Name: obtaining primary osteocytes through murine calvarial fractionation of gfp-expressing osteocytes
Uploaded: 2020-06-02T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Obtaining Primary Osteocytes Through Murine Calvarial Fractionation of GFP-Expressing Osteocytes at JoVE.com

本研究の一部は、日本学術振興会のJSPS科研費(日本学術振興会)の助成を受けて行われました(第19K10397号、第18K09862号)。

すべての動物の手順と動物の世話は、東北大学の規則と規則に従って行われました。
1. 新生児dmp1-トパーズマウス頭蓋冠の解剖
<ol><li>このプロトコルでは、C57BL/6-Tg(Dmp1-トパーズ)1Ikal/Jマウスの6〜6日齢の子犬を使用します。5%イソフルラン吸入でマウスを安楽死させ、次に子犬を70%エタノールに移します。</li>
	<li>安楽死させた子犬を未処理の培養皿に移します。</li>
	<li...

<ol>
	<li>Manolagas, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Birth+and+death+of+bone+cells:+basic+regulatory+mechanisms+and+implications+for+the+pathogenesis+and+treatment+of+osteoporosis.">Birth and death of bone cells: basic regulatory mechanisms and implications for the pathogenesis and treatment of osteoporosis.</a> Endocrine Reviews. 21 (2), 115-137 (2000).</li><li>Bonewald, L. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Osteocytes+as+Dynamic+Multifunctional+Cells.">Osteocytes as Dynamic Multifunctional Cells.</a> Annals of the New York Academy of Sciences. 1116 (1), 281-290 (2007).</li><li>Bonewald, L. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanosensation+and+Transduction+in+Osteocytes.">Mechanosensation and Transduction in Osteocytes.</a> BoneKEy osteovision. 3 (10), 7-15 (2006).</li><li>Feng, J. Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Loss+of+DMP1+causes+rickets+and+osteomalacia+and+identifies+a+role+for+osteocytes+in+mineral+metabolism.">Loss of DMP1 causes rickets and osteomalacia and identifies a role for osteocytes in mineral metabolism.</a> Nature Genetics. 38 (11), 1310-1315 (2006).</li><li>Lane, N. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glucocorticoid-Treated+Mice+Have+Localized+Changes+in+Trabecular+Bone+Material+Properties+and+Osteocyte+Lacunar+Size+That+Are+Not+Observed+in+Placebo-Treated+or+Estrogen-Deficient+Mice.">Glucocorticoid-Treated Mice Have Localized Changes in Trabecular Bone Material Properties and Osteocyte Lacunar Size That Are Not Observed in Placebo-Treated or Estrogen-Deficient Mice.</a> Journal of Bone and Mineral Research. 21 (3), 466-476 (2005).</li><li>Dallas, S. L., Prideaux, M., Bonewald, L. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Osteocyte:+An+Endocrine+Cell+...+and+More.">The Osteocyte: An Endocrine Cell ... and More.</a> Endocrine Reviews. 34 (5), 658-690 (2013).</li><li>van der Plas, A., Nijweide, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+and+purification+of+osteocytes.">Isolation and purification of osteocytes.</a> Journal of bone and mineral research : the official journal of the American Society for Bone and Mineral Research. 7 (4), 389-396 (1992).</li><li>Westbroek, I., De Rooij, K. E., Nijweide, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Osteocyte-specific+monoclonal+antibody+MAb+OB7.3+is+directed+against+Phex+protein.">Osteocyte-specific monoclonal antibody MAb OB7.3 is directed against Phex protein.</a> Journal of bone and mineral research : the official journal of the American Society for Bone and Mineral Research. 17 (5), 845-853 (2002).</li><li>Gu, G., Nars, M., Hentunen, T. A., Metsikk&#246;, K., V&#228;&#228;n&#228;nen, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolated+primary+osteocytes+express+functional+gap+junctions+in+vitro.">Isolated primary osteocytes express functional gap junctions in vitro.</a> Cell and Tissue Research. 323 (2), 263-271 (2006).</li><li>Kramer, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Osteocyte+Wnt/&#946;-Catenin+Signaling+Is+Required+for+Normal+Bone+Homeostasis.">Osteocyte Wnt/&#946;-Catenin Signaling Is Required for Normal Bone Homeostasis.</a> Molecular and Cellular Biology. 30 (12), 3071-3085 (2010).</li><li>Kato, Y., Windle, J. J., Koop, B. A., Mundy, G. R., Bonewald, L. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Establishment+of+an+Osteocyte-like+Cell+Line,+MLO-Y4.">Establishment of an Osteocyte-like Cell Line, MLO-Y4.</a> Journal of Bone and Mineral Research. 12 (12), 2014-2023 (1997).