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我々は、成体マウスの6つの筋肉から異なる長さとタイプの酵素的に解離した線維を得るためのプロトコルを記述する:そのうちの3つ(屈筋指筋ブレビス、長指伸筋、ヒラメ筋)と3つは初めて正常に解離した(長反母腓骨伸筋、長腓骨筋、指腓骨筋)。
マウスの筋肉を酵素解離させて得られた骨格筋線維は、生理学的実験に有用なモデルです。しかし、ほとんどの論文は指屈筋(FDB)の短線維を扱っており、線維の種類を扱う結果の範囲を制限し、利用可能な生物学的物質の量を制限し、細胞の生理学的現象と他の筋肉で得られた以前の生化学的および力学的知識との明確なつながりを妨げています。
この論文では、繊維の種類と長さの異なる6つの筋肉から無傷の繊維を得る方法について説明します。C57BL/6成体マウスを用いて、筋肉解剖と線維分離のプロトコルを示し、Ca2+ 一過性研究とその形態特性評価に対する線維の適合性を実証しました。筋肉の繊維タイプの組成も提示されます。解離すると、すべての筋肉は無傷になり、24時間以上活発に収縮する生きた線維が形成され、FDBは短(<1mm)、指腓骨筋(PDQA)および長腓骨筋(PL)は中間(1-3mm)を与え、長指伸筋(EDL)、長母趾伸筋(EHL)、およびヒラメ筋は長い(3-6mm)線維を放出した。
高速色素Mag-Fluo-4で記録したところ、PDQA、PL、およびEHLファイバーのCa2+ トランジェントは、IIX型およびIIB型ファイバーに対応することが知られている形態タイプII(MT-II)を連想させる高速で狭い速度論を示しました。これは、これらの筋肉がFDB(~80%)やヒラメ筋(~65%)と比較して、II型線維の90%以上を持っているという事実と一致しています。FDBを超えて、1〜6mmの長さの範囲にわたる繊維をレンダリングするいくつかの筋肉の解離を初めて実証しました。これらの線維は生存可能であり、高速のCa2+ トランジェントを与え、MT-IIが筋肉源に関係なくIIXおよびIIB高速線維に一般化できることを示しています。これらの結果により、成熟した骨格筋研究のためのモデルの利用可能性が高まります。
哺乳類の成熟した骨格筋は多機能組織です。それは代謝を高度に調節し、熱産生の主な源であり、その動的特性はそれに呼吸、体節の移動、またはある点から別の点への変位に重要な役割を果たします1,2,3。骨格筋は、ミオパチー、ジストロフィー、サルコペニアなどの遺伝性および慢性疾患、および心血管代謝性疾患などの多くの非筋肉慢性疾患を含む多くの疾患の病態生理にも関連しています3,4,5,6,7,8。
健康と病気の文脈における成熟した骨格筋の構造的および機能的特性のex vivo研究は、主に2つの実験モデル、つまり全筋肉と孤立した繊維によって可能になりました。20世紀には、研究者は、運動単位、繊維の種類、および収縮と弛緩の力と動力学などの動的特性について学ぶために、さまざまな小さな種の無傷の長指伸筋(EDL)、ヒラメ筋、前脛骨筋、および腓腹筋全体の特性を利用して、運動単位、繊維の種類、および収縮と弛緩の力と動力学などの動的特性について学びました9,10,11,12,13,14,15、16.しかし、より洗練された細胞生物学研究の出現により、この分野は単一の筋線維の研究へと移行しました。その後、先駆的な研究により、ラットの無傷の指屈筋(FDB)線維を酵素解離によって単離し、その後の特性評価に役立てることが可能になりました17,18,19。FDB繊維は、手作業による解剖20によっても得ることができるが、マウスの筋肉の酵素的解離の容易さと高スループットは、様々な実験的アプローチへの適合性に加えて、後者のモデルを過去20年間に広く使用してきた。
短いFDB繊維は、電気生理学的およびその他の生物物理学的研究、生化学的、代謝的、および薬理学的分析、電子および蛍光顕微鏡実験、細胞生物学アプローチのためのトランスフェクション、または筋形成研究における幹細胞の供給源として適しています5,21,22,23,24,25,26,27,28、29、30、31、32。しかし、筋肉実験でFDB線維のみを使用すると、線維の種類を扱う研究の範囲が狭くなり、一部の方法論的手法や1匹の動物からより多くの情報を得るために利用できる生物学的物質の量が制限されます。これらの制限は、細胞生理学的現象と、異なる全身の無傷の筋肉(EDL、ヒラメ筋、ペロネイなど)で行われた以前の生化学的および動的研究との明確な相関関係を妨げます。
これらの限界を克服し、いくつかのグループは、より長いEDLとヒラメ筋24,33,34,35,36,37,38,39,40を解離することに成功し、他の関連する筋肉にこの方法をさらに拡張するための扉を開きました。しかし、EDLとヒラメ筋繊維の使用はまだ少なく、おそらくそれらを無傷の繊維として得るための方法論的な詳細が不足しているためです。ここでは、6つの筋肉から長さと種類の異なる線維を分離する方法を詳細に説明します:すでに説明した3つの筋肉(FDB、EDL、およびヒラメ筋)と、初めて解離に成功した3つの筋肉(長母腓骨伸筋[EHL]、長腓骨筋[PL]、および指腓骨筋[PDQA])。本研究の結果は、酵素的に解離した線維のモデルが幅広い研究に適しており、以前に発表されたデータとの将来の相関関係があることを裏付けており、したがって、成熟した骨格筋研究のためのモデルの利用可能性を高めます。
すべての手順は、コロンビア政府が発行した1989年の法律84および1993年の決議8430に従って、アンティオキア大学(UdeA)の動物実験倫理委員会(2016年6月21日の議事録104、および2021年4月15日の005)によって承認され、動物実験に準拠して実行および報告されました。 In Vivo Experiments (ARRIVE) ガイドラインの報告41.ここで紹介するすべての結果は、健康な7-13週齢、20-26g、C57BL/6雄マウスからのものです。図1は、この研究の一般的なデザインと手順の順序を示しています。すべての試薬、材料、および機器の詳細は、材料表に記載されています。
1.動物
2.解剖
3.筋線維分離プロトコル
4. 実験手順
