Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Все больше доказательств указывает на то, что чрезмерная инфильтрация липидов внутри скелетных мышц приводит к липотоксичности и диабету. Здесь мы представляем полный протокол, включая обработку тканей, окрашивание с помощью Bodipy, получение изображений и анализ, для количественной оценки размера, плотности и субклеточного распределения липидных капель специфическим для типа волокна способом.
Липидная инфильтрация скелетных мышц, известная как миостеатоз, увеличивается с ожирением и старением. Миостеатоз также недавно был обнаружен как негативный прогностический фактор для нескольких других расстройств, таких как сердечно-сосудистые заболевания и рак. Чрезмерная липидная инфильтрация уменьшает мышечную массу и силу. Это также приводит к липотоксичности и резистентности к инсулину в зависимости от общего внутримиоцеллюлярного содержания липидов, морфологии липидных капель (LD) и субклеточного распределения. Тип волокна (окислительный против гликолитического) также важен, поскольку окислительные волокна обладают большей способностью использовать липиды. Из-за их решающего значения в патофизиологии необходимы углубленные исследования динамики и функционирования ЛД в зависимости от типа волокна.
Здесь представлен полный протокол для количественной оценки внутримиоцеллевого содержания липидов и анализа морфологии LD и субклеточного распределения специфическим для типа волокна способом. С этой целью серийные мышечные криосекции окрашивали флуоресцентным красителем Бодипи и антителами против изоформ тяжелой цепи миозина. Этот протокол позволяет одновременно обрабатывать различные мышцы, экономя время и избегая возможных артефактов, а благодаря персонализированному макросу, созданному на Фиджи, также возможна автоматизация анализа LD.
Липидная инфильтрация скелетных мышц, известная как миостеатоз, увеличивается с ожирением и старением. Миостеатоз отрицательно коррелирует с мышечной массой и силой, а также с чувствительностью к инсулину1. Более того, недавние исследования показывают, что степень миостеатоза может быть использована в качестве прогностического фактора для других состояний, таких как сердечно-сосудистые заболевания2, неалкогольная жировая болезнь печени3 или рак4. Липиды могут накапливаться в скелетных мышцах между мышечными волокнами в виде экстрамиоклеточных липидов или внутри волокон, как внутримиоклеточные липиды (IMCL). ИМКЛ преимущественно хранятся в виде триглицеридов в липидных каплях (ЛД), которые используются в качестве метаболического топлива во время физических упражнений 5,6. Однако, когда предложение липидов превышает спрос или когда митохондрии становятся дисфункциональными, ИМКЛ будут вовлечены в резистентность мышц к инсулину, как это видно у метаболически нездоровых, тучных людей и у пациентов с диабетом 2 типа7. Интересно, что спортсмены на выносливость имеют аналогичные, если не более высокие, уровни ИМКЛ с теми, которые встречаются у пациентов с ожирением с сахарным диабетом 2 типа, сохраняя при этом высокую чувствительность к инсулину. Это явление описывается как «парадокс спортсмена»8,9 и объясняется более тонкой оценкой мышечных ЛД, связанной с их размером, плотностью, локализацией, динамикой и липидным видовым составом.
Во-первых, размер LD обратно коррелирует с чувствительностью к инсулину и физической подготовкой10,11. Фактически, меньшие ЛД демонстрируют относительно большую площадь поверхности для действия липазы и, таким образом, потенциально обладают большей способностью мобилизовать липиды12. Во-вторых, плотность LD (количество/поверхность) играет спорную роль в действии инсулина 8,10; тем не менее, похоже, что он увеличивается у спортсменов. В-третьих, важна субклеточная локализация ЛД, так как ЛД, расположенные чуть ниже поверхностной мембраны (субсарколеммальной или периферической), оказывают более вредное воздействие на чувствительность к инсулину, чем центральные 8,9,13. Последние обеспечивают топливо для центральных митохондрий, которые обладают большей дыхательной активностью и более специализированы для удовлетворения высокой потребности в энергии, необходимой для сокращения14. Напротив, периферические ЛД поставляют субсарколеммальные митохондрии, которые участвуют в мембранных процессах8. Наконец, помимо триглицеридов, специфические сложные липиды в мышцах могут быть более вредными, чем другие. Например, диацилглицерин, длинноцепочечный ацил-КоА и керамиды могут накапливаться в мышцах, когда скорость оборота триглицеридов низкая, тем самым ухудшая передачу сигналов инсулина 9,15. Возвращаясь к «парадоксу спортсмена», спортсмены на выносливость имеют большое количество меньших центральных ЛД с повышенными показателями оборота в волокнах типа I (окислительные), в то время как пациенты с ожирением и диабетом имеют более крупные периферические ЛД с низкими показателями оборота в волокнах типа II (гликолитические) 8,15,16. В дополнение к своей роли в хранении и высвобождении энергии, ЛД через производные жирные кислоты (FA) и белок оболочки (перилипин 5) также могут функционировать как критические игроки, участвующие в транскрипционной регуляции окисления FA и митохондриального биогенеза8. Из-за их решающего значения в физиологии и патофизиологии необходимы углубленные исследования динамики и функций ЛД.