</li><li>Kato, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Establishment+of+an+osteoid+preosteocyte-like+cell+MLO-A5+that+spontaneously+mineralizes+in+culture.">Establishment of an osteoid preosteocyte-like cell MLO-A5 that spontaneously mineralizes in culture.</a> Journal of bone and mineral research : the official journal of the American Society for Bone and Mineral Research. 16 (9), 1622-1633 (2001).</li><li>Zhang, C., Bakker, A. D., Klein-Nulend, J., Bravenboer, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+on+Osteocytes+in+Their+3D+Native+Matrix+Versus+2D+In+Vitro+Models.">Studies on Osteocytes in Their 3D Native Matrix Versus 2D In Vitro Models.</a> Current Osteoporosis Reports. 17 (4), 207-216 (2019).</li><li>Woo, S. M., Rosser, J., Dusevich, V., Kalajzic, I., Bonewald, L. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+line+IDG-SW3+replicates+osteoblast-to-late-osteocyte+differentiation+in+vitro+and+accelerates+bone+formation+in+vivo.">Cell line IDG-SW3 replicates osteoblast-to-late-osteocyte differentiation in vitro and accelerates bone formation in vivo.</a> Journal of bone and mineral research : the official journal of the American Society for Bone and Mineral Research. 26 (11), 2634-2646 (2011).</li><li>Spatz, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Wnt+Inhibitor+Sclerostin+Is+Up-regulated+by+Mechanical+Unloading+in+Osteocytes+in+Vitro.">The Wnt Inhibitor Sclerostin Is Up-regulated by Mechanical Unloading in Osteocytes in Vitro.</a> The Journal of biological chemistry. 290 (27), 16744-16758 (2015).</li><li>Gillet, J. P., Varma, S., Gottesman, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+clinical+relevance+of+cancer+cell+lines.">The clinical relevance of cancer cell lines.</a> Journal of the National Cancer Institute. 105 (7), 452-458 (2013).</li><li>Sandberg, R., Ernberg, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+tumor+characteristic+gene+expression+in+cell+lines+using+a+tissue+similarity+index+(TSI).">Assessment of tumor characteristic gene expression in cell lines using a tissue similarity index (TSI).</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (6), 2052-2057 (2005).</li><li>Kalajzic, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dentin+matrix+protein+1+expression+during+osteoblastic+differentiation,+generation+of+an+osteocyte+GFP-transgene.">Dentin matrix protein 1 expression during osteoblastic differentiation, generation of an osteocyte GFP-transgene.</a> Bone. 35 (1), 74-82 (2004).</li><li>Paic, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+differentially+expressed+genes+between+osteoblasts+and+osteocytes.">Identification of differentially expressed genes between osteoblasts and osteocytes.</a> Bone. 45 (4), 682-692 (2009).</li><li>Nakashima, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+for+osteocyte+regulation+of+bone+homeostasis+through+RANKL+expression.">Evidence for osteocyte regulation of bone homeostasis through RANKL expression.</a> Nature Medicine. 17 (10), 1231-1234 (2011).</li><li>Kalajzic, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+and+in+vivo+approaches+to+study+osteocyte+biology.">In vitro and in vivo approaches to study osteocyte biology.</a> Bone. 54 (2), 296-306 (2013).</li><li>Chia, L. Y., Walsh, N. C., Martin, T. J., Sims, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+and+gene+expression+of+haematopoietic-cell-free+preparations+of+highly+purified+murine+osteocytes.">Isolation and gene expression of haematopoietic-cell-free preparations of highly purified murine osteocytes.</a> Bone. 72, 34-42 (2015).</li><li>Halleux, C., Kramer, I., Allard, C., Kneissel, M., Helfrich, M. H., Ralston, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Bone Research Protocols. , 55-66 (2012).</li><li>Bernhardt, A., Wolf, S., Weiser, E., Vater, C., Gelinsky, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+improved+method+to+isolate+primary+human+osteocytes+from+bone.">An improved method to isolate primary human osteocytes from bone.</a> Biomedizinische Technik (Berlin). 65 (1), 107-111 (2020).</li></ol>

最初に単離された骨細胞は、(OB7.3)またはPHEXの鳥類変異体を使用して単離されたニワトリ頭蓋冠7 からのものでした。しかしながら、この方法は、種特異的でもある骨細胞特異的抗体を製造しなければならないので、実行可能な抗体の利用可能性によって制限される。研究者らは、マウスおよびラットの長骨から骨細胞を得るために、連続酵素プロセスの異なる改変を使用し...

