Summary

Modeling myotonic dystrofi 1 i C2C12 myoblastceller

Published: July 29, 2016
doi:

Summary

I denne protokol, præsenterer vi procedurerne i oprettelse myotonisk dystrofi 1 myoblast modeller, herunder optimeret C2C12 celle vedligeholdelse, gen transfektion / transduktion, og myocyt differentiering.

Abstract

Myotonic dystrofi 1 (DM1) er en almindelig form for muskelsvind. Selv om der er etableret en række dyremodeller for DM1, myoblast celle modeller er stadig vigtigt, fordi de tilbyder et effektivt cellulært alternativ til at studere cellulære og molekylære begivenheder. Selvom C2C12 myoblastceller er ofte blevet brugt til at studere myogenese, modstandsdygtighed over for gen transfektion eller viral transduktion, hindrer forskning i C2C12-celler. Her beskriver vi en optimeret protokol, der omfatter daglig vedligeholdelse, transfektion og transduktion procedurer til at indføre gener i C2C12 myoblaster og induktion af myocyt differentiering. Kollektivt, disse procedurer gør det muligt bedste transfektion / transduktion effektivitet, samt konsistente differentiering resultater. Fremgangsmåden beskrevet i oprettelse DM1 myoblast cellemodeller ville gavne studiet af myotonisk dystrofi, samt andre muskelsygdomme protokol.

Introduction

Myotonic dystrofi (DM) er en autosomal dominant sygdom, der påvirker flere systemer, især hjerte- og skeletmuskulatur 1. Der er to undertyper af denne sygdom, DM1 og DM2. DM1 er mere almindelig og har en mere alvorlig manifestation end DM2 2. Den genetiske mutation underliggende DM1 er en udvidelse af CUG triplet repeats beliggende i den 3'-utranslaterede region (UTR) i DM proteinkinase genet (DMPK) 3. CUG repeat nummer i uberørte individer varierer fra 5 til 37. I modsætning hertil er det stiger til mere end 50, og nogle gange op til tusindvis i DM1 patienter 4. Som et resultat, RNA-bindende proteiner, såsom muscleblind-like 1 (MBNL1), CUGBP, og Elav-lignende familie 1 (Celf1), er misregulated. På grund af den beslaglæggelse på de ekspanderede CUG gentagelser, MBNL1 mister sin evne til at regulere alternativ splejsning 5. Celf1, på den anden side, er opreguleret 6,7. Overekspression af Celf1 er forbundet med muskeltabog svaghed, som ikke tilskrives tab af MBNL1 funktion. Dyremodeller, der simulerer DM1-relaterede ændringer, herunder DMPK 3'-UTR CUG ekspansion, tab af MBNL1, og overekspression af Celf1, er blevet etableret. Men modellering DM1 i myoblaster tilbyder et effektivt alternativ, især for dissekere DM1-relaterede cellulære og molekylære begivenheder.

C2C12 myoblast cellelinje blev først isoleret fra såret C3H mus muskel og bredt anvendt til at undersøge myogene differentiering 8,9. C2C12 celler hurtigt formere sig i føtalt bovint serum (FBS) -holdige medier og let undergår differentiering, når FBS er opbrugt. Men ved hjælp af denne myoblast differentiering model præsenterer to udfordringer: C2C12 celler er ofte resistente over for gen transfektion / viral transduktion; og mindre variationer i celle håndtering og differentiering procedure kan føre til markante ændringer i myotube formation.

Vores laboratorium anvender rutinemæssigt C2C12 myoblaster som acell model og har udviklet protokoller, der effektivt leverer gener ved plasmidtransfektion, retroviral transduktion, og lentiviral transduktion ind C2C12 cellelinje 10. I videoen viser vi de optimerede procedurer til transfektion / transduktion C2C12 celler og opretholdelse differentiering konsekvens i oprettelse DM1 myoblast modeller.

Protocol

1. C2C12 Cellekultur Opretholde C2C12 mus myoblaster i en 100 mm plade i vækstmedium (Dulbeccos modificerede Eagles medium (DMEM)) suppleret med 20% føtalt bovint serum, 100 U / ml penicillin, 100 ug / ml streptomycin, og 2 mM L-glutamin. Tillad C2C12 passerede celler at blive ca. 50 – 60% sammenflydende. Kassér vækstmediet og vask C2C12 celler med 3 ml stuetemperatur phosphatbufret saltvand (PBS). Fjern PBS, og der tilsættes 500 pi 0,25% trypsin-EDTA at frigøre cellerne. Pladen anbringes i en…

Representative Results

C2C12-celler blev transficeret med GFP-CUG5 eller GFP-CUG200. Efter lægemiddel-resistens selektion blev stabile pools etableret, hvilket kan visualiseres ved GFP-ekspression (figur 1A). Myotube dannelse i de differentierede myoblaster blev påvist ved myosin tung kæde immunfarvning 10 (figur 1B). Kvantificeringen af myotube dannelse viste, at fusion indeks blev reduceret fra 35,4 ± 4,1% til 2,6 ± 1,1% og myotube områder blev reduceret fra…

Discussion

C2C12-cellelinie er blevet anvendt som en model til at studere myogenese 11-14. Disse celler bevarer et fibroblastlignende udseende, prolifererer hurtigt i medier indeholdende 20% føtalt bovint serum og let differentiere i medier indeholdende 2% hesteserum 15. Den hurtige vækst og differentiering er fordelagtige egenskaber i en myogenese celle model. Her demonstrerer vi brug af plasmid, retroviral, og lentivirusvektorer at indføre cDNA, 3'-UTR, og shRNA ind C2C12-celler. De kritiske punkter …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We thank Drs. Tom Cooper from the Baylor College of Medicine, Mani S. Mahadevan from the University of Wisconsin-Madison, and Didier Trono from the University of Geneva for reagents. This work is supported by a University of Houston startup fund (YL), American Heart Association grant (YL, 11SDG5260033), and the National Natural Science Foundation of China (XP, 81460047).

Materials

DMEM, high glucose Life Technologies 11965-084 for culture medium
Fetal Bovine Serum – Premium Atlanta Biologicals S11150 for culture medium
Penicillin-Streptomycin-Glutamine (100X) Life Technologies 10378-016 for culture medium
Insulin from bovine pancreas Sigma Aldrich I6634-100MG for differentiation medium
equine serum Atlanta Biologicals S12150 for differentiation medium
FuGENE HD Transfection Reagent Promega E2311  for transfection
G418 sulfate  Gold Biotechnology  G-418-10 for drug resistant selection
Puromycin dihydrochloride Sigma Aldrich sc-108071 for drug resistant selection
NuPAGE Novex 4-12% Bis-Tris Protein Gels, 1.0 mm, 15 well Life Technologies NP0323BOX for western blot
NuPAGE Transfer Buffer (20X) Life Technologies NP00061 for western blot
NuPAGE MES SDS Running Buffer (20X) Life Technologies NP0002 for western blot
Amersham Protran Supported 0.2 NC, 300mmx4m GE healthcare life science 10600015 for western blot
MF 20 Developmental Hybridoma Bank MF 20 primary Ab for immunostaining
Goat anti-Mouse IgG (H+L) Secondary Antibody, Texas Red-X conjugate Thermo Fisher Scientific T-862 secondary Ab for immunostaining
One step qRT-PCR MasterMix AnaSpec 05-QPRT-032X for qRT-PCR
TriPure Isolation Reagent Roche 11667165001 for RNA isolation
CUG-BP1 Antibody (3B1) santa cruz sc-20003 primary Ab western blot
Actin Antibody santa cruz sc-1615 goat polyclonal IgG for loading control
293T Ecopack Clontech 631507 cells for retrovirus preparation
pMSCV-puro Clontech 634401 empty retroviral vector for retrovirus preparation
pMSCV-Celf1Flag-puro house-constructed not available retroviral vector encoding Celf1Flag, used in retrovirus preparation
psPAX2 gift from Didier Trono not available for lentivirus preparation
pMD2.G gift from Didier Trono not available for lentivirus preparation
GFP-CUG5 gift from M.S. Mahadevan not available details in reference 10 
GFP- CUG200 gift from M.S. Mahadevan not available details in reference 10 
Triton X-100 Sigma Aldrich X100 for immunostaining
paraformaldehyde Sigma Aldrich P6148 for immunostaining
TWEEN 20 Sigma Aldrich P9416 for immunostaining
DAPI Sigma Aldrich D9542 for immunostaining