Хотя существует несколько методов изучения ИМКЛ, не все они подходят для точной количественной оценки размера, плотности и распределения ЛД в зависимости от волокна. Например, оценка ИМКЛ с помощью магнитно-резонансной спектроскопии, будучи неинвазивной, предлагает уровень разрешения, который недостаточен для изучения размера и точного расположения ЛД в волокне, и он не является специфическим для типа волокна17,18. Аналогичным образом, биохимические методы, выполняемые на гомогенатах19 целых мышц, не могут оценить местоположение и размер липидов. Следовательно, наиболее адекватным методом анализа морфологии и местоположения ЛД является количественная трансмиссионная электронная микроскопия13, но этот метод является дорогостоящим и трудоемким. Поэтому конфокальная флуоресцентная визуализация препаратов с красителями, такими как Oil Red O (ORO)20,21, монодансилпентан (MDH)22 или Bodipy 23,24,25, стала лучшим инструментом для этих исследований.
Здесь описан полный протокол, включая отбор и обработку тканей, окрашивание Бодипи и получение и анализ конфокальных изображений для количественной оценки размера, количества и локализации LD в криосекциях мышц мыши. Поскольку ИМКЛ неравномерно распределены между окислительными и гликолитическими волокнами, и каждый тип волокон регулирует динамику ЛД по-разному, исследование ИМКЛ должно быть специфичным для типа волокна 16,25,26,27. Поэтому этот протокол использует иммунофлуоресценцию на последовательных участках для идентификации изоформы (изоформ) тяжелой цепи миозина (MyHC), экспрессируемой каждым волокном. Еще одним преимуществом этого протокола является одновременная обработка гликолитической (extensor digitorum longus, EDL) и окислительной (камбаловидной) мышцы, расположенной бок о бок перед замораживанием (рисунок 1). Такая одновременная обработка не только экономит время, но и позволяет избежать изменчивости за счет раздельной обработки образцов.
Рисунок 1: Схематический обзор процедуры. После рассечения мышц (1) выбранные мышцы аналогичного размера подготавливаются и замораживаются вместе (2). Последовательные поперечные сечения 10 мкм получают с помощью криостата и непосредственно монтируют на адгезионные слайды (3). Из двух последовательных слайдов первый (4A) иммуномаркирован для ламинина и окрашен Бодипи для распознавания ЛД, а второй (4B) иммуно загрязнен антителами против MyHC для распознавания типов мышечных волокон. Изображения получены с помощью конфокального микроскопа для Бодипи (5А) и эпифлуоресцентного микроскопа для типов мышечных волокон (5В). Изображения анализируются на Фиджи путем применения порога и количественной оценки частиц (6A) для получения количества, среднего размера, плотности и процента от общей площади, занимаемой ЛД (7) или счетными ячейками (6B) для получения процента волокон каждого типа в разделе (7). Сокращения: ЛД = липидные капли; EDL = разгибатель digitorum longus; MyHC = изоформы тяжелой цепи миозина. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Все процедуры, проведенные на мышах, были одобрены Этическим комитетом по экспериментам на животных из медицинского сектора в Католическом университете Лувена (2019 / UCL / MD / 013).
1. Вскрытие и подготовка образцов к замораживанию
2. Замораживание образцов скелетных мышц для криосекции
ВНИМАНИЕ: Замораживание мышцы должно производиться под химическим капюшоном, с использованием соответствующих средств индивидуальной защиты (см. Таблицу материалов).
3. Криосечение
4. Типирование волокон и окрашивание Bodipy
5. Получение изображений
ПРИМЕЧАНИЕ: После того, как протоколы окрашивания были завершены, важно немедленно приступить к получению изображения (в течение следующих 24 часов), не только чтобы избежать загрязнения, но и сохранить морфологию, размер и количество ЛД.
