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우리는 소화 완충제에서 순차적 조직 소화를 통해 쥐 심혼에서 내심 과 관상 관상 내피 세포의 격리를 위한 프로토콜을 제시하고, 재발하는 원심분리기 주기에서 세포 수집 및 반대로 쥐 CD31 마이크로비드를 사용하여 세포 정화.
내심 내피 세포 (EECs) 및 관상 동맥 내피 세포 (CECs)는 기원, 발달, 마커 및 기능에서 다르다는 것을 보여주었습니다. 따라서, 이 2개의 세포 인구는 심장 병에 있는 유일한 역할을 합니다. 고립 된 내피 세포를 관련 시키는 현재 연구 EIC와 CECs의 구성 된 세포 인구를 조사. 이 프로토콜은 세포 특이적 특성화를 위해 이 두 세포 집단을 독립적으로 격리하는 방법을 간략하게 설명합니다. 왼쪽 및 우심실 자유 벽의 수집에 따라, 외부 표면과 내부 표면에서 내피 세포는 소화 완충액을 사용하여 별도로 해방된다. 외부 표면과 내부 내피 층의 순차적 소화는 두 내피 세포 집단의 분리를 유지했다. EIC와 CEC의 분리된 격리는 각 모집단에 특정한 마커의 식별을 통해 더욱 검증됩니다. 마우스 심장에서 이전에 발표된 단세포 RNA 프로파일링을 기반으로, Npr3, Hapln1,및 Cdh11 유전자 발현은 EIC에 특이적; Fabp4, Mgll및 Cd36 유전자 발현은 CEC에 고유합니다. qPCR 데이터는 그들의 각각 견본에 있는 이 특성 마커의 풍부하게 한 표현을 밝혔습니다, 성공적인 EEC 및 CEC 격리를 나타내는, 세포 표현형의 유지보수, 추가 세포 특정 기능 분석을 가능하게 하.
본 문서는 쥐의 심장으로부터 내심 내피 세포(EECs) 및 관상동맥 내피 세포(CECs)의 해부 및 후속 격리에 대한 상세한 프로토콜(Gladka 등에서 수정)을 제공한다.1 이 세포 집단을 독립적으로 조사하는 기능은 잠재적인 치료 표적으로 봉사할 수 있는 심장병의 다양한 근본적인 세포 모형 특정 기계장치의 탐사를 가능하게 할 것입니다. 그러나 이러한 세포 집단의 수집을 위한 성공적인 방법은 아직 출판되지 않았습니다.
CECs는 심장 발달 및 질병,,1,2,2,3,,4,,5,6,7동안 의 기원, 마커 및 기능에 관한 EIC와 다릅니다. EIC는 심장중이도3의복부 표면에서 유래합니다. 그들은 VEGF 및 HIF 신호에 대한 응답으로 Flk1+ 전구 세포에서 발생하고 개발 심장의 세 가지 이산 영역의 가장 안쪽 층을 형성 : 심방, 심실, 부비동3,,6. 유전 계보 추적은 부비동 정맥의 다능성 내분비 세포가 정맥 세포를 유도한다는 것을 시사하며, 이는 상피성 층3을형성하기 위해 이동한다. 이어서, 상피성 층은 말초 심실 자유 벽3,,4를가로 질러 남아 있는 CEC를 포함하여 관상 동맥 및 정맥으로 분화한다. 내피 통로에 이 내피 통로는 VEGFC, ELA/APJ 및 SOX17 신호3,,4,,6,,8,,9에의해 통제됩니다. 심실 심간막은 알 수없는 메커니즘에 의해 심실 중격의 적은 CEC를 유도3. 이어서, EIC와 CECs 사이의 국부화된 분화는 이 두 세포 집단에 특이적인 마커에 의해 제안되며, 여기에는 Mgll, Fabp4, 및 CeCs에서의 Cd36 발현, 또는 ECs3,3,5,,10에서의 Npr3, Cdh11 및 Hapln1 발현을 포함한다.
EIC와 CEC는 심장 기능에서 서로 다른 역할을 합니다. 중간엽 전이, 판막 형성, 챔버 성숙, 유출 관 조절 및 내실 운하 개발에 대한 내분은 EECs6에우발적입니다. 대안적으로, CEC는 관상 동맥의 혈관 운동 톤 및 염증에 기여11. 기능의 이러한 차이는 질병 발달4,,12에서개별화된 역할을 초래한다. 예를 들어, 고장난 EECs가 선천성 판막 질환6,비다짐 심근6,방실 중격 효과6,내분부 섬유 아소증13,hypoplastic 좌심 성 심장 증후군13,심실 형성 부전증 13및 심장 비대12로이어질 수 있음을 시사합니다. 유사하게, 연구 결과는 이상한 CECs가 관상 동맥 질병14 및 혈전증11에기여한다는 것을 것을을 발견했습니다.
