Isolement de populations de cellules souches quiescentes à partir de muscles squelettiques individuels
Summary
Ce protocole décrit l’isolement des cellules souches musculaires et des progéniteurs fibro-adipogènes des muscles squelettiques individuels chez la souris. Le protocole implique la dissection musculaire unique, l’isolement des cellules souches par tri cellulaire activé par fluorescence, l’évaluation de la pureté par coloration par immunofluorescence et la mesure quantitative de l’entrée en phase S par test d’incorporation de la 5-éthynyl-2′-désoxyuridine.
Abstract
Le muscle squelettique abrite des populations distinctes de cellules souches adultes qui contribuent à l’homéostasie et à la réparation des tissus. Les cellules souches du muscle squelettique (MuSC) ont la capacité de fabriquer de nouveaux muscles, tandis que les progéniteurs fibro-adipogènes (FAP) contribuent aux tissus de soutien stromaux et ont la capacité de fabriquer des fibroblastes et des adipocytes. Les MuSC et les FAP résident dans un état de sortie prolongée du cycle cellulaire réversible, appelé quiescence. L’état de repos est la clé de leur fonction. Les cellules souches quiescentes sont généralement purifiées à partir de plusieurs tissus musculaires regroupés dans un seul échantillon. Cependant, des études récentes ont révélé des différences distinctes dans les profils moléculaires et la profondeur de quiescence des MuSC isolés de différents muscles. Le présent protocole décrit l’isolement et l’étude des MuSC et des FAP à partir de muscles squelettiques individuels et présente des stratégies pour effectuer une analyse moléculaire de l’activation des cellules souches. Il détaille comment isoler et digérer les muscles de différentes origines développementales, épaisseurs et fonctions, tels que le diaphragme, triceps, gracilis, tibial antérieur (TA), gastrocnémien (GA), soléaire, extenseur digitorum longus (EDL) et les muscles masséters. Les MuSC et les FAP sont purifiés par tri cellulaire activé par fluorescence (FACS) et analysés par coloration par immunofluorescence et test d’incorporation de 5-éthynyl-2′-désoxyuridine (EdU).
Introduction
Le muscle squelettique a une grande capacité de régénération en raison de la présence de cellules souches musculaires (MuSC). Les MuSC sont situés sur les myofibres, sous la lame basale, et résident dans un état de repos de sortieprolongée et réversible du cycle cellulaire 1,2,3,4. En cas de blessure, les MuSCs s’activent et entrent dans le cycle cellulaire pour donner naissance à des progéniteurs amplificateurs qui peuvent se différencier et fusionner pour former de nouvelles myofibres 2,5. Des travaux antérieurs ont montré que les MuSCs sont absolument essentiels à la régénération musculaire 6,7,8. De plus, un seul MuSC peut se greffer et générer à la fois de nouvelles cellules souches et de nouvelles myofibres9. Le muscle squelettique abrite également une population de cellules stromales mésenchymateuses appelées progéniteurs fibro-adipogènes (FAP), qui jouent un rôle crucial dans le soutien de la fonction MuSC pendant la régénération musculaire 6,10,11,12.
En raison de leur potentiel à coordonner la régénération musculaire, il y a eu un énorme intérêt pour comprendre comment fonctionnent les MuSC et les FAP. Les MuSC quiescents sont marqués par l’expression des facteurs de transcription Pax7 et Sprouty1, et du récepteur de la calcitonine, une protéine de surface cellulaire, tandis que les FAP quiescents sont marqués par le récepteur alpha du facteur de croissance dérivé des plaquettes de surface cellulaire (PDGFRa)10,12,13,14,15 . Des études antérieures ont montré que les MuSC et les FAP pouvaient être purifiés des muscles squelettiques à l’aide de marqueurs de surface cellulaire et de tri cellulaire activé par fluorescence (FACS)9,15,16,17,18,19,20,21. Bien que ces protocoles aient considérablement amélioré la capacité d’étudier les MuSC et les FAP, un inconvénient est que la plupart de ces protocoles nécessitent l’isolement des MuSC à partir d’un pool de tissus musculaires différents. Des travaux récents de notre part et d’autres ont révélé des différences dans le phénotype cellulaire et les niveaux d’expression génique entre les MuSC isolés de différents tissus22,23. Les MuSC du diaphragme, des triceps et des graciles montrent une activation plus rapide que les MuSC des muscles inférieurs des membres postérieurs22, tandis que les MuSC du muscle extraoculaire montrent une différenciation plus rapide que les MuSC du diaphragme et des muscles inférieurs des membres postérieurs23.
