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Se describe un modelo de cultivo celular de las arterias de resistencia, lo que permite la disección de la señalización de vías en el endotelio, músculo liso, o entre el endotelio y músculo liso (el cruce de myoendothelial). Puede utilizar la aplicación selectiva de agonistas o aislamiento de la proteína, microscopia electrónica o inmunofluorescencia usando este modelo de cultura de célula.
La ensambladura de myoendothelial (MEJ), un único microdomain señalización en arterias de resistencia de pequeño diámetro, exhibe la localización de proteínas específicas y procesos de señalización que controlan el tono vascular y la presión arterial. Ya que es una proyección desde la célula endotelial o músculo liso y gracias a su pequeño tamaño (en promedio, un área de ~ 1 μm2), lo MEJ es difícil estudiar en aislamiento. Sin embargo, hemos desarrollado un modelo de cultura de célula llamado vascular co cultivo celular (VCCC) que permite en vitro formación MEJ, polarización de la célula endotelial y la disección de la señalización de las proteínas y los procesos de resistencia de la pared vascular arterias. El VCCC tiene multitud de aplicaciones y se pueden adaptar a diferentes tipos de células. El modelo consiste en dos tipos de células cultivados en lados opuestos de un filtro con poros de μm 0,4 en el que los de vitro MEJs puede formar. Aquí describimos cómo crear VCCC mediante placas de células y el aislamiento de endotelial, MEJ y fracciones de músculo liso, que pueden utilizarse para aislamiento de proteína o actividad ensayos. El filtro con capas de la célula intactas puede ser fijas, encajado y seccionado para análisis inmunofluorescente. Lo importante es que, muchos de los descubrimientos de este modelo han confirmado mediante las arterias de resistencia intacta, subrayando su importancia fisiológica.
En arterias de resistencia de diámetro pequeño, una delgada Lámina elástica interna (IEL) separa endotelial (CE) y células de músculo liso (SMC). Las células pueden proyectar a través de agujeros en esta matriz elástica y hacer conexiones citoplásmicas directas via gap junction canales1,2. Esta estructura única se denomina al cruce myoendothelial (MEJ). El MEJ es un pequeño (aproximadamente 0,5 μm x 0,5 μm, dependiendo de la cama vascular), proyección celular integrado predominante por las células endoteliales pero puede originar de músculo liso así como3,4. Un número de investigadores ha demostrado la inmensa complejidad de señalización a redes que ocurre selectivamente en el MEJ, haciéndola un lugar especialmente importante para facilitar la señalización bidireccional entre endotelio y músculo liso5 ,6,7,8,9,10.
Sin embargo, es difícil en una arteria intacta una disección mecanicista de vías de señalización en el MEJ. Porque lo MEJ es una proyección celular, no es actualmente posible aislar un en vivo MEJ de la pared vascular. Por esta razón, se desarrolló el VCCC modelo1 . Lo importante, el VCCC Replica fisiológica morfología endoteliales11 y polarización de la señalización entre el apical y MEJ porciones de la célula12. Fue este modelo único que facilitó el descubrimiento de que la hemoglobina alfa es en la célula endotelial, polarizó a la MEJ. Esto está en contraste con las células endoteliales cultivadas convencionalmente que no expresan alfa hemoglobina13. Para los investigadores interesados en el endotelio microvascular, puede ser más apropiado utilizar las células endoteliales que han sido cultivadas en el VCCC, particularmente si la intención de diseccionar las vías de señalización que ocurren en las arterias de resistencia de diámetro pequeño.
Mediante un inserto de plástico resistente que contiene un filtro con poros de diámetro pequeño (0,4 μm de diámetro) a tipos de células distintas de cultura Co dos impide que las células migran entre capas. Resulta en una distancia de 10 μm entre las células, que es significativamente mayor que en vivo, pero todavía muchas de las características en vivo de MEJs, incluyendo localización de la proteína y segundo mensajero señalización1 Replica , 14. Además, el VCCC permite la selección de células específicas del tipo de señalización mediante la adición de un agonista o antagonista del compartimiento celular específica. Por ejemplo, cargando la CE con BAPTA-AM quelar calcio y estimulando el SMC con fenilefrina14. En contraste con otras descripciones de co-cultivo modelos15,16,17,18,19,20,21, esto proporciona instrucciones de aislar las distintas fracciones de mRNA y proteína, incluyendo la fracción MEJ distinta dentro de los poros del filtro. La incorporación de esta técnica la VCCC permite la investigación específica de los cambios en la localización de mRNA transcripción22proteína phosphorylation12,23y proteínas actividad12. Este artículo describe una galjanoplastia de la CE en la parte superior del filtro y SMC en la parte inferior, aunque es posible cultivar los dos tipos celulares en diferentes conformaciones11,18,24.