6. Анализ изображений
Протокол, описанный в настоящем описании, обеспечивает эффективный способ для легкой количественной оценки ЛД типом волокна и субклеточным специфическим способом. Он показывает, как, замораживая вместе две мышцы одинакового размера, такие как EDL и камбала, время и ресурсы, затрачиваем?...
Протокол, подробно описанный здесь, описывает эффективный метод количественной оценки ЛД, помеченных Bodipy, на основе типа волокна и субклеточной основе. В последние годы классические липидные красители, такие как ORO или Sudan Black B, были заменены новым массивом клеточно-проницаемых, липофил...
У авторов нет конфликта интересов, о которых можно было бы заявить.
Эта работа была поддержана грантами Национального фонда научных исследований (FNRS-Crédit de Recherche J.0022.20) и Общества франкоязычных стран диабета (SFD-Roche Diabetes Care). C.M.S. является получателем стипендии Ph.D. от FRIA (FNRS). M.A.D.-L.d.C. получил стипендию от Международной программы передового опыта Валлония-Брюссель.
Авторы благодарят Элис Монье за ее вклад в разработку этого протокола и Кэролайн Бузин за ее опыт и техническую помощь в процессе получения изображений. Мы также благодарим платформу визуализации 2IP-IREC за доступ к криостату и микроскопам (2IP-IREC Imaging Platform, Институт экспериментальных и клинических исследований, Католический университет Лувена, 1200 Брюссель, Бельгия). Наконец, авторы хотели бы поблагодарить Николя Дюбюиссона, Ромена Верселя и Мишеля Абу-Самру за конструктивную критику рукописи. Некоторые из рисунков этой статьи были созданы с BioRender.com.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Equipment | |||
AxioCam 506 mono 6 Mpix camera | Zeiss | ||
AxioCam MRm 1.4MPix CCD camera | Zeiss | ||
Chemical hood | Potteau Labo | EN-14175 | |
Confocal microscope | Zeiss | LSM800 | |
Cork discs (ø 20 mm, 3 mm thick) | Electron Microscopy Sciences | 63305 | |
Cryo-Gloves | Tempshield | 16072252 | |
Cryostat | Thermo Scientific | Microm Cryo Star HM 560 | |
Dissecting Stereo Microscope SMZ745 | Nikon | ||
Dry Ice | |||
Dumont Forceps | F.S.T | 11295-10 | |
Epifluorescence microscope | Zeiss | AxioImage-Apotome Z1 | |
Extra Fine Bonn Scissors | F.S.T | 14084-08 | |
FisherBrand Disposable Base Molds (0.7 x 0.7 cm) | ThermoFisher | 22-363-552 | Used to cut a piece to hold the muscle on the cork for freezing |
Glass petri dish (H 25 mm, ø 150 mm) | BRAND Petri dish, MERK | BR455751 | Used to place the muscles on ice during dissection |
ImmEdge Hydrophobic barrier PAP Pen | Vector Labs | H-4000 | Used to create an hidrophobic barrier around the muscle sections |
Incubator | MMM Medcenter | Incucell 707 | |
Microscope Cover Glasses (24x50 mm) | Assistent | 40990151 | |
Microscope Slide Boxes | Kartell | 278 | Used as humid chambers for immunohistochemistry |
Neck holder | Linie zwo | SB-035X-02 | Used as strap to hold the stainless steel tumbler |
No 15 Sterile Carbon Steel Scalpel Blade | Swann-Morton | 0205 | |
Paint brushes | Van Bleiswijck | Amazon B07W7KJQ2X | Used to handle cryosections |
Permanent Marker Pen Black | Klinipath/VWR | 98307-R | Used to label slides |
Pierce Fixation Forceps | F.S.T | 18155-13 | |
Polystyrene Box | H 12 cm x L 25 cm x W 18 cm, used as a liquid nitrogen container and to transport the samples to the cryostat | ||
Scalpel Handle, 125 mm (5"), No. 3 | Aesculap | BB073R | |
Stainless Steel Cup 10oz | Eboxer | B07GFCBPFH | Tumbler to fill with isopentene for muscle freezing |
Superfrost Ultra Plus slides | ThermoFisher | J1800AMNZ | |
Surgical tweezers 1/2 teeth | Medische Vakhandel | 1303152 | Also called "Rat teeth tweezers" |
Vannas Spring Scissors - 3 mm Cutting Edge | F.S.T | 15000-00 | |
