拟胚体高密度培养促进小鼠胚胎干细胞向心肌细胞分化
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782 Tianiin Med J,Aug 2013,Vol 41 No 8 实验研究 doi:lO.3969 ̄.issn.0253—9896.2013.08.012 拟胚体高密度培养促进小鼠胚胎干细胞向心肌细胞分化 陈明 毕琳琳 赵芳 王智泉 干学东 王扬淦 【摘要】 目的探讨拟胚体(EBs)培养密度对小鼠胚胎干细胞(ESCs),t ̄,肌细胞分化的影响。方法小鼠ESCs 经过悬滴培养后形成EBs后,以高、低密度(120、60个EBs/60mm组织培养皿)贴壁培养,免疫荧光检测心肌特异性蛋 白肌钙蛋白T(TnT)的表达。在不同时间点计算不同密度组搏动EBs百分比;RT—PCR检测Nkx2.5、GATA4、B~MHC及 ANF基因表达水平;Western—blot检测TnT及p38表达水平。结果通过悬滴培养法形成的EBs能够出现自发性搏 动并且有TnT表达。高密度培养组与低密度培养组相比具有更高的搏动EBs百分比,Nkx2.5、GATA4、13一MHC和 ANF基因高表达水平,以及TnT蛋白高表达水平(P<0.05)。高密度培养组的p38活性更高,使用p38特异性阻断剂 SB203580能够降低高密度组搏动EBs百分比和TnT蛋白表达水平。结论 EBs贴壁培养密度是影响ESCs向心肌细 胞分化的一个重要因素,EBs高密度培养相比于低密度培养能够获得更大程度的心肌分化,且该现象可能是由p38 信号通路所介导。 【关键词】胚胎干细胞;细胞计数;肌细胞,心脏;细胞分化;肌钙蛋白T;p38丝裂原活化蛋白激酶类;拟胚体 High Density Culture of Embryoid Bodies Enhanced Cardiac Diferentiation of Murine Embryonic Stem C;ells CHEN Ming ,BI Linlinz,ZHAO Fang ̄,WANG Zhiquan ,GAN Xuedong ,WANG Yanggan 1Department of Cardiology,Zhongnan Hospital of Wuhan University,Wuhan 430071,China; 2 Department ofNeurobiology,Southern Medical University [Abstract】Objective To investigate the role of different culture densities of embryoid bodies(EBs)in cardiac dif- ferentiation of mouse embryonic stem cells(ESCs).Methods The mouse ESCs were cultured in hanging drops for 3 days, followed by another 2 days ofr suspension culture to ofrm EBs.Suspended EBs of different densities(60 or 1 20 EBs/60 mm tissue culture dish)were transferred onto tissue culture plates.The cardiac speciifc troponin T nT)was detected by immu- nocytochemisty.The rpercentage of beating EBs was calculated at different time points.The mRNA expression of cardiac spe— ciife transcriptional factors Nkx2.5.GATA4 and cardiac speciifc proteins 3-MHC and ANF were detected by RT—PCR.The protein expressions of TnT and p38 were detected by Western—blot assay.Results Spontaneously beating EBs were posi— tively stained with TnT.There were significantly higher percentage of beating EBs,higher gene expression levels of Nkx2.5, GATA4,B—MHC and ANF and higher protein expression of TnT in hi gh density culture group than