雌激素原代牛颗粒细胞的组织培养模型

本文介绍了牛颗粒细胞在无血清条件下的长期培养模型。该模型允许研究者研究不同电镀密度对雌激素产生的牛颗粒细胞特性的影响。

卵巢颗粒细胞 (GC) 是雌二醇合成的主要来源。由小鼠促黄体激素 (LH) 激增, 膜细胞, 特别是颗粒细胞层的诱导, 深刻改变其形态, 生理, 分子特征, 形成孕酮产生语料库负责维持妊娠的黄体。细胞培养模型是研究滤泡-黄体变换所涉及的基本调控机制的基本工具。本协议的重点是从中小卵泡 (< 6 毫米) 中提取牛气相色谱的分离过程和冷冻保存。利用这一技术, 可以获得几乎纯净的 GC 种群。冷冻保存程序极大地促进了细胞培养工作的时间管理, 独立于直接的初级组织 (卵巢) 供应。本协议描述一种无血清细胞培养模型, 模拟牛气相色谱的雌二醇活性状态。在整个《议定书》中讨论对成功的类固醇活性细胞培养必不可少的重要条件。实验表明, 增加细胞的镀层密度会诱发特定的反应, 如改变的基因表达谱和荷尔蒙产生。此外, 该模型为进一步研究 GC 分化和其它应用提供了依据。

成功的排卵和 luteinization 取决于细微调谐和精心编排的分子改变, 在不同的体细胞卵泡细胞类型。由于尚未充分了解这些发展进程的细节, 因此需要进一步澄清。在体内的方法是精心设计和昂贵的, 特别是未能解决在卵泡期间发生的特定分子机制。因此, 还原论的体外模型是需要的, 此外, 以提供洞察细胞和分子的细节。不同的研究描述在体外受精技术^1,2,3的背景下, 整个卵泡的培养。由于研究人员对分化机制感兴趣, 许多研究侧重于滤泡 GC。这些细胞与卵子直接相关, 是雌激素产生的主要来源, 因此在整个卵泡和 luteinization⁴中起着至关重要的作用。

从不同的物种中开发出永生化的 GC 细胞系。然而, 他们中的大多数并没有显示出足够的类固醇激素生产⁵。到目前为止, 只有一条细胞线的牛 GC 已经建立了⁶, 但这条线失去了它的类固醇合成活动后, 几个通道⁷。因此, 由于类固醇激素分泌, 特别是雌二醇的生产是 GC 功能的一个基本特征, 所以最好在原细胞培养模型中研究这些方面。在以前的研究中, 它表明, 只有在无血清培养条件下, 才可以观察到相当多的雌二醇的产量^8,9。此外, 补充雌二醇合成的前体是另一个先决条件, 因为 GC 未能表达出必要的酶, 可以将孕酮转化为 androstenedione¹⁰。此外, FSH 和 IGF-1在体外补充的协同作用揭示了芳香化酶的优化活性, 雌二醇合成的关键酵素¹¹。在本议定书中, 还介绍了对 GC 文化模型产生重大影响的其他重要因素。特别是, 细胞的电镀密度对实验结果有巨大的影响¹²。此外, 还可以建立一种不显著干扰生物气相色谱生理的牛 gc 冷冻保存技术。该技术有助于改善细胞培养工作组织, 优化优选电镀密度。

注意: 牛卵巢是从商业屠宰场获得的。屠宰副产品的收集不需要根据德国法律的道德批准。

1. 工作条件和准备

1. 为了保证不孕, 在专门的细胞培养实验室中使用层流工作台, 进行所有培养基和组织准备以及所有的文化工作。
2. 准备1x 磷酸盐缓冲盐水 (PBS, pH 值 7.4) 补充100毫克青霉素, 0.1 镁/毫升链霉素和0.5 µg/µL 两性霉素为卵巢的运输。
   注意: 在接受卵巢和隔离 GC 之间的最大持续时间是 2 h 在这个设置。

2. 牛颗粒细胞的分离

1. 在 1x PBS 中多次冲洗卵巢 (含100微克青霉素, 0.1 毫克/毫升链霉素, 0.5 µg/µL 两性霉素), 在开始隔离手术前从表面清除任何血液。使用烧杯, 将卵巢放在里面, 用 1x pbs 填充, 然后再次丢弃 pbs。
   1. 重复这个洗涤步骤 3–4x, 直到卵巢被清除任何剩余的血液。
2. 用70% 酒精浸泡过的实验室擦拭一个子房, 以尽量减少可能的污染物。
3. 用3毫升注射器和18克针, 通过穿刺小到中等大小的卵泡 (< 6 毫米, 用尺子测量) 吸入 GC, 并将滤泡液在一个50毫升离心管中池中。
   注: 要滋润注射器, 请服用少量 1x PBS (含100毫克青霉素、0.1 毫升链霉素和0.5 µg/µL 两性霉素)。这有助于收集少量的滤泡液, 防止细胞黏附在注射器内。
4. 穿刺几个卵泡后, 用 1x PBS 冲洗注射器和针头, 进行中间清洗。

3. 细胞的超低温保存

1. 使用台盼蓝染色, 数 hemocytometer 下的细胞。
   1. 要计算活细胞的数量, 请准备一个1.5 µL 的0.25% 台盼蓝溶液的管。
      注意: 活细胞将保持无瑕, 因为台盼蓝只能进入死细胞的细胞屏障, 然后出现蓝色。
   2. 将颗粒细胞悬浮液中的15µL 加入到台盼蓝溶液中, 并轻轻搅拌。
   3. 把混合物放在 hemocytometer 的两个房间里。计算每室一个大正方形的生活 (例如, 无瑕) 细胞数。
      注意: 虽然可以看到一些血细胞, 但它们可以用非常小的尺寸来区分。
   4. 根据一般准则计算两个腔室平方均值的活细胞数;活细胞的比例可以在卵巢之间变化, 但应超过 60%¹³。
2. 从新鲜分离的颗粒细胞池中抽取样本作为进一步分析的参考。
   1. 根据分离的 GC 的细胞计数, 预留适当数量的细胞作为参考样品为 RNA、脱氧核糖核酸或者蛋白质准备。
      注意: 对于 RNA 的分离和随后对基因表达的评价, 1 x 10⁵细胞是足够的, 而随后的其他分析可能需要不同的, 通常更高的细胞数。
   2. 将一个或几个整除数的参考细胞在一个新鲜的管和离心机在室温和最大速度 (1.2万 x g), 以获得细胞颗粒。放弃上清。
   3. 立即对液氮中的样品进行冲击冻结。将样品存放在摄氏-80 摄氏度。
3. 按如下方式执行超低温保存。
   1. 用80% 胎小牛血清 (FCS) 和20% 二甲基亚砜 (亚砜) 制备冷冻培养基。
   2. 为了将 gc 轻轻地颗粒, 在室温和 500 x g上离心气相色谱为3分钟。
   3. 仔细取出上清液, 轻轻地将100% 细胞 (如1 毫升) 并用重悬, 直到再也看不到细胞团簇。
   4. 将所制备的冷冻介质的1体积 (例如1 毫升) 添加到细胞悬浮液中, 并将混合物转移到低温瓶中。
      注: 冷冻保护介质的最终浓度将为 90% FCS 和10% 亚砜。
   5. 将低温瓶放在专门的 (商用) 冷冻容器中, 防止快速结冰。样品的冷却速率不应超过-1 摄氏度/分钟. 将冷冻容器转移到-80 °c 冰箱中, 至少4小时。
   6. 为了更长的贮存, 将低温瓶放在超低温容器中 (如液相氮气容器)。
      注意: 该协议可以在这里停止, 因为冷冻保存允许更长的存储。

4. 细胞培养用培养基和培养板的制备

1. 0.02% 胶原蛋白 R 的涂层细胞培养板。
   注意: 胶原蛋白 R 被称为在培养中更好地附着 GC 的必要条件。
   1. 制备0.02% 胶原 R 溶液, 纯化水适合细胞培养。
   2. 在24井板 (= 2 厘米²/井) 中添加150µL, 并确保培养的整个表面都覆盖了胶原 R 溶液。
   3. 让溶液干燥的盖子打开几个小时或一夜之间的层流罩。
   4. 当培养皿完全干燥时, 用 UV 光照射它们, 以10–15最小的污染。
   5. 如有必要, 将板材贮存在摄氏4摄氏度, 长达2月。
2. 在层流罩下为文化工作准备培养基和补充剂。为了成功回收 GC, 必须在解冻后立即处理。
3. 准备以下媒体。
   1. 补充α极小的基本培养基 (α-内存) 与2毫米 l-谷氨酰胺, 0.084% 碳酸氢钠, 0.1% 牛血清白蛋白 (BSA), 20 毫米 HEPES, 4 ng/毫升亚硒酸钠, 5 µg/毫升转铁蛋白, 10 ng/毫升胰岛素和1毫米非必需氨基酸。
   2. 另外, 在培养基上加入100毫克青霉素和0.1 毫升链霉素。
      注: 抗生素, 一旦加热, 是稳定的大约48小时。因此, 整除文化设置和计划媒体交换所需的媒体量。预热仅媒介整除数到37°c 在水浴。准备好的介质可以储存在4摄氏度, 不超过3月。
   3. 在培养的牛气相色谱中诱导甾体活性, 另外辅以 20 ng/毫升卵泡刺激激素 (FSH)、50 IGF-1/ml R³ 、2µM androstenedione。
      注: 在文化或媒体交流开始前不久, 总是对这些组件进行补充。避免重复冻融循环的 FSH 和 IGF-1 的库存解决方案, 因为这可能会损害类固醇活动。

5. 细胞培养工作

1. 快速解冻细胞在水浴在37°c 为 3–4 min 并且转移细胞悬浮入37°c 预先预热的α-记忆 (没有激素补充)。对于离心, 建议最后的体积为10毫升。
2. 在室温和 500 x g处离心气相色谱3分钟。放弃上清。添加预热和补充的α记忆, 并并用重悬细胞仔细。
3. 将 GC 的种子密度为 1 x 10⁵或 1 x 10⁶个单元格, 并在最终体积为500µL. 包括每种条件下至少三个养殖井的技术复制。
4. 孵化细胞培养在一个孵化器在37°c 与 5% CO₂为 8 d。
5. 每隔一天进行一次媒体交流。仅更换2/3 的培养基以减少压力, 并减轻细胞对新鲜介质的适应性。
   注: 在培养几天后, GC 形成典型的成纤维细胞样表型, 并趋于聚集在一起。在高细胞密度的培养中, 比正常密度 GC 培养更频繁地发现更大的簇 (图 1, 左对右面板)。

6. 培养颗粒细胞的后续分析

1. 进行类固醇激素分析, 收集媒体和冻结在-20 摄氏度。使用适当的方法分析乏培养基中雌二醇和孕酮浓度 (如放射免疫 (RIA))¹⁴。
2. 对于不同靶分子 (RNA、DNA、蛋白质等) 的后续分析, 溶解细胞直接在培养基中与供应商推荐的合适的株溶藻剂结合。
   注意: 对于大多数隔离过程, 有可能在这里停止协议, 因为裂解单元可以存储在-20 摄氏度, 长达1周。为了更长的贮存, 细胞应保持在摄氏-80 摄氏度。
3. 通过定量的实时聚合酶链反应 (qPCR) 技术, 确定转录丰度, 合成 cDNA 并测量特定转录量¹⁵。统计评价应包括至少三种不同细胞培养的复制, 其起源于不同的细胞制剂 (生物复制)。

GC 镀在 1 x 10⁵细胞/以及显示一个典型的成纤维细胞样的外观, 因为它们形成一个细胞扩展可比成纤维细胞, 并倾向于建立集群 (图 1a和1c)。将电镀密度提高10倍至 1 x 10⁶细胞/井没有改变形态学, 但可以观察到更多的细胞簇 (图 1b和1d, 箭头)。正如以前的出版物所显示的那样, 培养皿的胶原蛋白涂层在很大程度上改善了细胞¹³的附着。

与新鲜分离样品直接培养的细胞相比, 最初的超低温保存并没有显著改变其生理特性。如图 2所示, 当比较来自冷冻或新鲜隔离池的培养细胞时, 几个标记基因的转录丰度 (由 qPCR 测量) 没有差别。

图 3显示了在正常和高密度培养的牛 GC 中类固醇激素分析 (由 RIA 测量) 的代表性结果。与正常密度培养相比, 高密度培养中雌二醇浓度明显降低, 而孕酮产量趋于较高。

比较分析的几种基因 (由 qPCR 测量) 在高与正常密度的文化显示了一个显著的效果 (图 4)。CYP19A1, 编码的关键酶的雌二醇生物合成芳香化, 以及促性腺激素受体FSHR, 有明显下调。相反, 基因RGS2和VNN2显示了一个显著的上调节。这些结果清楚地表明, 通过增加细胞的电镀密度, 诱导细胞分化的具体过程。

图 1: 在正常 (左面板) 和高细胞密度 (右面板) 培养的牛颗粒细胞.(a和c) 培养的细胞密度为 1 x 10⁵细胞/以及显示典型的成纤维细胞样表型。(b和d)在高电镀密度 (1 x 10⁶细胞/井) 培养的 GC 比正常密度下的细胞更频繁地形成大细胞簇 (箭头) (左面板)。刻度条 = 100 µm.请点击这里查看这个数字的大版本.

