Method Article
* 이 저자들은 동등하게 기여했습니다
이 원고 osteoclast 형성에서 복잡 한 1 rapamycin의 포유류/기계적 대상의 역할을 연구 하 고 마우스 골 수에서 분리 및 문화 osteoclasts에 생체 외에서 프로토콜을 설명 합니다.
Osteoclasts 뼈 resorbing 고유는 골의 monocyte/대 식 세포 계보에서 차별화 하는 셀. Osteoclasts의 장애는 뼈 대사 질환, 골다공증 등의 시리즈에 발생할 수 있습니다. 병 적인 뼈 질량 손실의 방지를 위한 제약 목표를 개발 하는 선구자에서 osteoclasts 분화 메커니즘 이해 되어야 한다. 격리 하 고 많은 osteoclasts에서 생체 외에서 문화 능력이 osteoclast 차별화에 특정 한 유전자의 역할을 결정 하기 위해 중요 합니다. Osteoclasts에 복잡 한 1 (TORC1) rapamycin의 포유류/기계적 대상의 비활성화 수 osteoclast 수 감소와 증가 뼈 질량; 그러나, 근본적인 메커니즘 추가 연구 필요. 현재 연구에서 mTORC1 비활성화 osteoclast 형성에의 영향을 공부 하 고 분리 하 고 마우스 골 수에서 osteoclasts 문화 RANKL 기반 프로토콜을 설명 합니다. 이 프로토콜은 성공적으로 일반적으로 1 주일 이내 거 대 한 osteoclasts의 많은 수에서 결과. 랩 터 의 삭제 osteoclast 형성 장애 고 분 비 주석산 저항 산 성 인산 가수분해 효소, 그 mTORC1을 나타내는 osteoclast 형성에 대 한 중요 한의 활동을 감소.
뼈는 끊임없이 변화 장기 이며 osteoblasts 그리고 생활 내내 osteoclasts에 의해 개조. Osteoclasts 광물 화 된 매트릭스 재흡수에 대 한 책임은 osteoblasts 합성 하 고 새로운 뼈 매트릭스1분 비. 뼈 재흡수와 골 형성 사이 균형은 뼈의 유지 보수를 포함 하는 뼈 건강에 중요 한 대량 및 자극과 상해에 대 한 응답. 이 균형을 방해 하는 경우 골다공증 및 치 주 질환을 포함 한 일련의 뼈 대사 질환 발생할 수 있습니다. 이 질병에서 뼈 질량 손해 osteoclastic 뼈 재흡수 osteoblasts2,3의 능력을 형성 하는 뼈를 초과 합니다. 따라서, 골다공증 같은 골격 질환을 치료 하 제약 목표를 개발 하기 위하여 그것은 생성 및 osteoclasts4의 생물학을 이해 하는 중요 한.
Osteoclasts 독특한 거 대 한 multinucleated 세포 나 뼈 표면 근처에 위치 하 고 monocyte/대 식 세포 가족1에 속한다. Ibbotson K. J. 외. 1, 25-dihydroxy-비타민 D35를 포함 하는 매체와 osteoclast 같은 세포에서 생체 외에서 생성 하는 방법을 보고. Osteoclast 형성의 필수적인 요인으로 대 식 세포 콜로 니 자극 인자 (M-CSF) 및 핵 요인-κ B ligand (RANKL)에 대 한 수용 체 활성의 식별 극적으로 osteoclastogenesis 체 외 의 효율성 증가 1 , 6 , 7. 수 문화 osteoclasts에서 생체 외에서 세대의 우리의 이해와 osteoclasts의 규제 개선 했다.