Ce protocole décrit l’isolement des MuSC et des FAP des muscles squelettiques individuels (Figure 1). Cela comprend la dissection du diaphragme, triceps, gracilis, tibial antérieur (TA), soléaire, extenseur digitorum longus (EDL), gastrocnémien (GA) et masséters. Les muscles disséqués sont ensuite dissociés par digestion enzymatique à l’aide de collagénase II (une protéase qui cible spécifiquement la séquence aminée Pro-X-Gly-Pro dans le collagène, permettant la dégradation du tissu conjonctif et de la dissociation tissulaire24) et de la dispase (une protéase qui clive la fibronectine et le collagène IV, permettant une dissociation cellulaire supplémentaire25). Les MuSC et les FAP sont isolés des suspensions unicellulaires par FACS. À titre d’exemples de tests en aval pour l’analyse cellulaire, l’activation des cellules souches est déterminée par dosage de l’incorporation de la 5-éthynyl-2′-désoxyuridine (EdU), tandis que la pureté cellulaire est déterminée par coloration par immunofluorescence pour les marqueurs spécifiques du type cellulaire Pax7 et PDGFRa.
Protocol
Representative Results
Discussion
Plusieurs étapes sont essentielles dans l’exécution de ce protocole pour obtenir de bons rendements. Les muscles individuels ont un petit volume par rapport à la quantité de muscle utilisée dans les protocoles d’isolement en vrac. Il en résulte un risque de dessèchement musculaire pendant la dissection, ce qui réduit le rendement. Pour éviter cela, il est important d’ajouter du milieu aux muscles immédiatement après la dissection. De plus, si la dissection prend plus de temps, la peau peut être retirée…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Le tri cellulaire a été effectué au centre FACS de l’Université d’Aarhus (Danemark). Les figures ont été créées à l’aide de Biorender.com. Nous remercions le Dr J. Farup d’avoir partagé l’anticorps anti-PDGFRa du lapin. Ce travail a été soutenu par une subvention de démarrage AUFF à E.P. et des subventions Start Package de NovoNordiskFonden à E.P. (0071113) et à A.D.M. (0071116).
Materials
| 1.5 mL tube( PCR performance tested, PP, 30,000 xg, DNA/DNase-/RNase-free, Low DNA binding, Sterile ) | Sarstedt AG & Co. KG, Hounisen Laboratorieudstyr A/S | 72.706.700 | 1.5 mL tube |
| 15 mL tube (PP/HD-PE, 20,000 xg, IVD/CE, IATA, DNA/DNase-/RNase-free, Non-cytotoxic, pyrogen free, Sterile) | Sarstedt AG & Co. KG, Hounisen Laboratorieudstyr A/S | 62.554.502 | 15 mL tube |
| 5 mL polystyrene round-bottom tube | Falcon, Fisher Scientific | 352054 | FACS tube without strainer cap |
| 5 mL polystyrene Round-bottom tube with cell-strainer cap | Falcon, Fisher Scientific | 352235 | FACS tube with strainer cap |
| 5 mL tube (PP, non sterile autoclavable) | VWR collection | 525.0946 | 5 mL tube |
| 50 mL tube( PP/HD-PE, 20,000 xg, IVD/CE, ADR, DNA/DNase-/RNase-free, non-cytotoxic, pyrogen free, Sterile) | Sarstedt AG & Co. KG, Hounisen Laboratorieudstyr A/S | 62.547.254 | 50 mL tube |
| Alexa Fluor 555 Donkey anti-rabbit IgG (H+L) | Invitrogen, Thermo Fisher | Lot: 2387458 (Cat # A31572) | |
| Alexa Fluor 647 donkey-anti mouse IgG (H+L) | Invitrogen, Thermo Fisher | Lot: 2420713 (Cat#A31571) | |
| ARIA 3 | BD | FACS, Core facility Aarhus University | |
| Centrifuge 5810 | eppendorf | EP022628188 | Centrifuge |
| Click-iT EdU Cell Proliferation Kit for Imaging, Alexa Fluor 488 dye | Invitrogen, Thermo Fisher | Lot: 2387287 (Cat# C10337) | Cell Proliferation Kit |
| Collagen from calf-skin | Bioreagent, Sigma Aldrich | Source: SLCK6209 (Cat# C8919) | |
| Collagenase type II | Worthington, Fisher Scientific | Lot: 40H20248 (cat# L5004177 ) | Collagenase |