注:単離されたファイバーは、筋質Ca2+ 濃度の推定、形態測定、およびミオシン重鎖(MHC)発現の研究に使用されました。
5. 統計分析とグラフ作成
注:実験ユニットは筋線維です。
けいれん中の筋質Ca2+ 濃度
解離した線維のセットにおける生理学的実験の実現可能性を実証し、励起収縮カップリング(ECC)と線維タイプに関する以前の知見を拡張するために、すべての筋肉の線維でCa2+トランジェントを取得しました。まず、FDB(n=5)およびEDL(n=7)は、形態タイプII(MT-II)として知られるCa2+速度論を示した。これらは高速でスパイク状の信号...
成熟した骨格筋生物学の研究に利用できるモデルを補完するために、ここでは、短繊維、中線維、長線維を持つさまざまなマウスの筋肉の酵素解離の成功を実証します。これらの繊維は、骨格筋におけるCa2+ トランジェントのMT-II動態の一般化可能性の実証を可能にする。また、インタクト中の繊維の種類は、筋肉全体を分類した。FDBが生理学的実験に最も使用される筋肉であること?...
著者らは、利益相反がないことを宣言します。
著者らは、動物と写真の助けをしてくれたUdeAのRobinson Ramírez教授と、技術サポートをしてくれたCarolina Palaciosに感謝の意を表します。KaikaのJohan Pinedaは、カラーカメラと蛍光カメラのセットアップを手伝ってくれました。クイーンズランド大学のShyuan Ngoさんが原稿の校正をしてくれました。この研究は、CODI-UdeA(2021年2月22日から2020-34909、2022年3月31日から2021-40170、SIU)およびコロンビアのメデジンにあるPlanning Office-UdeA(E01708-KおよびES03180101)からJCCに資金提供されました。資金提供者は、データの収集と分析、原稿の執筆または提出には参加しませんでした。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Reagents | |||
Absolute ethanol | Sigma Aldrich | 32221 | |
Acetone | Merck | 179124 | |
Acrylamide | Gibco BRL | 15512-015 | |
Ammonium persulfate | Panreac | 141138.1610 | |
Anti myosin I antibody | Sigma Aldrich | M4276 | Primary antibody |
Anti myosin II antibody | Sigma Aldrich | M8421 | Primary antibody |
Anti myosin IIA antibody | American Type Culture Collection | SC-71 | Primary antibody. Derived from HB-277 hybridoma |
Anti myosin IIB antibody | Developmental Studies Hybridoma Bank | BF-F3-c | Primary antibody |
Bis-acrylamide | AMRESCO | 0172 | |
Bovine serum albumin | Thermo Scientific | B14 | |
Bradford reagent | Merck | 1.10306.0500 | |
Bromophenol blue | Carlo Erba | 428658 | |
Calcium carbonate | Merck | 102066 | |
Calcium dichloride (CaCl2) | Merck | 2389 | |
Chloroform | Sigma Aldrich | 319988 | |
Collagenase type 2 | Worthington | CLS-2/LS004176 | |
Consul-Mount | Thermo Scientific | 9990440 | |
Coomassie Brilliant blue R 250 | Merck | 112553 | |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma Aldrich | D2650 | |
Dithiothreitol (DTT) | AMRESCO | 0281 | |
Edetic acid (EDTA | AMRESCO | 0322 | |
Eosin Y | Sigma Aldrich | E4009 | |
Glycerol | Panreac | 1423291211 | |
Glycine | Panreac | 151340.1067 | |
Goat serum | Sigma Aldrich | G9023 | |
Hematoxylin | Thermo Scientific | 6765015 | |
HEPES | AMRESCO | 0511 | |
Hoechst 33258 | Sigma Aldrich | 861405 | |
Imidazole | AMRESCO | M136 | |
Isopentane | Sigma Aldrich | M32631 | |
Laminin | Sigma Aldrich | L2020 | |
Mag-Fluo-4, AM | Invitrogen | M14206 | Prepared only in DMSO. Pluronic acid is not required and should not be used to avoid fiber deterioration. |
Mercaptoethanol | Applichem | A11080100 | |
Methanol | Protokimica | MP10043 | |
Mice | Several | Several | For this manuscript, we only used C57BL/6 mice. However, some preliminary results have shown that the protocol works well for Swiss Webster mice of the same age and weight. |