骨細胞は、それらの分泌マトリックス1に埋め込まれるようになった骨芽細胞前駆細胞からの最終分化細胞である。それらは骨細胞集団の中で最も豊富で最も長生きする細胞です。それらは裂孔内に存在し、樹状突起が小管と呼ばれるチャネルを通って伸びる特徴的な星状形態を有し、周囲の環境および骨表面との通信および代謝交換の広範なネットワークを形成する2。骨細胞は、骨リモデリングにおける骨芽細胞および破骨細胞の両方の役割を振り付け、それらは機械的負荷3への適応を付与する主要な機械感覚細胞であり、リン酸恒常性4 および骨基質石灰化5に関与し、ラクノカナリキュラー系とともに、遠方組織6にシグナル伝達する内分泌器官として作用する。
骨細胞は石灰化マトリックス内に位置するため、アクセスが制限され、単離が困難になり、in vitro調査が妨げられます。最初の単離方法の1つは、後にPHEX(X染色体上のエンドペプチダーゼと相同性を有するPHosphate調節遺伝子)8の鳥変異体であることが知られる骨細胞特異的モノクローナル抗体(OB7.3)7を使用してニワトリ頭蓋冠から単離された骨細胞について説明しました。他の研究者は、ラット9またはマウス10の長骨の逐次消化を使用して、骨細胞の純度が約70%であると報告されている骨細胞に富む画分を取得しました9。この手順の制限には、骨細胞以外の他の細胞タイプで汚染された培養物の純度が最適ではないこと、および骨細胞が分裂する能力を失ったため、骨細胞が培養中の他の細胞によって潜在的に増殖する可能性があることが含まれます。これらの課題は、長期的な文化の使いやすさを制限します。
これらの制限を克服するために、異なる骨細胞細胞株が開発された。MLO-Y4細胞株11およびMLO-A5細胞株12は、特に初期段階の骨細胞の研究に有用な最も広く研究されている細胞株である。しかし、それらは成熟骨細胞マーカーである低レベルのスクレロスチンとFGF2313を発現するため、成熟骨細胞シグナル伝達の研究にはあまり有用ではありません。IDG−SW3 14およびOcy45415を含む他の細胞株は、高レベルのスクレロスチンおよびFGF23を発現し、後期骨細胞期の研究において有用である。細胞株は有用な研究ツールであることが証明されています。それにもかかわらず、それらは初代細胞の生物学を完全に表していないため、制限なしに来るわけではありません。異なる細胞株は骨細胞成熟スペクトルの異なる発生段階を表し、細胞株は初代骨細胞の不均一性を表すことができません16,17。
初代骨細胞の純粋な培養物を得るために、研究者らは、8 kb dmp1プロモーターを使用して骨細胞における緑色蛍光タンパク質(GFP)発現を促進するcreマウスモデルを利用しました18,19。Paicらによる二重トランスジェニックマウス(pOB-Col 2.3-GFP-シアンおよびDMP1-GFP-topaz)19およびNakashimaらによるdmp1-topazトランスジェニックマウス20が、骨細胞集団を取得するために使用されている。その中で彼らは、初代骨細胞の培養物を取得するためにGFPを発現する骨細胞の逐次消化およびFACSを採用した19,20。tdTomatoタンパク質を活性化する10 kb dmp1レポーターマウスAi9のcreの方向は、骨髄内の骨細胞、骨芽細胞、筋肉、および細胞に存在することが示されました。8 kb dmp1プロモーターは同じ発現パターンを有していたが、骨芽細胞および骨髄細胞の一部のみがタンパク質を発現しており、これは8 kb dmp1プロモーターがより特異的であることを示している21。それにもかかわらず、8 kb dmp1プロモーターを使用して得られた結果は慎重に解釈する必要があり、得られた集団が十分に高い純度であることを確認するために、骨細胞と骨芽細胞特異的マーカーを使用して遺伝子発現プロファイルを日常的に実行する必要があります。
破骨細胞マーカーOSCARとDcstampは、造血非枯渇骨細胞集団と枯渇骨細胞集団で見出され、この発見により、著者らは、8 kb dmp1-topaz新生児頭蓋冠の分画とGFPソーティングから得られた消化物が造血細胞で汚染されていると結論付けました。GFP陽性造血細胞はGFP陽性間葉系細胞(骨細胞)よりもGFP強度が適度に低いため、造血細胞による汚染はGFPソートゲートを締めることで軽減できたはずです22。
in vitroで骨細胞を研究する方法は、骨細胞生物学に関する最近の豊富な情報に貢献しています。しかしながら、骨細胞の単離は、依然として労働集約的で時間のかかる手順であり、細胞収率は低い。コラゲナーゼおよびEDTAを用いた骨消化の記載された方法は、しばしば画分8から23まで、骨細胞の生存率が課税される数時間を要する。研究者らは、細胞選別に画分(2〜20)を使用したことを報告しており20、骨細胞に関連する遺伝子と骨芽細胞に関連する遺伝子の発現プロファイルが、純粋な骨細胞集団の単離の成功を確認することを示しました20。この記事では、フラクション(2〜2)を取得するプロセスについて説明し、フラクション1から8までの各フラクションからの骨細胞の収量を比較して、各フラクションの骨細胞の戻りを決定します。また、新生dmp1-topazマウス頭蓋冠の解剖とコラゲナーゼとエチレンジアミン四酢酸(EDTA)を用いた頭蓋骨消化、およびFACS用細胞の調製についても説明します。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>BD FACSDiva software</td>
			<td>BD Biosciences</td>
			<td></td>
			<td>Data aquisition and analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BD Falcon Tube</td>
			<td>BD Biosciences</td>
			<td>352235</td>
			<td>12 x 75 mm Tube with Cell Strainer Cap, 35 &#956;m nylon mesh.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine serum albumin (BSA)</td>
			<td>Sigma-Aldrich, MO, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Collagenase</td>
			<td>Wako, Osaka, Japan</td>
			<td>034-22363</td>
			<td>0.2% (w/v), crude collagenase mix sourced from C. histolyticum.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EDTA</td>
			<td>Dojindo, Kumamoto, Japan</td>
			<td></td>
			<td>5mM EDTA prepared with 0.1% BSA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FACSAriaTM II</td>
			<td>BD Biosciences</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal bovine serum (FBS)</td>
			<td>Biowest, Nuaill&#233;, France</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isolation buffer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>70mM NaCl, 10mM NaHCO, 60mM sorbitol, 3mM K2HPO4, 1mM CaCl2, 0.1% (w/v) BSA, 0.5% (w/v) glucose and 25 mM HEPES</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Millex Sterile Filter Unit</td>
			<td>Merck Millipore, Ireland</td>
			<td>SLGV033RS</td>
			<td>0.22&#956;m</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nylon cell strainer</td>
			<td>FALCON, NY, USA</td>
			<td></td>
			<td>40&#956;m</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin-EDTA</td>
			<td>Life Technologies, NY, USA</td>
			<td></td>
			<td>0.5% x10. diluted to x1 in PBS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#945;-MEM</td>
			<td>Wako, Osaka, Japan</td>
			<td></td>
			<td>Containing 10% fetal bovine serum, 100 IU/ml penicillin G, and 100 &#956;g/ml streptomycin</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