2 구조적 및 기능적으로 뚜렷한 단지, 즉 mTORC1 및 mTORC28,9rapamycin (mTOR) 함수의 포유류/기계적 대상. 두 다 단백질 복합물은 다릅니다 서로 그들의 서로 다른 구성 요소와 다운스트림 기판. mTORC1 mTORC2 포함 mTOR (Rictor)9의 rapamycin을 구분 하지 않는 동반자 mTOR (랩 터)의 독특한 규정 관련 단백질을 포함 합니다. mTORC1 통합 하 고 통제 세포 성장, 증식 및 분화에 중요 한 신호를 전송할 수 있습니다. 최근에, 우리는 mTORC1 중요 한 역할 catabolic 뼈 재흡수의 네트워크에서 랩 터 osteoclasts10에서 mTORC1을 비활성화에 삭제에 의해 입증. 그러나, 근본적인 메커니즘 추가 연구 필요. 현재 연구에서 야생-타입 (WT) 및 랩Ctsk 마우스의 골 수 유래 세포 (BMMs)에서 osteoclasts를 생성 하 고 mTORC1 비활성화 osteoclast에의 영향을 공부 RANKL 기반 osteoclastogenic 메서드 사용 되었다 형성입니다.
동물에 관련 된 모든 절차 실험실 동물 케어 (APLAC)에 스탠포드 행정 패널에 의해 승인 하는 프로토콜에 따라 수행한 및 동물 관리 및 사용 위원회 상하이 연구소 생화학 및 세포의 승인 생물학입니다.
1입니다. 준비
2입니다. (주-1) 해 부
3입니다. 절연 (주-1)
4입니다. 도금 (0 일)
5. 차별화 (3-7 일)
6. 주석산 얼룩 저항 하는 산 성 인산 가수분해 효소 (함정)
참고: 성숙한 osteoclasts 생체 외에서 문화 (4 단계)의 6-7 일 후 존재할 수 있습니다.
7. 트랩 활동 부 량의 문화 매체
8. 서 부 럽
참고: 6-7 일 후 24-잘 접시에 생체 외에서 문화, 성숙한 osteoclasts 표시 되어야 합니다.
현재 프로토콜을 사용 하 여, 많은 수의 거 대 한 osteoclasts에 볼 수 있었다 주 6; 거 대 한 osteoclasts 볼 수 없습니다, osteoclast 차별화의 한 더 날 수 있습니다 (그림 1) 필요. 성공적인 osteoclast 대형 함정 얼룩 (그림 2A)에 의해 확인 됐다. Osteoclasts 이상의 3 핵으로 거 대 한 와인 레드/보라색 셀을 했다. 250 개 이상의 osteoclasts WT BMMs (그림 4A)에서 96 잘 접시의 각 우물에서 얻은 했다.
랩 터 의 삭제는 서쪽 더 럽 히 분석에 의해 확인 되었다, mTORC1의 비활성화는 S6 ribosomal 단백질 인 산화 (P-S6), mTORC1에 대 한 판독으로 널리 이용 되는 감소에 의해 결정 되었다 (그림 3).
트랩-긍정적인 osteoclasts 수 랩Ctsk BMMs WT 그룹 (그림 4A), 랩 터 결핍 osteoclast 형성 장애 표시와 비교에서 감소.
분 비 트랩의 활동은 중요 한 뼈 재흡수, 그리고 문화 매체에서 트랩 활동 현재 연구에서 분석 했다. 그림 4B같이 트랩 활동 WT에 랩Ctsk BMMs RANKL의 자극으로 인해 증가 했다. 또한, 트랩 활동 랩CtskBMMs 해당 WT 그룹에 비해 감소 (P < 0.05).