EECs와 CEC의 성공적인 격리는 연구 및 임상 설정 모두에서 이용될 수 있는 이 2개의 세포 집단의 포괄적인 지식을 달성하기 위하여 필요합니다. 이들 세포 집단의 성장 및 분화 인자를 결정하는 것은 유도된 만능 줄기 세포(iPSCs)로부터 내피 아류형의 분화를 위한 기준을 제공할 것이다. 또한, EIC 및 CECs의 개발, 조절 및 기능의 차이를 완전히 식별하는 것은 세포 유형별 방식으로 수많은 심장 질환을 담당하는 게놈 및 후성 유전체 인자를 이해하는 데 필수적입니다. 이 문서에서는 EECs 및 CECs의 성공적인 수집을 위한 단계를 독립적으로 간략하게 설명하고, 세포 유형 특정 마커의 유전자 발현 수준을 평가하여 분리의 증거를 제공합니다.
모든 동물 절차는 스탠포드 대학에서 실험실 동물 관리에 행정 패널에 의해 승인되었다 (APLAC31608) .
1. 버퍼준비
2. 하트 컬렉션
참고: 50-100 g의 무게의 6마리의 스프라그 도울리 쥐가 이 프로토콜에 사용되었습니다. 성별 차이는 관찰되지 않았습니다.
3. EEC 소화
4. CEC 소화
5. 셀 수집
6. EC 정렬
EEC 및 CEC 격리 과정은 그림 2에설명되어 있습니다. EIC및 CEC의 성공적인 격리는 범내피 세포 마커의 존재뿐만 아니라 두 아류형 집단에 구별되는 것을 평가함으로써 결정되었다. 예측된 바와 같이, qPCR은 ββ-액틴에비해, EECs는 CECs에 비해 내분체 마커 Npr3, Hapln1 및 Cdh11의 상부를 발현하였다(도3A). 마찬가지로, CECs는 EIC에 비해 관상 동맥 마커 Fabp4, Mgll및 Cd36의 높은 수준을 나타냈다(그림 3B). 추가적으로, EEC 와 CECs 둘 다 CEC에 있는 약간 더 높은 수준으로, PAN-EC 마커 유전자 Cdh5를표현했습니다(그림 3C).
그림 1 : 심장 해부 다이어그램. (A)우심실 프리 벽을 중격으로부터 분리하기 위해 만든 첫 번째 절단. (B)우심실을 완전히 해방시키기 위해 만든 두 번째 컷. (C)먼저 좌심실 자유벽을 중격으로부터 분리하도록 하였다. (D)좌심실을 완전히 해방시키기 위해 만들어진 두 번째 컷. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: CECs 및 EIC의 소화 설정 다이어그램 및 세포 정렬을 위한 다음 배열. (a)가장 안쪽의 무심소실 벽과(B)가장 바깥쪽 심실 자유벽은C소화완충액에 침지하거나(D)각각 소화완충액으로 소화하였다. (e)CD31 항체를 이용한 세포 용액의 수집 및 여과(F)적혈구(RBC) 용해 및(G)자기 활성화 세포 선별(MACS)이 뒤따른다. (h)정제된 ECs를 qPCR을 사용하여 유전자 발현 검증을 위해 처리하였다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: CECs 및 EECs의 격리를 확인하는 qPcR 데이터입니다. (a)EEC 마커 Npr3, Cdh11및 EIC 및 CEC에서 Hapln1의 유전자 발현 수준을 실시간 PCR에 의해 정량화하였다. (B)CEC 마커 Mgll, Fabp4및 Cd36의 유전자 발현 수준은 EIC 및 CEC에서 실시간 PCR에 의해 정량화되었다. (C)팬-EC 마커 Cdh5를 실시간 PCR에 의해 EEC 및 CEC에서 정량화하였다. (n = 각 그룹에서 3). 막대는 평균 ± SEM. *p&0.05, **p<, 0.01 대 EEC, 페어링되지 않은 t 검정을 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
표 1. 소화 버퍼 (1.5ml) | |||
스톡 콘. | 최종 콘. | 볼륨 | |
리베라아제 TM | 5 mg/ml | 0.5 mg/ml | 150 ul |
Dnase I | 1 mg/ml | 20 ug/ml | 30 ul |
헤페스 (주)는 | 1 M | 10 mM | 15 ul |
DMEM | - | - | 1305 ul |
표 1: 소화 버퍼에 대한 레시피.