those of low density cul— ture group fP<0.05).Furthermore,there was significantly higher activity of p38 pathway in high density culture group than that of low density Cu ̄ure group.And the percentages of beating EBs and TnT protein expression were decreased by p38 pathway inhibitor SB203580.Conclusion The culture density of EBs is important in regulating the cardiac differentiation of ESCs.The high cell—density density culture of EBs enhances the cardiac differentiation of ESCs,which might be mediated by p38 signaling pathway. [Key words】embryonic stem cells;cell count;myocytes,cardiac;cell differentiation;troponin T;p38 mitogen—acti- vated protein kinases;embryoid bodies 胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)具有多 养,其中悬滴培养是EBs形成以及诱导心肌细胞分 向分化潜能,能够分化成外胚层、中胚层和内胚层3 化最常用的方法。但是通过悬滴法促心肌分化的程 个胚层的多种细胞,包括中胚层的心肌细胞。ESCs 度有限,因此观察影响悬滴法促心肌分化的因素并 源性的心肌细胞已经用于心肌梗死和病态窦房结综 通过优化培养方案提高心肌分化程度很有必要-z 。 合征动物模型的移植n 。体外通过形成拟胚体(em. 国家自然科学基金资助项目(项目编号:81200119);高 bryoid bodies,EBs)促进ESCs向心肌细胞分化。有3 校基本科研业务费专项资金(项目编号:121007) 种方法可体外促使ESCs形成EBs,分别是细菌培养 作者单位:1武汉大学中南医院心内科(邮编430071);2南方 皿中悬浮培养、甲基纤维素半固体培养以及悬滴培 医科大学神经生物学教研室 天津医药2013年8月第41卷第8期 783 笔者既往研究表明,形成EBs的起始ESCs数量以及 验方法参照说明书。GAPDH作为内参,各基因mRNA相对 EBs贴壁时间是影响心肌细胞分化的2个重要因素 。 本研究拟观察EBs的贴壁培养密度对ESCs心肌细 胞分化的影响。 1材料与方法 1.1材料小鼠细胞系El4购自美国模式培养物集存库 表达水平用2- ̄c,法分析。 1.5 Western—blot检测肌钙蛋白T(rrnT)及p38蛋白表达水 平在ESCs分化不同时间点用RIPA裂解液(50 mmoULTris— HCI pH7.4,1%NP40,150 mmol/L NaC1,0.I%SDS,1 mmol/L PMSF)分别提取低密度培养组、高密度培养组及高密度培养+ SB203580组的总蛋白。取20 g蛋白样品,使用SDS-PAGE 电泳,分离的蛋白转至PVDF膜上。用5%脱脂奶粉封闭后, 加入兔抗Cardiac Troponin T或者兔抗p38 MAPK4℃孵育过 夜。用TBST洗膜后加入用HRP标记二抗,室温孵育1 h后洗 (ATCC)。ESCs培养基:高糖DN ̄EM添加15%胎牛血清(Gib— CO),1 000 U/mL小鼠白血病抑制因子(LIF)购自Chemicon公 司,1%双抗(Sigma),0.1 mmol/L B巯基乙醇、0.1 mmol/L非必 需氨基酸(Gibco)。EB培养基:高糖DMEM添加20%胎牛血 清,1%双抗,0.1 mmol/L B巯基乙醇,0.1 mmol/L非必需氨 基酸。 1.2 ESCs的培养ESCs复苏后按1×105个/mL接种于丝裂 霉素C处理的小鼠胚胎成纤维细胞(mouse embryonic fibro— blast,MEF)饲养层上,ESCs培养基每1~2 d换液1次,ESCs 每2~3 d传代1次。 1.3 ESCs心肌分化取生长旺盛的ESCs,吸出ESC培养 基,以0.25%胰酶+0.04%EDTA消化液将ESCs消化成单个细 胞悬液,将细胞悬液按1 000 drain离心5 nlin,弃上清。以EB 培养基重悬细胞,调整细胞浓度,使每2O l 细胞培养液中约 含1 000个ESCs。在无菌细菌皿皿盖上接种20 的细胞悬 液若干滴,悬滴完毕后将皿盖反扣于装有PBS的细菌皿上。 