obtaining primary osteocytes through murine calvarial fractionation of gfp-expressing osteocytes

骨細胞は、かつては機械的負荷を感知する舞台裏の機能を与えられて骨の受動的な常駐であると考えられていましたが、今では脚光を浴びており、細胞外マトリックスを積極的に修飾し、それを囲むラクノカナキュラー系で内分泌器官を形成し、離れた部位にメッセージを送信するなど、複数の主要な機能を持っていることが示されています。初代骨細胞を単離して骨細胞様細胞株までin vitroで骨細胞を試験することが可能になった方法のおかげで、骨細胞は現在、構造と機能に関する大きな関心と知識の急増を経験しています。骨細胞の生物学や他の分子成分との相互作用の多くの側面はまだ発見されていません。このプロトコルでは、骨細胞で緑色蛍光タンパク質を発現するdmp1-topaz新生児マウス頭蓋冠からの初代骨細胞の効率的な単離について、細胞分画とその後のFACSによる初代骨細胞の培養の取得によって詳細に説明します。

このプロトコルの目的は、dmp1-topaz新生児マウス頭蓋冠から初代骨細胞の培養物を得るプロセスを実証することです コラゲナーゼを使用してコラーゲンマトリックスを分解し、EDTAを使用してカルシウムキレート化を行う分画プロセスを通じて、その後、FACS用に細胞を調製して骨細胞を他の細胞集団から分離します。
新生児マウス頭蓋冠から初代骨細胞を得るための方法?...

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Obtaining Primary Osteocytes Through Murine Calvarial Fractionation of GFP-Expressing Osteocytes

このプロトコルでは、蛍光活性化細胞選別(FACS)のための骨細胞調製に加えて、新生児dmp1-topazマウス頭蓋冠の解剖と、細胞消化と分画による緑色蛍光タンパク質を発現する骨細胞の単離について説明します。

GFP発現骨細胞のマウス頭蓋骨分画による初代骨細胞の取得

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Research

JoVE Journal

Biology

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アフリカツメガエル卵抽出物の調製と分画

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