그림 1: osteoclast 유도 프로토콜의 회로도. BMMs 1 일에 고립 되었고 기본 α-MEM 매체와 알을 품을 하룻밤. 0 일에 BMMs 수집 되었고 96 잘 접시 24-잘 접시 10 ng/mL M-CSF와 α-MEM 매체 부 화 뒤에 도금. 3 일에 매체는 α-MEM 보통 20 ng/mL M-CSF와 20 ng/mL RANKL osteoclast 분화의 유도으로 변경 되었습니다. 5 일에 osteoclast 차별화 매체 변경 되었습니다. 6 일에 많은 osteoclasts 볼 수 있었고 osteoclast 분석 실험을 수행 했다. Osteoblasts 보이지 않았다, osteoclast 유도 매체 변경 되었습니다 하 고 인큐베이션 하루 더 계속. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2: osteoclasts의 대표적인 보기. (A) 거 대 한 osteoclasts 하루 6에 밝은 분야에서 관찰. 빨간색 선은 osteoclasts 테두리 설명. (B)는 일반적으로 거 대 한, multinucleated, 트랩 긍정적인 (와인 레드) osteoclast. 검은색 화살표 표시 multinucleated osteoclast의 두 핵. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3: mTORC1 비활성화에 랩Ctsk BMMs. 당일 6 WT에 BMMs Ctsk 랩 랩 터, P s 6와 S6 식의 분석을 더럽혀 서. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 4: 랩 터 의 삭제 장애인 osteoclast 형성. (A) 트랩 6 일에 BMMs의 얼룩. WT Ctsk 랩 그룹에 사각형의 높은 확대 이미지, 각각 표시 됩니다. 적은 거 대 한, 트랩 긍정적인 osteoclasts WT 그룹에 비해 랩Ctsk BMMs에서 형성 했다. (B) 트랩 활동 경작 WT 및 랩Ctsk BMMs. 데이터 대표 의미 ± S.D.* P < 0.05, n = 3. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
Osteoclastogenic 분석 결과 격리 하 고 문화 osteoclasts 생체 외에서12,13가장 널리 사용 되는 방법 이다. 동안 여러 RANKL 기반 osteoclast inductions 설명된13,,1415, 현재 연구는 이전 방법에 따라 일부 수정 프로토콜을 설명 합니다.
이전 연구에서 BMMs는 절연14,15직후 도금 했다. BMMs 중간 엽 줄기 세포를 즉시 접시에 준수는 섬유 아 세포 BMMs를 분리 하는 도금 전에 하룻밤 기본 매체와 경작 했다 하는 것이 좋습니다. M-CSF osteoclast 선구자에 monocytes의 확산을 촉진 하 고 osteoclast 선구자 RANKL을 바인딩하고 성숙한 osteoclasts6,,1617의 형성을 유도 하는 순위를 표현 하기 위해 자극 수 있습니다. 따라서, 우리의 연구는 BMMs 했다 유도 10 ng/mL M-CSF osteoclast 유도 하기 전에 3 일 동안 함께 대신 osteoclast 유도15도금 후 두 번째 날에. 셀 밀도 osteoclast 형성 시험관에 대 한 중요 하다. 25000 BMMs 10 ng/mL M-CSF를 가진 3 일 외피에 의해 96 잘 접시 다음의 각 음에 시드 했다 하는 것이 좋습니다. 셀 합류에 80-90%에 도달 하면 RANKL의 osteoclast 유도 위한 적당 한 시간 이다. 일반적으로, 성숙 osteoclasts 형태에 주 6. 몇 osteoclasts에 대 한 가장 일반적인 이유는 시드 저밀도 또는 낮은 세포 생존 능력의 결과 수 있는 차선의 셀 밀도입니다. BMMs 섬세 한 기본 세포 고 부드럽게 처리 될 필요가 있다. 오랜 동안 얼음에 뼈를 유지 하거나 적극적으로 resuspending BMMs의 가능성을 감소 하 고 이후 osteoclasts의 형성을 손상. 따라서, 가능한 BMMs의 최적의 시드 밀도 osteoclasts의 많은 수를 얻기 위해 필수적입니다.
분 비 트랩의 활동은 osteoclastic 뼈 재흡수에 중요 합니다. 이 연구에서 우리는 양적 문화 매체에서 분 비 트랩 활동을 분석 하는 방법을 설명 합니다. 문화 매체에서 트랩 활동의 변화는 osteoclast 번호의 변경 또는 분 비 트랩 osteoclast 또는 둘 다의 조합에서 발생할 수 있습니다. 따라서, osteoclast 함수에서 분석 생체 외에서 osteoclast 재흡수 분석 결과 함께 설명 하는 이전18유용한 방법 수 있습니다.
mTOR은 세포 신진 대사와 차별화9를 통제할 수 있다 봤을 보존 단백질 키 니 아 제 이다. 이 연구에서 우리는 그 mTORC1 osteoclast 형성을 조절 하 여 뼈 재흡수에 중요 한 역할을 재생을 발견. mTORC1는 나중에 골다공증과 같은 뼈 대사 질환의 치료에 대 한 잠재적인 약리 대상 수 있습니다.
