Этот протокол описывает выделение мышечных стволовых клеток и фиброзно-адипогенных предшественников из отдельных скелетных мышц у мышей. Протокол включает в себя рассечение одной мышцы, выделение стволовых клеток путем сортировки клеток, активированных флуоресценцией, оценку чистоты путем иммунофлуоресцентного окрашивания и количественное измерение входа в S-фазу с помощью анализа включения 5-этинил-2′-дезоксиуридина.
Скелетные мышцы содержат различные популяции взрослых стволовых клеток, которые способствуют гомеостазу и восстановлению ткани. Стволовые клетки скелетных мышц (MuSC) обладают способностью создавать новые мышцы, тогда как фиброзно-адипогенные предшественники (FAP) вносят свой вклад в стромальные поддерживающие ткани и обладают способностью создавать фибробласты и адипоциты. Как MuSC, так и FAP находятся в состоянии длительного обратимого выхода из клеточного цикла, называемого покоем. Состояние покоя является ключом к их функции. Спокойные стволовые клетки обычно очищаются от нескольких мышечных тканей, объединенных вместе в одном образце. Однако недавние исследования выявили явные различия в молекулярных профилях и глубине покоя MuSC, выделенных из разных мышц. В настоящем протоколе описывается выделение и изучение MuSC и FAP из отдельных скелетных мышц и представлены стратегии проведения молекулярного анализа активации стволовых клеток. В нем подробно описывается, как изолировать и переваривать мышцы различного происхождения развития, толщины и функций, такие как диафрагма, трицепс, грацилис, передняя большеберцовая кость (TA), икроножная мышца (GA), камбаловидная мышца, длинный разгибатель пальцев (EDL) и жевательные мышцы. MuSC и FAP очищают с помощью флуоресцентно-активированной сортировки клеток (FACS) и анализируют с помощью иммунофлуоресцентного окрашивания и анализа включения 5-этинил-2′-дезоксиуридина (EdU).
Скелетные мышцы обладают высокой способностью к регенерации благодаря наличию мышечных стволовых клеток (MuSC). MuSC расположены на миофибрах, под базальной пластинкой, и находятся в состоянии покоя с длительным обратимым выходомиз клеточного цикла 1,2,3,4. При повреждении MuSC активируются и вступают в клеточный цикл, образуя амплифицирующие предшественники, которые могут дифференцироваться и сливаться с образованием новых миоволокон 2,5. Предыдущая работа показала, что MuSC абсолютно необходимы для регенерации мышц 6,7,8. Более того, один MuSC может приживаться и генерировать как новые стволовые клетки, так и новые миоволокна9. Скелетные мышцы также содержат популяцию мезенхимальных стромальных клеток, называемых фиброадипогенными предшественниками (FAP), которые играют решающую роль в поддержке функции MuSC во время регенерации мышц 6,10,11,12.
Из-за их способности координировать регенерацию мышц существует огромный интерес к пониманию того, как работают MuSC и FAP. Покоившиеся MuSC отмечены экспрессией транскрипционных факторов Pax7 и Sprouty1, а также рецептора кальцитонина белка клеточной поверхности, тогда как покоящиеся FAP отмечены рецептором альфа-фактора роста, полученным из тромбоцитов белка клеточной поверхности (PDGFRa)10,12,13,14,15. Предыдущие исследования показали, что MuSC и FAP могут быть очищены от скелетных мышц с использованием маркеров клеточной поверхности и флуоресцентно-активированной сортировки клеток (FACS)9,15,16,17,18,19,20,21. Несмотря на то, что эти протоколы значительно расширили возможности изучения MuSC и FAP, одним из недостатков является то, что большинство этих протоколов требуют выделения MuSC из пула различных мышечных тканей. Недавняя работа, проведенная нами и другими, выявила различия в фенотипе клеток и уровнях экспрессии генов между MuSC, выделенными из разных тканей22,23. MuSC диафрагмы, трицепса и грацилиса демонстрируют более быструю активацию, чем MuSC из мышц нижних задних конечностей 22, в то время как MuSC из экстраокулярной мышцы демонстрируют более быструю дифференцировку, чем MuSC из мышц диафрагмы и нижних мышцзадних конечностей23.
Этот протокол описывает выделение MuSC и FAP из отдельных скелетных мышц (рис. 1). Это включает в себя рассечение диафрагмы, трицепса, грацилиса, передней большеберцовой кости (ТА), камбаловидной мышцы, длинного разгибателя пальцев (EDL), икроножной мышцы (GA) и жевательных мышц. Рассеченные мышцы впоследствии диссоциируют путем ферментативного расщепления с использованием коллагеназы II (протеаза, которая специфически нацелена на аминокислотную последовательность Pro-X-Gly-Pro в коллагене, обеспечивая деградацию соединительной ткани и диссоциациютканей 24) и диспазу (протеаза, которая расщепляет фибронектин и коллаген IV, обеспечивая дальнейшую диссоциациюклеток 25). MuSC и FAP выделяются из одноклеточных суспензий с помощью FACS. В качестве примеров последующих анализов для клеточного анализа активация стволовых клеток определяется путем анализа включения 5-этинил-2′-дезоксиуридина (EdU), в то время как чистота клеток определяется иммунофлуоресцентным окрашиванием для специфических маркеров клеточного типа Pax7 и PDGFRa.
Несколько шагов являются ключевыми в выполнении этого протокола для достижения хороших урожаев. Отдельные мышцы имеют небольшой объем по сравнению с количеством мышц, используемых в протоколах объемной изоляции. Это приводит к риску высыхания мышц во время рассечения, что снижает уро…
The authors have nothing to disclose.
Сортировка клеток проводилась на базовом объекте FACS, Орхусский университет, Дания. Фигуры были созданы с помощью Biorender.com. Мы благодарим доктора J. Farup за то, что он поделился антителом кролика против PDGFRa. Эта работа была поддержана стартовым грантом AUFF для E.P. и грантами Start Package от NovoNordiskFonden для E.P. (0071113) и A.D.M. (0071116).
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) |