图 2: 分离后和冷冻后直接培养的细胞的比较.细胞的培养密度为 1 x 10⁵细胞每井。对几种标记转录物的基因表达进行了评价, 并揭示了未初始保存的培养细胞之间的差异。箱线图显示n = 3 的中值。两尾学生的t检验, 包括p值。这个数字是从 Baufeld 和 Vanselow¹⁶复制的。请单击此处查看此图的较大版本.

图 3: 不同镀层密度培养的颗粒细胞甾体激素浓度.在高细胞密度下培养气相色谱时, 雌二醇 (E2) 浓度显著降低, 而孕酮 (P4) 浓度只趋于较高。对不同细胞数的 DNA 含量进行了校正, 使其激素浓度得以正常化。显示了n = 3 的平均值和 SEM。p > 0.05, 两尾学生的t检验。这个数字是从 Baufeld等复制的。¹⁵.请点击这里查看这个数字的更大版本.

图 4: 在正常与高镀层密度下培养的颗粒细胞中功能性关键转录的丰度.在无血清条件下培养的牛 GC 8 d 揭示了几种选定标记基因的特定调控。箱线图显示n = 3 个体复制的中值。p < 0.05, 两尾学生的t检验。请单击此处查看此图的较大版本.

所提出的细胞培养模型为分析颗粒细胞的体外分化提供了工具。一些研究表明, 无血清培养是维持激素活性的先决条件, 在养殖牛 gc 或 gc 其他物种^8,9。另外, 将培养皿涂上细胞外基质 (如胶原 R)¹³, 显著改善了细胞的附着。另一个重要特征是长时间的文化周期。最近, 已经证明, 一个长期的文化是必要的, 以获得足够的类固醇合成活动和平衡表达的颗粒细胞标识标记¹⁷。在隔离过程中, GC 似乎需要时间从物理压力中恢复。

培养基补充 FSH, IGF-1, 和 androstenedione 被称为诱导芳香化酶活性的培养气相色谱。特别是, 补充与 androstenedione 是绝对必要的, 因为 GC 需要一个前体雌二醇合成。这是以前发表的^11,18 , 因此, 在本研究期间没有进一步调查。然而, 对于其他实验性的 IGF-1, 可能需要对 FSH、androstenedione 浓度的适应。

在这里描述的冷冻保存技术可以帮助改善组织培养实验, 使其更独立于不同的供应与卵巢。根据以往的测试, 冷冻保存不影响的 GC 表型或类固醇生产的文化。此外, 培养细胞中标记转录的丰度并没有显示出比较新鲜分离细胞与先前被冷冻保存¹⁶的样品相比有显著差异。

目前 GC 培养模型的关键参数是细胞电镀密度。如代表结果所示, 增加镀层密度引起了生理和分子特征的显著变化。一些基因是以特定的方式调节的, 类似于在体内^4,19的 LH 刺激诱发的变化。在培养的牛气相色谱中, 细胞密度的增加可以驱动分化样的过程, 这一事实必须经过精心考虑, 以避免复制之间的冲突结果。因此, 与其他研究的矛盾结果可能归因于不同的细胞密度, 应该更密切地研究。

这里描述的文化模型显示对 LH 没有反应, 因为受体LHCGR的记录接近检测极限。因此, 模拟 LH 的浪涌在体内的情况下未能诱导分化¹³。然而, 该模型为研究雌二醇活性气相色谱在原代培养中的作用提供了有益的工具, 尤其是目前尚无功能性牛 gc 线。

在目前的 GC 培养模型中可以测试不同的治疗方案, 这有助于解开类固醇生产或 GC 分化的调控机制。此外, 可以单独分析参与发展过程的单个因素。因此, 这种区域性模型为许多不同的应用程序提供了基础。

作者没有什么可透露的。

我们感谢维罗妮卡 Schreiter 为她提供了出色的技术帮助和对已建立的冷冻保存技术和细胞培养模型的有益修改。此外, 我们还要感谢麻仁和 Swanhild Rodewald 在随后的分析中提供了出色的技术援助。