We are grateful for expert technical assistance from the UNC Flow Cytometry Core and UNC Microscopy Core. We thank members of the Qian lab and the Liu lab for helpful discussions and critical reviews of the manuscript. This study was supported by NIH/NHLBI R00 HL109079 grant to Dr. Liu and American Heart Association (AHA) Scientist Development Grant 13SDG17060010 and the Ellison Medical Foundation (EMF) New Scholar Grant AG-NS-1064-13 to Dr. Qian.

여기에 설명 된 프로토콜은 신생아 마우스를 사용합니다. 동물 관리 및 실험은 노스 캐롤라이나 대학 부문 실험 동물 의학 (DLAM), 채플 힐에 의해 설립 된 지침에 따라 수행된다. 버퍼 및 미디어 1. 준비 <ol><li> 섬유 아세포 (FB) 매체를 준비 : 100 ㎖ 태아 소 혈청 (FBS), 6 ml의 페니실린 / 스트렙토 마이신 500 ml의에게 IMDM 미디어를 보충합니다. </li><li> 100㎖의 M199 배지 및 50ml의 FBS와 400 mL의 DMEM 배지를 보충 : ICM 매체를 준비한다. </li><li> B27 매체를 준비 : 10 ML의 B27 매체와 490 ml의 RPMI 1640 미디어를 보충합니다. </li><li> 플랫-E 배양 배지를 준비 : 50 ㎖의 FBS, 5 ml의 페니실린 / 스트렙토 마이신, 5 ml의 비 필수 아미노산과 500 ml의 DMEM 미디어를 보충합니다. </li><li> 플랫-E 형질 전환 매체를 준비 : 50 ㎖의 FBS 및 5 ml의 비 필수 아미노산과 500 ml의 DMEM 미디어를 보충합니다. </li><li> 홍보epare 젤라틴 24 웰 플레이트를 코팅 : 24 웰 플레이트의 잘 0.5 ml의 0.1 % 젤라틴 용액을 추가, 바로 사용하기 전에 최소 10 분, 흡인 37 ℃에서 배양한다. </li><li> 라벨링 FACS 완충액을 제조 : 2 mM의 최종 농도에 도달하는 10 ㎖의 FBS와 2 ml의 EDTA (0.5 M)과 500㎖의 DPBS를 보완. 4 ° C에서 0.22 μm의 필터와 저장소를 통해 전달합니다. </li><li> MACS 완충액을 선별을 제조 : 2 mM의 최종 농도에 도달하기 위해 2.5 g의 BSA 및 2 ㎖의 EDTA (0.5 M)과 500㎖의 DPBS를 보완. 4 ° C에서 0.22 μm의 필터와 저장소를 통해 전달합니다. </li><li> 형질 전환을 위해 배 HBS 버퍼를 준비 : 280 mM의 염화나트륨 (8.1816 g)을, 10 밀리미터의 KCl (0.37275 G), 1.5 밀리미터 나 2 HPO 4 (0.10647 G), 12 mM의 포도당과 500 ml의에게 HEPES 버퍼 (50 mm)를 보완 (1.08096 g의 ). 7.05-7.12하여 pH를 조정하기 위해 약 650 μL 10 N의 NaOH를 추가합니다. 