표 2. 프라이머 시퀀스 | ||
유전자 이름 | 전달 | 역방향 |
Npr3 | TCCTTGCAATATTGTGGCCTA | 가타CTCCCGCTCTCtCtC |
Cdh11 | GTGAATGACTGGGG그 | GTATTTTGGGGCCCTTGC |
하플1 | CCAGCTAAGTGGACTCGAAG | GGGCCATTTTCAGCTTGGG |
Mgll (주) | CCCGGCCCAAAGAC | 가가트그그트그그그그그 |
팹4 | 아가그그그그게트트트트CG | ACTCTCTGACC가트가그카 |
Cd36 | GCAAAACGGCAGGTCAA | CCCGGTCACTTTTTTTTTTTTTTTTGA |
Cdh5 | CCATTGAGACAGCCGAC | TGTGAACGTGTACTGCTGG |
B-액틴 | TCTGTGTGT가트그그그 | CGGACTCATCGTACTTGC |
표 2: 프라이머 시퀀스
CECs와 EECs는 기원, 마커 및 기능이 다르므로 개발 및 질병에서 독특한 역할을 할 수 있습니다. 내피 세포 격리를 위한 기존 프로토콜은 거대 혈관 조직으로 제한되며 EEC 의 수집을 무시하고 CEC- 및 EEC 특정 기능에 대한 연구를 제한합니다. 이 지식은 미래 연구를 위한 CECs및 EECs로 iPSCs의 분화를 위한 참조를 제공하고 각종 심장 질병을 위한 잠재적인 치료 표적을 위한 이 세포 인구의 검사를 촉진하기 때문에 이 2개의 인구를 독립적으로 격리하고 공부하는 것이 필수적입니다. 이 새로운 프로토콜은 성인 쥐의 심실 자유 벽의 외부 표면으로부터 내부 표면 및 CECs로부터 EECs를 분리하는 방법을 간략하게 설명합니다.
이 프로토콜에서 각 단계의 타이밍을 매우 정확하게 제어하는 것이 중요합니다. EECs의 수는 쥐 심장 조직에서 매우 제한되어 있기 때문에, 우리는 세포 손상을 방지하기 위해 심장의 내부 층의 소화 시간을 최소화하고 더 중요한 것은, CEC 오염. 효소 반응을 종결하는 EC 배지 용액의 즉각적인 첨가는 또한 높은 세포 생존성을 유지하는 데 매우 중요하다. 적색 펠릿 다음 세포 수집은 RBC 오염의 양에 따라 RBC 오염의 양에 따라 RBC 라딕스를 저하시키기 위해 1-2 mL의 RBC 라딕스 버퍼의 존재를 시사합니다. 현재 프로토콜을 사용하여 6마리의 쥐 하트에서10개의 5EECs를 분리할 수 있었습니다. 이들 세포는 추가적인 팽창 및 특성화를 위해 세포 배양 접시상에 시드될 수 있었다.
자유 벽 수집을 위한 조직을 준비할 때, 심장은 나머지 RBC의 대부분을 제거하기 위하여 HBSS로 세척되었습니다. HBSS는 페놀 적색을 포함하는 DMED와는 대조적으로 혈액 세포의 가시화를 가능하게 하는 그것의 명확한 외관 때문에 추천된 매체입니다. 소화 완충제의 조성은 내피 세포의 충분한 해방을 보장하고, 해방 소화 효소가 노출된 세포의 조직을 제거하는 경우, DNase I는 죽은 세포에서 DNA를 제거하여 DNA의 접착 품질에 의해 억제될 수 있는 세포 분리를 촉진하고, HEPES 버퍼는 pH의 균형을 맞추고, DMEM은 세포 유지를 위해 아미노산과 비타민의 농도가 높은 수정된 기저 배지이며, 더 나은 세포 유지를 위해 필요한 칼슘을 함유하고 있습니다.