Mowiol 4-88 | Sigma Aldrich | 81381 | |
N,N,N',N'-tetramethylethane-1,2-diamine (TEMED) | Promega | V3161 | |
N-benzyl-p-toluene sulphonamide (BTS) | Tocris | 1870 | |
Optimal cutting compound (OCT) | Thermo Scientific | 6769006 | |
Secondary antibody | Thermo Scientific | A-11001 | Goat anti-mouse IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 |
Sodium dodecil sulfate | Panreac | 1323631209 | |
TRIS 0.5 M, pH 6.8 | AMRESCO | J832 | |
Tris(Hydroxymethyl)aminomethane | AMRESCO | M151 | |
Triton X-100 | AMRESCO | M143 | |
Materials | |||
Dissection chamber | Custom-made | ||
Charged slides | Erie Scientific | 5951PLUS | |
Experimental bath chamber | Warner Instruments | RC-27NE2 | Narrow Bath Chamber with Field Stimulation, ensembled on a heated platform PH-6 |
Fine forceps | World Precision Instruments | 500338, 500230 | |
Fine scissors | World Precision Instruments | Vannas Scissors 501778 | |
Glass Pasteur pipettes | Several | Fire-polished tips | |
Glass vials with cap | Several | 2-3 mL volumen | |
Operating scissors | World Precision Instruments | 501223-G | |
Equipment | |||
Centrifuge | Thermo Scientific | SL 8R | |
Confocal microscope | Olympus | FV1000 | |
Cryostat | Leica | CM1850 | |
Digital camera | Zeiss | Erc 5s and Axio 305 | Axio 305, coupled to the Stemi 508 stereoscope, was used to take pictures during dissection; while Erc 5s or Axio 208, coupled to the Axio Observer A1 microscope, were used to take images of the isolated fibers and the immunofluorescence assays |
Digitizer | Molecular Devices | 1550A Digidata | |
Electrophoresis chamber | Bio Rad | Mini-Protean IV | |
Inverted microscope coupled to fluorescence | Zeiss | Axio Observer A1 | Coupled to an appropriate light source, filters and objectives for fluorescence |
Photomultiplier | Horiba | R928 tube, Hamamatsu, in a D104 photometer, Horiba | Coupled to the lateral port of the fluorescence microscope |
Stereoscope | Zeiss | Stemi 508 | |
Stimulator | Grass Instruments | S6 | |
Water bath | Memmert | WNE-22 | |
Xilol | Sigma Aldrich | 808691 | |
Software | |||
Free software for electrophoreses analyses | University of Kentucky | GelBandFitter v1.7 | http://www.gelbandfitter.org |
Free software for image analysis and morphometry | National Institutes of Health | ImageJ v1.54 | https://imagej.nih.gov/ij/index.html |
Licensed software for Ca2+ signals acquisition and analyses | Molecular Devices | pCLAMP v10.05 | https://www.moleculardevices.com |
Licensed software for statistical analyses and graphing | OriginLab | OriginPro 2019 | https://www.originlab.com/ |
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