1. células de la galjanoplastia para el VCCC
2. Recolección de fracciones de la VCCC
3. Cosecha el VCCC para inmunofluorescencia En cara
4. Cosecha el VCCC para inmunofluorescencia transversal
5. Incrustar la VCCC para inmunofluorescencia transversal
6. Seccionamiento y la coloración del VCCC para inmunofluorescencia transversal
Los insertos de filtro utilizados para la VCCC tienen pequeñas, 0,4 μm agujeros. Figura 1A, una cara en vista de la inserción del filtro VCCC, muestra los poros en los que puede formar el MEJ en vitro. El esquema representa las células de músculo liso plateadas en la parte inferior del filtro un día antes de las células endoteliales se platean en el lado opuesto (figura 1B). Una vez que las células son plateadas, las fracciones CE, MEJ y SMC pueden ser aislados tres días más tarde. Un ejemplo de esto se muestra en la figura 2A, donde el inhibidor del activador del plasminógeno 1 (PAI-1) es altamente expresada en la fracción MEJ en relación con el resto de la CE, que también se ve en vivo MEJs25. Estos datos demuestran la utilidad de la VCCC en recapitular la pared vascular arteriolar intacto.
A continuación se demuestra VCCC en inmunofluorescencia y microscopia electrónica. El VCCC queda intacto y fijas con PFA para inmunofluorescencia transversal. Figura 3A muestra el músculo liso específico receptor adrenérgico alfa-1 y el receptor de bradicinina específico endotelial. Phalloidin tinción de la F-actina muestra los puentes de actina en el MEJ (flecha blanca) entre las dos células, que reproduce la expresión en una arteria intacta26. En la figura 3B, se demuestra una sección representativa de VCCC visto por microscopía electrónica de transmisión, que se representa en 3D en la figura 3. Estos puntos de vista de la VCCC demuestran la capacidad de localizar específicamente las proteínas, los receptores y ultraestructura en vitro MEJs.
Figura 1: galjanoplastia de la cultura de la célula Vascular (VCCC). (A) cara En luz micrografía de los poros en el inserto de filtro. Flechas negras indican agujeros individuales. (B) esquema de la VCCC de la galjanoplastia. Día 1 muestra inversión del inserto del filtro y SMC de la galjanoplastia en la parte inferior. En el día 2, la CE se platean en el lado opuesto del filtro y el VCCC permanece en esta conformación en una placa de 6 pozos hasta la cosecha. Flechas blancas indican el lado del filtro donde las células se platean y crecerán. Barra de escala = 1 mm. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: enriquecimiento de proteína en el MEJ. (A) imagen de microscopio de inmuno-transmisión de arteria de ratón con expresión de la alfa globina en el MEJ (granos de oro que aparecen como puntos negros). (B) Western blot mostrando inhibidor del activador del plasminógeno 1 (PAI-1) expresión se enriquece en la fracción MEJ versus las fracciones CE o SMC. CE plástico indica CE en un plato de plástico, que no forman MEJ. Barra de escala = 1 μm. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: transversal de la inmunofluorescencia y la microscopia electrónica en secciones transversales de la VCCC. (A) tinción de músculo liso y endoteliales proteínas específicas. Tinción de F-actina es a través de tipos de la célula y la de vitro MEJ (flecha blanca). Un ejemplo de la microscopia electrónica utilizada para el estudio de la ultraestructura de la en vitro MEJs en 2D (B) y 3D (C). Barra de escala = 10 μm (A); 2.5 μm (B); y aproximadamente 2.5 μm vertical y horizontal de 0,5 μm (C). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
El VCCC tiene una serie de ventajas en términos de Recapitulando MEJs en vitro, pero hay puntos de discusión para determinar si el VCCC puede ser utilizado para aplicaciones específicas. Por ejemplo, si diferentes tipos de células se utilizan con este modelo, tendrá que ser optimizado. Hemos utilizado células humanas primarias pero es posible aislar células de aortas bovinas24o ratones de tipo salvaje o el agujero ciego, y utilizarlos en el VCCC1,5,14.