인간15 및 마우스 심장10둘다에서 얻어진 단세포 RNA 염기서열 분석(scRNA-seq)에 따르면, 특정 EC 집단에 기인하는 몇몇 마커가 보고되었다. 우리는 고립 된 EECs (즉, Npr3, Cdh11및 Hapln1)및 EECs (즉, Mgll, Fabp4및 Cd36)의순도를 검사하기 위해 가장 농축 된 유전자 중 일부를 선택했습니다. ββ-액틴, Npr3, Cdh11및 Hapln1 마커에 비해 CECs에 비해 EIC에서 증가된 발현을 입증하였다. 유사하게, Mgll, Fabp4및 Cd36 마커의 발현은 EIC에 비해 CECs에서 더 컸다. 각 샘플에 대해 고유하게 표현된 마커는 각각 EIC 및 CEC에 고유한 마커와 일치하여 성공적인 격리를 나타냅니다.
그러나, 현재 프로토콜은 격리 하는 동안 두 EC 인구 간의 교차 오염을 배제할 수 없다, 심지어 신중 하 게 제어 된 순차 소화. 따라서, 일부 세포 표면 마커는 추가 정제를 위해 적용될 수 있다. 예를 들어 NPR3는 일반적으로 심내막10에레이블을 지정하는 반면 APJ는 CECs16의대부분을 추적할 수 있습니다. 이 2개의 마커는 세포 표면에 표현되기 때문에, 그(것)들은 형광 활성화세포 분류 (FACS) 및 항체를 위해 추가 로 명백한 EC 인구를 정화하기 위하여 이용될 수 있었습니다. 또한, 인간15 및 마우스10 심장 scRNA-seq는 EIC에서 Npr3의 농축을 확인할 수 있으며, Cd36은 잠재적으로 CEC 정제에 사용될 수 있다.
결론적으로, 제시된 프로토콜은 쥐 심장으로부터 EECs 및 CEC의 독립적인 격리를 간략하게 설명합니다. 셀 격리에 의해 활성화된 셀룰러 특성의 포괄적인 식별은 중요한 다운스트림 애플리케이션에 사용될 수 있습니다.
저자는 공개 할 것이 없다.
저자는 동물 프로토콜에 대한 그녀의 도움에 대한 박사 Lingli 왕, 인프라 지원을위한 스탠포드 소아과의 부서에 크게 감사드립니다. 이 작품은 NIH / NHLBI K99 HL135258 (M.G.에 의해 지원되었습니다).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid (HEPES) | Gibco | 15630080 | 1M |
15ml Tubes | Eppendorf | 0030122151 | |
50ml Tubes | Nunc | 339652 | |
5ml Tubes | Eppendorf | 30119401 | |
ACK Lysing Buffer | Gibco | A1049201 | |
Anti-CD31 PE | Miltenyi Biotec | 130-115-505 | |
Anti-PE microbeads | Miltenyi Biotec | 130-048-801 | |
Bovine serum albumin (BSA) | Miltenyi Biotec | 130-091-376 | 10% |
CFX384 Touch Real-Time PCR Detection System | Bio-rad | 1855485 | For qPCR |
DNAse I | Worthington | LK 003172 | 1 mg/mL in water |
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Gibco | 10313021 | |
Endothelial Cell Growth Medium-2 (EGM-2) | Lonza | CC-3162 | EC Medium |
Ethylendiaminetetraacetic Acid (EDTA) | Invitrogen | 15575020 | 0.5 M |
Hank's Balanced Salt Solution (HBSS) X1 | Gibco | 14025092 | |
Hard-Shell 384-Well PCR Plates, thin wall, skirted, clear/white | Bio-rad | HSP3805 | For qPCR |
High-Capacity cDNA Reverse Transcription Kit | Applied Biosystems | 4368813 | |
Liberase TM | Sigma Aldrich | 5401119001 | 5 mg/mL |
MACS LS Column | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | For EC isolation |
MACS MultiStand | Miltenyi Biotec | 130-042-302 | For EC isolation |
Microseal 'B' PCR Plate Sealing Film, adhesive, optical | Bio-rad | MSB1001 | For qPCR |
Narrow Pattern Forceps | F.S.T | 11002-12 | For heart harvest |
Nylon Sterile Strainer | Falcon | 352340 | 40 mm |
Phosphate Buffered Saline (PBS) X1 | Gibco | 1001023 | |
PowerUp SYBR Green Master Mix | Applied Biosystems | A25780 | For qPCR |
Quick-RNA Microprep Kit | Zymo Research | R1050 | For RNA extraction |
S&T Forceps - SuperGrip Tips | F.S.T | 00632-11 | For heart harvest |
Strabismus Scissors - Tungsten Carbide | F.S.T | 14574-11 | For heart harvest |
Vannas Spring Scissors - Microserrated | F.S.T | 15007-08 | For heart harvest |
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