요약 하자면, osteoclast 유도 대 한 우리의 프로토콜 성공적으로 많은 수의 생체 외에서 거 대 한 osteoclasts 귀착되 고 우리의 데이터는 mTORC1 osteoclast 형성에 대 한 중요 한 제안.
모든 저자 들은 관심의 없습니다 충돌 상태.
저자는 친절 하 게 제공 하는 시 약 및 마우스에 대 한 박사 Minghan 통 및 미 카토를 감사합니다. 우리는 유용한 토론 Zou 실험실의 구성원 감사. 이 교부 금에 의해 부분적으로 지원 되었다 973에서 9 사람들의 병원, 상해 Jiao 집게 대학의 학부의 임상 연구 프로그램은 중국 교육부의 과학 및 기술 (대부분) [2014CB964704, 2015CB964503]에서 프로그램. 세포 생물학 및 화학 생물학에 대 한 핵심 시설, 분자 세포 과학, 상하이 연구소 생화학 및 세포 생물학, 과학의 중국 아카데미의 우수성에 대 한 CAS 센터에 대 한 핵심 시설의 도움 주셔서 감사.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Raptorfl/fl mice | The Jackson Laboratory | 013188 | |
Ctsk-cre mice | a gift from S. Kato, University of Tokyo, Tokyo, Japan | ||
α-MEM | Corning | 10-022-CVR | |
Glutamine | Gibico | 25030081 | |
Penicillin streptomycin | Gibico | 15140122 | |
Fetal calf serum | BioInd | 04-001-1A | |
Recombinant mouse M-CSF protein | R&D | Q3U4F9 | |
Recombinant mouse RANKL protein | R&D | Q3TWY5 | |
RBC lysis buffer | Beyotime | C3702 | |
Trypan blue | Sigma-Aldrich | 302643 | |
Acetone | Shanghai Chemical Co. Ltd. | ||
Citrate solution | Sigma-Aldrich | 915 | |
Formaldehyde solution | Shanghai Chemical Co. Ltd. | ||
Acid Phosphatase, Leukocyte (TRAP) Kit | Sigma-Aldrich | 387A-1KT | |
Fast Garnet GBC Base solution | Sigma-Aldrich | 3872 | |
Sodium Nitrite Solution | Sigma-Aldrich | 914 | |
Naphthol AS-BI Phosphate Solution | Sigma-Aldrich | 3871 | |
Acetate solution | Sigma-Aldrich | 3863 | |
Tartrate solution | Sigma-Aldrich | 3873 | |
Dulbecco's phosphate-buffered saline | Corning | 21-031-CVR | |
L-tartaric acid | Sigma-Aldrich | 251380 | |
Sodium tartrate dibasic dehydrate | Sigma-Aldrich | s4797 | |
Glycine | Shanghai Chemical Co. Ltd. | ||
MgCl2 | Shanghai Chemical Co. Ltd. | ||
ZnCl2 | Shanghai Chemical Co. Ltd. | ||
NaOH | Shanghai Chemical Co. Ltd. | ||
Phosphatase substrate | Sigma-Aldrich | P4744 | |
anti-Raptor | Cell Signaling Technology | 2280 | |
anti-P-ribosomal protein S6 (S235/236) | Cell Signaling Technology | 2317 | |
anti-ribosomal protein S6 | Cell Signaling Technology | 2211 | |
anti-β-actin | Santa Cruz Biotechnology | sc-130300 | |
37% formaldehyde | Xilong scientific | ||
polyvinylidene fluoride (PVDF) membrane | Bio-Rad | ||
Western Chemiluminescent HRP Substrate (ECL) | Millipore | 00000367MSDS | |
IX71 | Olympus | ||
Envision | Perkin Elmer | ||
0.45-mm Syringe | |||
Scissor | |||
Mosquito forcep |
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