Weighing boats | VWR international | 611-2249 | |
Whole-Slide Scanner for Fluorescence | Zeiss | Axio Scan.Z1 | |
Reagents | |||
Alexa Fluor 405 Goat Anti-Mouse IgG2b | Sigma-Aldrich | SAB4600477 | Used at a final concentration of 1:500 |
Alexa Fluor 488 Goat Anti-Mouse IgG1 | ThermoFisher | A-21121 | Used at a final concentration of 1:500 |
Alexa Fluor 568 Goat Anti-Mouse IgM | Abcam | ab175702 | Used at a final concentration of 1:1,000 |
Alexa Fluor 647 goat anti rat-IgG (H+L) secondary antibody | ThermoFisher | A-21247 | Used at a final concentration of 1:500 |
BODIPY-493/503 (4,4-difluoro-1,3,5,7,8-pentametil-4-bora-3a,4a-diaza-s-indaceno) | ThermoFisher | D3922 | Used at a final concentration of 1 µg/mL |
BODIPY-558/568 C12 (4,4-Difluoro-5-(2-Thienyl)-4-Bora-3a,4a-Diaza-s-Indacene-3-Dodecanoic Acid) | ThermoFisher | D3835 | Used at a final concentration of 1 µg/mL |
DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole) | ThermoFisher | D1306 | Used at a final concentration of 0.5 µg/mL |
Dimethyl Sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | D-8418 | Used to solve Bodipy for the 1 mg/mL stock solution. CAUTION: Toxic and flammable. Vapors may cause irritation. Manipulate in a fume hood. Avoid direct contact with skin. Wear rubber gloves, protective eye goggles. |
Formaldehyde solution 4%, buffered, pH 6.9 | Sigma-Aldrich | 1004969011 | CAUTION: May cause an allergic skin reaction. Suspected of causing genetic defects. May cause cancer. Manipulate in a fume hood. Avoid direct contact with skin. Wear rubber gloves, protective eye goggles. |
Isopentane GPR RectaPur | VWR international | 24872.298 | CAUTION: Extremely flammable liquid and vapor. May be fatal if swallowed and enters airways. May cause drowsiness or dizziness. Repeated exposure may cause skin dryness or cracking. Wear protective gloves/protective clothing/eye protection/face protection. |
Liquid Nitrogen | CAUTION: Extremely cold. Wear gloves. Handle slowly to minimize boiling and splashing and in well ventilated areas. Use containers designed for low-temperature liquids. | ||
Mouse on mouse Blocking Reagent | Vector Labs | MKB-2213-1 | Used at concentration of 1:30 |
Myosin heavy chain Type I (BA-D5-s Primary Antibody) Gene: MYH7, monoclonal bovine anti mouse IgG2b | DSHB University of Iowa | BA-D5-supernatant | Used at a final concentration of 1:10 |
Myosin heavy chain Type IIA (SC-71-s Primary Antibody) Gene: MYH2, Monoclonal bovine anti mouse IgG1 | DSHB University of Iowa | SC-71-supernatant | Used at a final concentration of 1:10 |
Myosin heavy chain Type IIX (6H1-s Primary Antibody), Gene: MYH1, Monoclonal rabbit anti mouse IgM | Developmental Studies Hybridoma Bank, University of Iowa | 6H1-supernatant | Used at a final concentration of 1:5 |
Normal Goat Serum (NGS) | Vector Labs | S-1000 | |
PBS 0.1 M | Commonly used on histology laboratories | ||
ProLong Gold Antifade Mountant | Invitrogen | P36930 | |
Rat anti-Laminin-2 (α-2 Chain) primary antibody (monoclonal) | Sigma-Aldrich | L0663 | Used at a final concentration of 1:1,000 |
Tissue-Tek O.C.T compound | Sakura | 4583 | |
Software | |||
Adobe Illustrator CC | Adobe Inc. | Used to design the figures | |
Adobe Photoshop | Adobe Inc. | Confocal software | |
BioRender | https://biorender.com/ | Used to design the figures | |
Fiji/ImageJ | https://imagej.net/software/fiji/ | Used to analyse the acquired images | |
Microsoft PowerPoint | Microsoft | Used to reconstruct the histology of the whole muscle after scanning the fiber types | |
Zen Blue 2.6 | Zeiss | Used to reconstruct the histology of the whole muscle after scanning the fiber types |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены