Here, we describe methods for isolating primary mouse epicardial cells by an outgrowth culture assay and assessing the functional migration of epicardial-derived cells (EPDC) using an ex vivo heart culture system. These protocols are suitable for identifying genetic and chemical modulators of epicardial epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) and motility.
Et enkelt lag af epikardiale cellelinier hjertet, hvilket giver parakrine faktorer, der stimulerer cardiomyocyte proliferation og bidrager direkte kardiovaskulære progenitorer under udviklingen og sygdom. Mens en række faktorer har været impliceret i epikardiet-afledt celle (EPDC) mobilisering, er de mekanismer, der styrer deres efterfølgende migrering og differentiering dårligt forstået. Her præsenterer vi in vitro og ex vivo strategier til at studere EPDC motilitet og differentiering. Først beskriver vi en metode til at opnå primære epikardielle celler ved udvækst kultur fra den embryonale mus hjerte. Vi indfører også en detaljeret protokol til at vurdere tredimensionale migration af mærket EPDC i et organ kultursystem. Vi leverer beviser ved hjælp af disse teknikker, som genetisk sletning af myocardin-relaterede transkriptionsfaktorer i epikardiet dæmper EPDC migration. Denne fremgangsmåde fungerer som en platform til at vurdere kandidat modifikatorer af EPDCbiologi og kunne anvendes til at udvikle genetiske eller kemiske skærme for at identificere hidtil ukendte regulatorer af EPDC mobilisering der kan være nyttige til hjerte- reparation.
Epicardiet er et enkelt lag af mesotelceller at linjer hjerte og påvirkninger cardiac udvikling, modning og reparation. Gennem en meget koordineret udveksling af parakrine signaler, den intime dialog mellem myocardium og epicardium er uundværlig for cardiac vækst og dannelse af ikke-myocyt kardiale afstamninger 1. Epikardielle-afledte celler (EPDC) frem fra en undergruppe af epikardiale celler gennem en epitelial-til-mesenchymal overgang (EMT) 2, invaderer subepicardial rum og underliggende myocardium, og differentiere i vid udstrækning i koronare vaskulære mural celler og kardiale fibroblaster, og til en mindre omfang, endotelceller og cardiomyocytter 3-9.
De mekanismer, der regulerer epikardial EMT og EPDC invasion er blevet tilskrevet den koordineret indsats af forskellige molekyler, herunder udskilles ligander 10-13, celleoverfladereceptorer og adhæsionsmolekyler 14,15, regulatorer af apikale-basal polaritet 16,17, små GTPaser 18,19, og transkriptionsfaktorer 2,20,21. Mens mange af de molekylære effektorer af EPDC migration er blevet defineret, at en bedre forståelse af de fysiologiske signaler, der stimulerer EPDC mobilisering i fosteret kan fremskynde udviklingen af strategier manipulere denne proces i den voksne for forbedret hjertefunktion reparation.
Undersøgelser til formål at identificere nye regulatorer af EPDC mobilisering stole på rensning af denne celle population eller opsporing migrationen af individuelle epikardielle celler. En eller en kombination af markørgener, herunder WT1, Tcf21, Tbx18, og / eller Aldh1a2, er almindeligt anvendt til at identificere fostrets epicardium 1. Men anvendelsen af disse markører spore migrerende EPDC ikke er optimal som udtryk for epikardiale markører aftager i løbet af hjerte udvikling og er ofte tabt, når epikardiale celler undergår transdifrentiering i mesenchymale celler.
Anvendelsen af Cre / loxP-system, sammen med slægt-tracing journalister, har været nyttig i permanent mærkning af epicardium og dens efterkommere under hjerte udvikling og efter iskæmisk skade i den voksne 7,22,23. Adskillige epikardielle-begrænset Cre linjer er blevet genereret og er almindeligt anvendt til at mærke EPDC og for betinget gendeletion strategier 1. Disse undersøgelser har ført til karakteriseringen af forskellige epikardielle slægter, og identifikationen af kritiske formidlere af EPDC motilitet og differentiering. Men akkumulere tyder også, epicardiet er en heterogen population af progenitorceller 4,24,25. Således vil kun en delmængde af epikardiale celler målrettes under anvendelse af en given Cre driver.
For at mærke hele epicardium uanset Cre specificitet, har en række laboratorier udnyttet udvækst cultidige systemer eller ex vivo organ dyrkningsmetoder til trofast isolere eller mærke epikardielle celler uden afhængigt af ekspressionen af et genetisk afstamning markører 26-28. For ex vivo studier migration, er embryonale hjerter isoleret før epikardial EMT og dyrket i medium suppleret med et grønt fluorescerende protein (GFP) udtrykkende adenovirus (Ad / GFP) 9,18. Denne fremgangsmåde giver mulighed for effektiv mærkning af hele epicardium snarere end en undergruppe af celler ved Cre-medieret rekombination. Heart kulturer efterfølgende eksponering for kendte induktorer af EMT at stimulere mobilisering af EPDC 28,29. Ex vivo og in vivo analyser suppleres af in vitro epikardielle eksplantatkulturer, som er en særlig nyttig metode til at udforske detaljerede mekanismer kørsel EPDC migration.