Si utiliza el VCCC para aislamiento de MEJ, la técnica más importante para el maestro es raspado cuidadoso del filtro para asegurar que la pureza de la fracción MEJ no es alterada por exceso de células endoteliales o músculo liso. Hemos demostrado mediante Western blotting que hemoglobina alfa es el mejor marcador de un «puro» MEJ aislamiento13, debe ser fuertemente expresado en la fracción MEJ versus la fracción de células endoteliales. Otro es el PAI-1, que regula la formación de MEJ (figura 2)25. Creemos que estos pueden ser marcadores especialmente buenos para un fuerte aislamiento de MEJ. Confianza adicional en la técnica de cosecha, los filtros se pueden mantenidos después de rascar para cosecha y manchados por CE/SMC marcadores25.
Expresión de proteínas en el VCCC de imágenes pueden realizarse de dos maneras principales: cara en (figura 1A) o transversal (figura 3). Ambos preparados permiten la visualización de proteínas dentro de los agujeros del filtro desde dos perspectivas diferentes. La técnica de cara en involucra las arterias que son abrir longitudinalmente y luego cubrió a plana, con la CE hacia arriba, para visualizar la monocapa de la CE y los agujeros en el IEL, el único lugar donde puede formar MEJ. Una señal fluorescente dentro de los agujeros de la IEL indica la localización de la proteína en el MEJ10,27. Este mismo principio se puede traducir a la VCCC por proyección de imagen la monocapa de CE desde arriba, sin necesidad de incluir en parafina o secciones. El método transversal es más complejo de dominar pero es crítico para la clara visualización de proteínas en las CE versus las monocapas SMC (figura 3).
La falta de flujo o estiramiento en el sistema es una limitación potencial, pero es posible añadir flujo en un músculo liso endotelial de la célula cultura Co16,19. Parece que las condiciones estáticas todavía permitan expresión de proteínas fisiológicamente correcta y activación, así que puede ser que el contacto heterocelulares es el factor más importante en la disección de MEJ vías de señalización.
Existen múltiples aplicaciones de esta técnica más allá de la resistencia de la arteria de señalización como el VCCC no está necesariamente limitado a tipos celulares específicos. Otros modelos de cocultivo utilizado consecuencia células endoteliales y osteoblastos17o modelado la barrera hematoencefálica con endotelial y astrositos/pericyte culturas Co21. Metástasis de las células tumorales a través del endotelio se pueden cuantificar utilizando este modelo21. También es posible cultivar células en el filtro y cultura otra celda escriba en la parte inferior del plato 6-pozo para poner a prueba la señalización paracrina, o crecer las células endoteliales en la parte superior de la membrana para mirar la polarización de la célula (nuestras observaciones no publicadas). Leucocitos u otras células circulantes pueden añadirse a los medios de comunicación de la CE y la adhesión de las células puede ser cuantificada12. Además, el VCCC puede utilizarse para investigar patologías tales como músculo liso migración24 y proliferación en respuesta a lesión endotelial15,18.
En conclusión, hemos presentado un método para aislar MEJ de un en vitro sistema del cultivo celular, que permite la investigación de los procesos entre dos tipos de células acopladas de señalización. Importante, el sistema de la cultura no se limita al estudio de la MEJ y puede ser valioso para responder a una serie de preguntas, especialmente las que implican comunicación heterocelulares.
Los autores no tienen nada que revelar.