开始做悬滴培养的天数计为分化第0天。悬滴培养3 d后,收 集皿盖上悬滴培养形成的EBs置于皿内做悬浮培养。悬浮 培养2 d后,吸出EBs置人铺有明胶的组织培养皿(60mm)做 贴壁培养。高密度培养每皿置入120个EBs,低密度培养每 孑L置人60个EBs。在不同的分化天数记录各组搏动EBs的 百分比,每次至少计数50个EBs。分化第5天至第7天加人 p38特异性阻断剂SB203580,使其终浓度为1 txmol/L。 1.4 Real—time PCR检测Nkx2.5、GATA4、B—MHC和ANF基 因表达在ESCs分化指定时间点,用TRIzol(Invitrogen)提取 总RNA,以总RNA为模板逆转录合成cDNA第一链。逆转录 产物进行PCR反应,检测各种基因表达水平,各基因引物序 列见表I。PCR反应使用SYBR Premix Ex Taq II(Takara),实 Table 1 Primers for RT—PCR analysis 表1 RT—PCR引物序列 基因 引物(5'---,3 ) 大小(bp) Nkx2.5 上游GcTACAAGTGcAAGCGAcAG 下游GGGTAGGCG rTGTAGCCATA GATA4上游TCAAACCAGAAAACGGA AGC 下游GTGGCATTGcTGGAG_rrAcc B—MHC 上游TGcAAAGGcTCCAGGTCTGAG 下游GCCAAcACcAAccTGTccAAG ANF 上游GAGGAGAAGAT(;CcGGTAGA 下游AGCAGCTGGATcTTCGTAGG GAPDH上游TCGTCCGGTAGACAAA ATGG 下游GAGGTCAATGAAGGGGTcGT 膜。加入增强化学发光(ECL)反应液,暗室显影定影。采用 B—actin作为内参,以相对灰度值表示蛋白表达量。 1.6免疫荧光检测TnT蛋白贴壁培养的EB,于分化第12 天吸出EB培养液,用PBS清洗3遍,加入4%的多聚甲醛固定 15 rain。PBS清洗3遍,每次5 min。0.2%Triton破膜20 min, I%BSA封闭30 arin。37℃下与兔抗Cardiac Troponin T孵育 2 h。PBS清洗3遍,每次5 arin。37℃下与标记有Cy3的二抗 孵育1 h。PBS清洗3遍,每次5 min,加入1 mg/L Hoechst33258常 眄育10 min。PBS清洗3遍,每次5 arin,荧光显微镜下观察。 1.7统计学方法应用SPSS 13.0软件包对数据进行统计学 处理,实验结果以 +j表示,组间比较采用样本t检验, P<0.05为差异有统计学意义。 2结果 2.1 ESCs的增殖和分化ESCs生长在MEF饲养层 上呈鸟巢状集落样生长,细胞排列紧密,分界不清, 保持未分化状态,维持干性,见图1A。去除MEF饲 养层及LIF后,ESCs经过3 d的悬滴培养后,ESCs聚 积形成球形结构即EB,见图1B。再悬浮培养2 d后 置人铺有明胶的组织培养板上,EBs在24 h内贴壁 生长,贴壁的EBs渐渐摊平,呈单层细胞生长,类似 荷包蛋,见图lc。部分贴壁培养的EBs逐渐开始出 现自发性搏动,在分化第12天,免疫荧光可以检查 到心肌特异性蛋白TnT的表达,见图1D。 Hoechst33258染色结果见图lE。 2.2高密度培养组与低密度培养组心肌分化程度 比较 2.2.1搏动EBs百分比比较分化第7天,高密度 培养组开始有自发性搏动,但低密度培养组没有搏 动,其于分化第8天开始出现自发性搏动。2组搏动 EBs百分比在分化第7~l4天之间随时间增加而增 加,但是到分化第l8天开始出现下降。在分化第8、 l0、12、14、18天,高密度培养组的搏动EBs百分比高 于低密度培养组(尸<0.05),见图2。 2.2.2 Nkx2.5、GATA4、p—MHC和ANF基因表达比 较在分化第7天,高密度培养组的心肌特异性转 录因子Nkx2.5和GATA4基因表达水平高于低密度 784 Fianjin Med J.Aug 201 3,V‘ 41 一 一l00 80 60 40 20 0 窨sH 站 一低密度培养组 口高密度培养组 低密度培养组高密度培养组高密度培养 组+SB203580 _ _■—◆ FnT 分化天数(t1) 与低密度培养组比较 ,一0.05,一P<0.0I Figure 2 The peJ’centages of heating EBs at diferent differentiation time points I.0 。 。 2 同分化天数搏动EBs百分比 组(尸<0.01),在分化第14天,高密度培养组的心肌 特异蛋白3-MHC和ANF基因表达水平均高于低密 度组(P<0.01),见图3。 