References

  1. Harper, P. S. . Myotonic dystrophy. 3rd edn. , (2001).
  2. Timchenko, L. Molecular mechanisms of muscle atrophy in myotonic dystrophies. Int J Biochem Cell Biol. 45 (10), 2280-2287 (2013).
  3. Brook, J. D., et al. Molecular basis of myotonic dystrophy: expansion of a trinucleotide (CTG) repeat at the 3′ end of a transcript encoding a protein kinase family member. Cell. 68 (4), 799-808 (1992).
  4. Chau, A., Kalsotra, A. Developmental insights into the pathology of and therapeutic strategies for DM1: Back to the basics. Dev Dyn. 244 (3), 377-390 (2015).
  5. Ho, T. H., et al. Muscleblind proteins regulate alternative splicing. EMBO J. 23 (15), 3103-3112 (2004).
  6. Kuyumcu-Martinez, N. M., Wang, G. S., Cooper, T. A. Increased steady-state levels of CUGBP1 in myotonic dystrophy 1 are due to PKC-mediated hyperphosphorylation. Mol Cell. 28 (1), 68-78 (2007).
  7. Kalsotra, A., et al. The Mef2 transcription network is disrupted in myotonic dystrophy heart tissue, dramatically altering miRNA and mRNA expression. Cell Rep. 6 (2), 336-345 (2014).
  8. Yaffe, D., Saxel, O. Serial passaging and differentiation of myogenic cells isolated from dystrophic mouse muscle. Nature. 270 (5639), 725-727 (1977).
  9. Blau, H. M., Chiu, C. P., Webster, C. Cytoplasmic activation of human nuclear genes in stable heterocaryons. Cell. 32 (4), 1171-1180 (1983).
  10. Peng, X., et al. Celf1 regulates cell cycle and is partially responsible for defective myoblast differentiation in myotonic dystrophy RNA toxicity. Biochim Biophys Acta. 1852 (7), 1490-1497 (2015).
  11. Amack, J. D., Mahadevan, M. S. The myotonic dystrophy expanded CUG repeat tract is necessary but not sufficient to disrupt C2C12 myoblast differentiation. Hum Mol Genet. 10 (18), 1879-1887 (2001).
  12. Amack, J. D., Paguio, A. P., Mahadevan, M. S. Cis and trans effects of the myotonic dystrophy (DM) mutation in a cell culture model. Hum Mol Genet. 8 (11), 1975-1984 (1999).
  13. Bhagavati, S., Shafiq, S. A., Xu, W. (CTG)n repeats markedly inhibit differentiation of the C2C12 myoblast cell line: implications for congenital myotonic dystrophy. Biochim Biophys Acta. 1453 (2), 221-229 (1999).
  14. Amack, J. D., Mahadevan, M. S. Myogenic defects in myotonic dystrophy. Dev Biol. 265 (2), 294-301 (2004).
  15. Emerson, C. P., Sweeney, H. L. . Methods in muscle biology. 52, (1997).
  16. Ward, A. J., Rimer, M., Killian, J. M., Dowling, J. J., Cooper, T. A. CUGBP1 overexpression in mouse skeletal muscle reproduces features of myotonic dystrophy type 1. Hum Mol Genet. 19 (18), 3614-3622 (2010).
  17. Koshelev, M., Sarma, S., Price, R. E., Wehrens, X. H. T., Cooper, T. A. Heart-specific overexpression of CUGBP1 reproduces functional and molecular abnormalities of myotonic dystrophy type 1. Hum Mol Genet. 19 (6), 1066-1075 (2010).
check_url/54078?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Liang, R., Dong, W., Shen, X., Peng, X., Aceves, A. G., Liu, Y. Modeling Myotonic Dystrophy 1 in C2C12 Myoblast Cells. J. Vis. Exp. (113), e54078, doi:10.3791/54078 (2016).

View Video