| Dispase | Gibco, Fisher Scientific | Lot: 2309415 (cat# 17105-041 ) | Dispase |
| Donkey serum (non-sterile) | Sigma Aldrich, Merck | Lot: 2826455 (Cat# S30-100mL) | |
| Dumont nr. 5, 110 mm | Dumont, Hounisen Laboratorieudstyr A/S | 1606.327 | Straight forceps with fine tips |
| Dumont nr. 7, 115 mm | Dumont, Hounisen Laboratorieudstyr A/S | 1606.335 | Curved forceps |
| F-10 Nutrient mixture (Ham) (1x), +L-glutamine | Gibco, Fisher Scientific | Lot. 2453614 (cat# 31550-023) | |
| FITC anti-mouse CD31 | BioLegend, NordicBioSite | MEC13.3 (Cat # 102506) | |
| FITC Anti-mouse CD45 | BioLegend, NordicBioSite | 30-F11 (Cat# 103108) | |
| Glacial acetic acid (100%) | EMSURE, Merck | K44104563 9Cat # 1000631000) | |
| Head over head mini-tube rotator | Fisher Scientific | 15534080 (Model no. 88861052) | Head over head mini-tube rotator |
| Horse serum | Gibco, Fisher Scientific | Lot. 2482639 (cat# 10368902 ) | |
| Isotemp SWB 15 | FisherBrand, Fisher Scientific | 15325887 | Shaking water bath |
| MS2 mini-shaker | IKA | Vortex unit | |
| Needle 20 G (0.9 mm x 25 mm) | BD microlance, Fisher Scientific | 304827 | 20G needle |
| Neutral formalin buffer 10% | CellPath, Hounisen Laboratorieudstyr A/S | Lot: 03822014 (Cat # HOU/1000.1002) | |
| Non-pyrogenic cell strainer (40 µM) | Sarstedt AG & Co. KG, Hounisen Laboratorieudstyr A/S | 83.3945.040 | Cell strainer |
| Pacific Blue anti-mouse Ly-6A/E (Sca-1) | BioLegend, NordicBioSite | D7 (Cat# 108120) | |
| Pax7 primary antibody | DSHB | Lot: 2/3/22-282ug/mL (Cat# AB 528428) | |
| PBS 10x powder concentrate | Fisher BioReagents, Fisher Scientific | BP665-1 | |
| PE/Cy7 anti-mouse CD106 (VCAM1) | BioLegend, NordicBioSite | 429 (MVCAM.A) (Cat # 105720) | |
| Pen/strep | Gibco, Fisher Scientific | Lot. 163589 (cat# 11548876 ) | |
| Pipette tips p10 | Art tips, self sealing barrier, Thermo Scientific | 2140-05 | Low retention, pre-sterilized, filter tips |
| Pipette tips p1000 | Art tips, self sealing barrier, Thermo Scientific | 2279-05 | Low retention, pre-sterilized, filter tips |
| Pipette tips p20 | Art tips, self sealing barrier, Thermo Scientific | 2149P-05 | Low retention, pre-sterilized, filter tips |
| Pipette tips p200 | Art tips, self sealing barrier, Thermo Scientific | 2069-05 | Low retention, pre-sterilized, filter tips |
| Protective underpad | Abena | ACTC-7712 | 60 x 40cm, 8 layers |
| Rainin, pipet-lite XLS | Mettler Toledo, Thermo Scientific | 2140-05, 2149P-05, 2279-05, 2069-05 | Pipettes (P10, P20, P200, P1000) |
| Recombinant anti-PDGFR-alpha | RabMAb, abcam | AB134123 | |
| Scalpel (shaft no. 3) | Hounisen, Hounisen Laboratorieudstyr A/S | 1902.502 | Scalpel |
| Scalpel blade no. 11 | Heinz Herenz, Hounisen Laboratorieudstyr A/S | 1902.0911 | Scalpel |
| Scanlaf mars | Labogene | class 2 cabinet: Mars | Flow bench |
| ScanR | Olympus | Microscope, Core facility Aarhus University | |
| Scissors | FST | 14568-09 | |
| Series 8000 DH | Thermo Scientific | 3540-MAR | Incubator |
| Serological pipette 10 mL | VWR | 612-3700 | Sterile, non-pyrogenic |
| Serological pipette 5 mL | VWR, Avantor delivered by VWR | 612-3702 | Sterile, non-pyrogenic |
| Syringe 5 mL, Luer tip (6%), sterile | BD Emerald, Fisher Scientific | 307731 | Syringe |
| TC Dish 100, standard | Sarstedt AG & Co. KG, Hounisen Laboratorieudstyr A/S | 83.3902 | Petri dish |
| Tissue Culture (TC)-treated surface, black polystyrene, flat bottom, sterile, lid, pack of 20 | Corning, Sigma Aldrich | 3764 | 96-well Half bottom plate |
| Triton X-100 | Sigma Aldrich, Merck | Source: SLCJ6163 (Cat # T8787) |
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