l4 l2 茬0 跚 苫0 o-o 低密度培养组高密度培养组高密度培养组+ SB203580 螽10 鬈s 要 蚤 昌 4 “与低密度培养组比较P O.01; 与高密度培养组比 较P<0.Ol [igure f4 Western—blot analysis of TnT protein levels 图4 Westez・I1一blot检测Tnq、蛋白表达水平 高密度培养组低密度培养组 Nkx2.5 GA FA4 31一MHC ANF 一与低密度培养组比较P<0.0l Figure 3 Compal’ison( Nkx2.5.GArrA4.3-MHC an(1 ANF transcriptional levels between two grt)ups 罔3 2组Nkx2.5、GATA4、3-MHC和ANF基因表达水平比较 2.2.3 TnT蛋白表达的比较分化第l4天,高密度 培养组的TnT蛋白表达水平高于低密度组(P< 0.o1);高密度培养+SB203580组的TnT表达水低于 高密度培养组(P<0.01), 图4。 2.3高、低密度培养组p38活性比较在分化第8 天检测p38蛋白表达水平,结果高密度培养组相比 低密度培养组有更高的p38活性,见图5。分化第10 及l4天,高密度培养组使用SB203580后,搏动EBs 百分比下降,见图6。 3讨论 1.O 0.8 * 0.6 0.4 0.2 O.O 高密度培养组 低密度培养组 一与低密度培养组比较P<O.Ol Figure 5 Western—blot analysis of p38 protein levels 影响EB分化方向的冈素包括EB大小、可溶性 5 Westel_J1一blot检测p38蛋白表达水平 。笔者既往研究发现形成EB起 刺激因子、细胞外基质相互作用及细胞与细胞的黏 酸及维生素C等I 000时,心肌分化程度高于起始数 附作用等。关于可溶性刺激 子的研究很多,促进 始ESCs数量为lESCs向心肌细胞分化的可溶性冈子包括一些生长 量为400和4 000时,并且EB贴壁时间过早(分化第 。本研究 因子如骨形成蛋白(BMPs)家族、Wnt家族、成纤维 4天及之前)可以明显抑制ESCs心肌分化 1细胞生长因子(FGFs)家族,化学复合物DMSO、维甲 表明,EB贴壁培养密度也是影响EB心肌分化程度 一登 暑邕 鼙 天津医药201 3年8』{第41卷第8期 高衔度培养组 高密度培养组 +SB2O3580 785 1OO 80 60 40 20 O 【夫l子表达来ESCs心肌分化尚需进一步研究。 总之,EB培养密度是影响EB向心肌细胞分化 的一个重要的因素,高密度EB培养相比于低密度 EB培养能够获得更大程度的心肌分化,并且这个现 象与p38的活性有关系。 (图1 插贞) 分化天数(d) 参考文献 【1 1 Murry CE,Kellm G.Differentiation of emb!‘yonic stem cells to elini— call3,relevant populations:lessons fr()rn embryonic development lJ】. Cell,2008,1 32(4):661—680. haman K._raking stem cells to the clinic: I2l Bongso A,Fong CY Gaut“与高密度培养组比较P 0.0l Figure 6 b]feets of SB203580 O13 the percentage of beating ElI:s in high density cuhure group 图6 SB203580对高密度培养组搏动EBs百分比的影响 Major ehallenges川.J(:el I l ̄iaehem,2008.1 05(6):1 352—1 360. 的一个因素,高密度培养的心肌分化程度高于低密 度培养的心肌分化程度。 MAPKs是真核细胞内的重要的信号转导酶,是 酪氨酸蛋白激酶体系的一个重要家族,参与细胞的 生长、增殖、分化。研究表明p38MAPK通路在哺乳 3 Chen M,l,in YQ,Xie SI ,et al Enriehment of cardiac diferetiation of nlonse elnl:)yonire stem eells by opti ̄nizitIg the hanging drop meth一 0(IIJ1.Biotechnol Lett.201 1.33(4):853—858. 4 Park J,Cho CH,Parashm‘ama N,et a1.Miel・ofabri( ation—based m0d— ulation of embr)roni( sten1(,ell diftiwentialion 】.Lab Chip,2007,7 r81:lO18—1028. 动物体节形成早期和肌节形成中发挥重要作用。