Her beskriver vi metoder til isolering primære epikardielle celler til in vitro-undersøgelser af epicardial EMT, samt et organ dyrkningssystem til ex vivo-analyser af EPDC motilitet. Vi har for nylig demonstreret nytten og robustheden af denne metode ved genetisk modulere myocardin-relaterede transskription faktor (MRTF) / serum respons faktor (SRF) signalering akse til at manipulere actin-baserede migration af EPDC 9. Mens vores resultater fremhæve en signalvej nødvendig til regulering EPDC migration, disse metoder er egnede til optrævling de mekanismer, der kollektivt orkestrerer EPDC migration og differentiering. Endvidere kunne eksplantatet og ex vivo dyrkningssystemer implementeres i funktionelle skærme at identificere nye regulatorer af EPDC mobilisering til terapeutiske anvendelser i hjerte-regenerering.
Her har vi skitsere detaljerede metoder til isolering primære epikardial celle ved udvækst og spore EPDC migration i ex vivo hjerte kulturer. For udvækst kulturer, et passende tidspunkt til at fjerne epikardiet-udtømte hjerte varierer lidt mellem eksperimenter. Periodisk monitorering af eksplantaterne efter inkubering natten anbefales at måle omfanget af epicardiale udvækst og at uddrage hjertet før fibroblaster vises. For at sikre renhed, bør hjerter fjernes inden 24 timer af eksplantering at forhindre…
The authors have nothing to disclose.
EMS blev støttet af tilskud fra National Institutes of Health (NIH) [tilskud nummer R01HL120919]; American Heart Association [tilskud nummer 10SDG4350046] den; University of Rochester CTSA pris fra NIH [tilskud nummer UL1 TR000042]; og start midler fra Aab CVRI. MAT blev delvist understøttet af et tilskud til University of Rochester School of Medicine og Dentistry fra Howard Hughes Medical Institute Med-Ind-Grad initiativet; og en Institutional Ruth L. Kirschstein National Research Service Award fra NIH [tilskud nummer GM068411].
Dulbecco's Modified Eagle Medium | Hyclone | SH3002201 | DMEM |
Hanks' Balanced Salt Solution | Hyclone | SH3003102 | HBSS |
Medium 199 | Hyclone | SH3025301 | M199 |
Dulbecco’s Phosphate-Buffered Saline | Hyclone | SH3002802 | DPBS |
Fetal Bovine Serum | Gemini | 100-106 | FBS |
Penicillin/Streptomycin Solution | Hyclone | SV30010 | |
Corning Biocoat Collagen I, 4-Well Culture Slides | Corning | 354557 | |
Multiwell 24-well plates | Falcon | 08-772-1 | |
Dissecting microscope | Leica | M50 | Equipped with Leica KL300 LED might source |
Confocal miscroscope | Olympus | 1X81 | Equipped with muli-argon laser 405/488/515, FV10-MCPSU laser 405/440/635, 559 laser, and mercury lamp |
Bioruptor | Diagenode | UCD-200 | |
Transforming growth factor beta 1 | R&D Systems | 100-B-001 | TGF-β1 |
Platelet-derived growth factor BB | R&D Systems | 220-BB-010 | PDGF-BB |
Trizol Reagent | Applied Biosystems | 15596-026 | Caution, hazardous material |
TURBO DNA-free Kit | Life Technologies | AM1907 | DNaseI |
iScript cDNA Synthesis Kit | BioRad | 1708891 | |
UltraPure Glycogen | Life Technologies | 10814-010 | |
SYBR Green | BioRad | 170-8880 | |
Protease inhibtor cocktail tablets | Roche | 11836170001 | |
Alexa Goat-anti-rabbit 488 | Life Technologies | A11008 | Secondary antibody |
Alexa Goat anti-rabbit 594 | Life Technologies | A-11012 | Secondary antibody |
Alexa Goat anti-mouse 594 | Life Technologies | A-11005 | Secondary antibody |
Mouse anti-smooth muscle alpha actin, Cy3-conjugated | Sigma-Aldrich | C6198 | monoclonal antibody, clone 1A4 |
Mouse anti-Wilms tumor 1 (WT1) | Life Technologies | MA1-46028 | monoclonal antibody, clone 6F-H2 |
Rabbit anti-ZO1 | Life Technologies | 40-2200 | polyclonal antibody |
Rabbit anti-Collagen Type 4 | Millipore | AB756P | polyclonal antibody |
4',6-Diamidino-2-Phenylindole, Dihydrochloride | Life Technologies | D1306 | DAPI |
Fluorescent mounting medium | DAKO | S3023 | |
16% Paraformaldehyde solution | Electron Microscopy Sciences | 15710 | PFA diluted to 4% in DPBS. Caution, hazardous material |
Sucrose | Sigma-Aldrich | S0389 | |
Tissue Freezing Medium | Triangle Biomedical Sciences | TFM-B | |
Pap pen | DAKO | S2002 | |
Disposable mictrotome blades | Sakura Finetek | 4689 | |
Microscope slides | Globe Scientific | 1358W | positively charged, 25 x 75 x 1mm |
Cryostat | Leica | CM1950 | |
Forceps | Fine Science Tools | 11295-00 | |
Surgical Scissors | Fine Science Tools | 91460-11 | |
Disposable base molds | Fisher Scientific | 22-363-553 | |
Ketamine | Hospira | NDC 0409-2051-05 | |
Xylazine | Akorn | NADA 139-236 |