4 ° C에서 0.22 μm의 기공 필터와 저장소를 통해 필터링합니다. </li><li> 형질 2.5 M CaCl2를 솔루션을 준비 : 18.376 g의 칼슘을 추가CL 2-50 ML의 DDH 2 O 4 ° C에서 0.22 μm의 기공 필터와 저장소를 통해 필터링합니다. </li><li> ICC (면역 세포) 고정 버퍼를 준비 : 4 %의 최종 농도에 도달하기 위해 35 ML의 DPBS에 5 ml의 파라 포름 알데히드 (PFA, 32 %)를 첨가. </li><li> ICC의 투과성으로 버퍼를 준비한다 : 0.1 %의 최종 농도에 도달하는 100 ㎖의 DPBS 0.1 mL의 트리톤 추가. </li><li> ICC 블로킹 완충액을 제조 : 5 %의 최종 농도에 도달하는 100 ㎖의 DPBS에 5g 소 혈청 알부민 (BSA)을 추가한다. </li><li> ICC 염색 버퍼를 준비 : 1 %의 최종 농도에 도달하는 100 ㎖의 DPBS로 1g의 BSA를 추가한다. </li></ol> 신생아 마우스 심장 섬유 아세포의 2 세대 <ol style="margin-left: 40px;"><li> 절편 배양 방법에서 심장 섬유 아 세포를 생성 <ol><li> 청소 신생아 αMHC-GFP 형질 전환 마우스 75 % 에탄올 (P2에 P1). 멸균 가위로 머리를 잘라. 그런 다음 다른 하나의 겨드랑이 아래에서 수평 절개를합니다. 멸균을 사용하여무딘 구부러진 집게는 심장을 해부하고 얼음처럼 차가운 PBS 버퍼를 포함하는 24 웰 플레이트 잘 하나에 배치합니다. <ol><li> 또한, 수평 절개 한 후 심장을 짠다. </li></ol></li><li> 형광 현미경으로 마음에 GFP 발현을 확인합니다. GFP 발현이 심장 특이 적 프로모터이다 αMHC 프로모터에 의해 구동되기 때문에 부정적인 마음이 어떤 형광 희미 동안, 형질 전환 마우스의 심장, 녹색 (15)에 있어야합니다. </li><li> 60mm 센터 웰 배양 접시에 3 ~ 4 GFP 긍정적 인 마음을 가지고 멸균 가위와 집게로 작은 조각 크기가 1mm 미만 3로를 말하다. </li><li> 2 ml의 FB 매체와 한 10cm 접시에 3-4 다진 마음을 놓습니다. 조직을 3 시간 동안 정착하자. </li><li> 천천히 심장 조직을 포함하는 요리 8 ml의 예열 FB 미디어를 추가 할 수 있습니다. 사흘 동안 조직을 방해하지 마십시오. </li><li> 3 일 미디어를 교체합니다. </li><li> 7 일, aspir에문화 매체를 먹고 DPBS로 세포를 씻어. 각 접시에 3 ml의 0.05 % 트립신을 첨가하고 5 분 동안 37 ℃에서 다이제스트. </li><li> 트립신을 해소하기 위해 5 ml의 FB 미디어를 추가합니다. 부드럽게 세포 스크레이퍼와 세포를 분리. 위로 더 기계적으로 조직을 떼어 놓다 아래로 미디어를 피펫. </li><li> 세포를 수집하고 심장 조직 절편의 오염을 방지하기 위해 40 μm의 셀 스트레이너를 통해 필터링 한 후 5 분 동안 200 XG에서 회전하여 세포 펠렛. </li><li> 세척 세포는 한 번 맥 버퍼 및 세포 분류에 대한 준비가되어 있습니다. </li></ol></li><li> 효소 분해 방법에서 심장 섬유 아 세포를 생성 <ol><li> 수확 GFP 2.1.1와 같은 긍정적 인 마음입니다. 