通 过分析p38MAPK特异药物阻断剂和缺乏p38a基因 Boheler KR,Czyz J,Twee(1ie D.el al,1)iferentiation of pluripotent embryonic stem cells into car(tiomyn(’yles….Circ Res.2002.9 1 (3):189~201. ZZ.Extrinsic regularian of cardiomyocyte dif- f6 J Chen K.Wu k Wang 的ESCs分化能力,都可以发现p38MAPK参与ESCs 分化谱系选择 。笔者既往研究表明p38MAPK特异 阻断剂能够抑制ESCs向心肌细胞分化 。本研究发 现,高密度培养组的p38活性高于低密度培养组,使 ferential[ion of embD,onic stem eellslJ].J Cell Bioehem,2008,104 (1):1 19-128. Dural D,Malaise M,Reinhardt B,el a1.A p38 inhibitor allows t() dissoeiate difm'entiation and apoptotie processes triggered upon 用SB203580能够降低高密度培养搏动EBs百分比 及TnT的蛋白表达水平。这些结果提示p38在ESCs 心肌分化过程中发挥重要的作用,不同密度培养的 EB心肌分化程度差异与p38的活性有关系。但是 关于高密度培养影响到哪些生长因子进而影响到 p38的活性,以及p38通过影响哪些转录因子及生长 Lit withdrawal in n]ouse embryonie slen]cells[J].Cell Death Differ, 200h4.11(3):33I-34】. 【8】Chen M,Lin YQ,Xie SI|.et a1.Mitogen—activated protein kinase in endothelin— 1—’indueed cardiae differentiation of mouse embryonic stem cells[J].J Cell Bioehem,2010,1 1 1f61:1619—1628. (2013一O1—25收稿2013—03—25修回) (本文编辑闰娟) 国内外研究快讯 VEGF调节足细胞上的TRPC6离子通道 m浆巾m管内皮细胞生长凶子(VEGF)浓度的升高 以及足细胞 瞬时受体电位阳离子通道蛋白6(TRPC6) 合成的阻滞剂,环己酰亚胺存在时,没有观察到VEGF 对TRPC6蛋白表达水平的促进作川,这表明VEGF对 TRPC6的这种作H】需要从蛋白合成外始。VEGF165显 著增加了足细胞【f】 rRPC6媒介的钙内流。使用RNA于 的过度表达郜和肾脏疾病的蛋白尿有关,因此,本实验 重点研究r VEGF是 能调节足细胞上TRPC6的表 达。研究使用VEGFI65处理培养的足细胞,分别川定 量RT—PCR逆转录一聚合酶链反应和免疫印迹法来分析 TRPC6 mRNA和蛋白的表达。共聚焦娃微镜分析用黄 色荧)匕蛋n标记的足细胞上的 FRPC6。TRPC6相火的 扰技术敲除TRPC6基因后,足细胞巾的钙内流显著降 低。免疫组化结果显爪:和对照组相比.糖尿病肾病患 者足细胞上的TRPC6通道蛋白和2型VEGF受体蛋白 (VEGFR一2)都有所增加。存人的肾皮质中VEGFR一2 mRNA和 FRPC6 mRNA 著千【I火fn=48;f=0.585;P< 0.0ou。研究结果提爪VEGF可以足细胞上的 FRPC6。 钙离子内流』fJ荧光定量的方法来分析。糖尿病肾痫组 和对照组肾脏组织免疫荧光和免疫组化分析结果表明, 使用VEGFl65处理培养的足细胞后能够显著增力II TRPC6 mRNA的表达和蛋白水平,并且VEGF165的这 种作用具有剂量依赖性,而且,磷酸次黄苷酸3一激酶抑 制剂能够阻断VEGF的这种作用。当一种蛋门质生物 (刘晔摘27:92l-929) 杨卓审校译自Nephrol Dial Transplant,2012, 双重免疫组化技术检测胃低分化腺癌误诊为淋巴瘤一例 (正丈见762页 卜、igtII 1 Th(-l 。I‘ aph ’hii t-t“gash 。 lrdia( neoplasll/(a:lie×40:h:…c×1O0) J冬『1 I f fI’jf}= f 物)匕镜『gl“l:ItE×40:h:HE×1001 肿瘤细胞CEA阳件‘ 棕色 问质淋巴细胞1 (:A阳,r I D:.】 包 iohislo ̄。helnisil’y figur ̄、s ol gasII’ic cardiac l1P01)Ias『I1(rl( uhJP staining X 100 2 胃 门邮l】1】物免嫂 化 色 (双 ×100) 拟胚体高密度培养促进小鼠胚胎干细胞向心肌细胞分化 (正文见782页 I }{I I + ’{ A }一 …B U I Figme I Fhi morphol Ilf ESCs and EBs 图l ESCs和Ells形态 ,f/