Este trabajo fue financiado por el National Heart, Lung and Blood Institute otorga R01088554, T32HL007284 y American Heart Association 14PRE20420024 de beca predoctoral. Agradecemos especialmente el St. Jude celular imagen compartida investigación núcleo, incluyendo Randall Wakefield y Linda Horner para las imágenes de microscopía electrónica, Adam Straub ayuda con imágenes representativas de la inmunofluorescencia y Pooneh Bagher para ella valiosos comentarios sobre el protocolo de manuscrito.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
24 mm diameter, 0.4 µm Transwell Polyester membrane filter insert | Corning | 3450 | This is one 6 well plate of inserts |
225 cm flask | Corning | 431082 | |
6 well plates (without filter inserts) | Corning | 3506 | |
Primary human coronary artery endothelial cells | Lonza | CC-2585 | |
Primary human coronary artery smooth muscle cells | Lonza | CC-2583 | |
EBM-2 EC Basal media | Lonza | CC-3156 | |
EC growth factors (EGM2 MV Single quots) | Lonza | CC-4147 | Add to basal media before use |
SmBM SMC basal media | Lonza | CC-3181 | |
SMC growth factors (SmGM-2 SingleQuot) | Lonza | CC-4149 | Add to basal media before use |
0.5% Trypsin-EDTA 10X | Gibco | 15400-054 | Dilute to 2X with sterile dPBS |
Hemocytometer | VWR | 15170-208 | |
large petri dishes for SMC Plating (150mm) | Corning | 353025 | |
Bovine gelatin | Sigma | G-9382 | |
Human fibronectin | Corning | 356008 | 5µg/ml of fibronectin and store at -20 |
10x Hanks' Buffered salt solution (HBSS) | Gibco | 14065-056 | Dilute to 1x with sterile water |
10x Dulbecco's Phosphate buffered saline (dPBS) | Gibco | 14200-075 | Dilute to 1x with sterile water |
Disposable Curved Scalpel (30mm cutting edge) with handle | Amazon | MDS15210 | |
Forceps | Fisher | 17-467-201 | |
Cell lifter | Corning | 3008 | |
Cell scraper | BD Falcon | 353085 | |
50 mL conical tube | Corning | 352070 | |
10 mm petri dishes | Falcon | 35-1008 | |
Rneasy mini kit | Qiagen | 74104 | |
RNA lysis reagent | Qiagen | 79306 | |
Paraformaldehyde | Sigma | 158127 | Make 4% solution with dPBS |
70% ethanol | Fisher | 04-355-305 | |
Cavicide disinfectant | Fisher | 131000 | |
RIPA protein lysis buffer | Sigma | R0278 | |
Sonic dismembranator | Fisher | Model 50 | |
1x PBS for harvesting EC/SMC and immunocytochemistry | Gibco | 10010023 | does not need to be sterile |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Embedding/Sectioning/Staining | |||
Paraffin | Fisher | P31-500 | |
Automated tissue processer | Excelsior | ES | |
Embedding station + cold plate | Leica | HistoCore Arcadia | |
Tissue Tek Accu-Edge Microtome blade | VWR | 25608-961 or 25608-964 | |
Microscope slides | Thermo Fisher | 22-230-900 | |
Coverslips | Thermo Fisher | 12-548-5E | |
Prolong Gold mounting medium | Thermo Fisher | P36931 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Other Solutions | **Perform all steps in sterile conditions if using the solution on live cells | ||
Sterile dPBS | Autoclave water to sterilize. Using the sterile water make DPBS (450mL sterile water: 50mL 10X DPBS), mix and filter sterilize (0.2µm filter). Final concentration: 1X | ||
sterile HBSS | Autoclave water to sterilize. Using the sterile water make HBSS (450mL sterile water: 50mL 10X HBSS), mix and filter sterilize (0.2µm filter). Final concentration: 1X | ||
Fibronectin stock solution | Use 50mL of sterile water to fibronectin to make stock of 1mL aliquots, then freeze until needed Final concentration: 100µg/mL | ||
Fibronectin to coat SMC side of VCCC | thaw one aliquot and add 1mL of fibronectin (100µg/mL) to 19mLs of 1X HBSS to reach a final concentration of 5µg/mL. Final concentration: 5µg/mL | ||
2x Trypsin EDTA solution | Dilute the 10X 0.5% Trypsin-EDTA to 2X with 1X dPBS (40mL DPBS: 10mL 10X Trypsin) . Final concentration: 2X | ||
Blocking/antibody solution | (9mL 1X PBS, 25mL Triton X100, 50mg bovine serum albumin, 500mL normal serum) | ||
Bovine gelatin to coat EC VCCC | Mix 0.5g bovine gelatin into 100mL distilled water. Autoclave prior to first use and store at room temperature. Keep in sterile conditions. Final concentration: 0.50% | ||
1x PBS for harvesting cells | does not need to be sterile |
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