Defour, A., et al. Dysferlin regulates cell membrane repair by facilitating injury-triggered acid sphingomyelinase secretion. Cell Death Dis. 5, e1306 (2014).
check_url/kr/53551?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Demonbreun, A. R., McNally, E. M. DNA Electroporation, Isolation and Imaging of Myofibers. J. Vis. Exp. (106), e53551, doi:10.3791/53551 (2015).

View Video