10 ml의 얼음처럼 차가운 DPBS와 10cm 접시에 모든 마음을 전송합니다. </li><li> 혈액을 제거하고 얼음처럼 차가운 DPBS로 한번 씻어 살균 집게와 심실을 짜내. </li><li> 다른 조직과 지방의 자유를 마음을 낸다. </li><li> 여전히 느슨하게 연결되어 약 4 조각으로 각각의 심장을 잘라. </li><li> 20 미만 마음, 8 ml의 따뜻한 0.05 % 트립신 - EDTA와 15 ML 원뿔 튜브에 마음을 전송하고, 15 분 동안 37 ℃에서 배양합니다. <ol><li> 20-30 마음이있는 경우, 10 ml의 따뜻한 0.05 % 트립신 EDTA로 50 ㎖ 원뿔형 튜브에 마음을 전송하고, 15 분 동안 37 ℃에서 배양한다. </li></ol></li><li> 트립신을 취소하고 HBSS 또는 (20 ~ 30 하트) 10 ml의 따뜻한 II 형 콜라겐 (0.5 ㎎ / ㎖) (20 미만 마음이) 5 mL를 추가 할 수 있습니다. </li><li> 소용돌이가 4-6 주위에 속도 수준에서 1 분 vortexer를에 튜브 (액체가 뚜껑까지하지 않는 경우, 속도는 괜찮습니다). </li><li> 3 ~ 5 분 동안 37 ℃로 물을 욕조에 튜브를 품어. </li><li> 1 분 동안 튜브를 소용돌이. </li><li> 조직 조각이 정착 될 때까지 중력에 의해 1 분 동안 퇴적물은 5 ml의 차가운 FB 매체를 포함하는 새로운 튜브에 액체를 수집합니다. </li><li> 반복 2.2.6-2.2.10 3-5 번 단계를 반복합니다. </li><li> 40 μm의 셀 스트레이너를 통해 필터링하여 모든 모음을 결합단일 세포 현탁액을 확인합니다. </li><li> 4 ℃에서 5 분 200 XG에 원심 분리기. </li><li> 재현 탁 (10) ML의 맥 버퍼에있는 세포, 4 ℃에서 5 분 200 XG에 원심 분리기. </li><li> 선택적 : 1 ml의 RBC 용해 완충액 (150 mM의 NH 4 CL, 10 mM의 KHCO 3, 0.1 mM의 EDTA)과 혈액 세포에 resuspend 세포가 많이 존재한다면, 10 ㎖의 MACS로 희석시키고, 1 분간 얼음 위에 유지 버퍼 및 5 분 200 XG에 원심 분리기. MACS 버퍼와 한 번 더 씻는다. </li></ol></li><li> 맥에 의해 Thy1.2 + 섬유 아 세포의 분리 (자기 활성화 된 셀 정렬) <ol><li> 트리 판 블루 염색을 통해 생존 세포 수를 결정합니다. <ol><li> 단계 2.2.14에 10 ml의 세포 현탁액 10 μL 세포를 꺼냅니다. 10 μL 0.4 % 트리 판 블루 용액을 섞는다. </li><li> 혈구에 혼합물을 추가합니다. 이 3 ~ 5 분간 방치 한 후 현미경으로 즉시 검사 할 수 있습니다. 파란색과 생존 세포에 염색 된 죽은 세포는 흠이다. </li><l난&gt; 혈구의 네 1mm 코너 사각형의 모든 가능한 세포를 계산합니다. 생존 세포 수를 결정 광장 × 2 (희석 배수) 당 평균 횟수가 4 × 10 10 (세포 현탁액의 전체 볼륨을) ×. </li></ol></li><li> 이하 1 × 10 7 세포의 경우, 90 μL 10 μL의 Thy1.2 마이크로 비드와 재현 탁 세포는 맥 버퍼를 냉각. 이상 1 × 10 7 세포가 비례하는 경우 더 많은 구슬을 추가합니다. 잘 혼합하고 30 분 동안 냉장고 (2-8)에 품어. </li><li> 10 ml의 맥이 버퍼와 스핀 샘플 5 분 200 XG에 추가; 다시 10 ml의 맥 버퍼와 원심 분리기로 한 번 씻는다. </li><li> MACS 버퍼에 2 ml의 부피를 가져와. </li><li> 맥 구분 후드에서 설정합니다. 분리기에 LS 열을 삽입합니다. 맥 컬럼에 버퍼 3 ㎖ 그것을 평형에 적용됩니다. </li><li> 평형 LS의 칼럼을 통해 세포 현탁액을 전달합니다. </li><li> 마다 버퍼 2 ML의 맥 3 회 반복한다. </li><li> T 오프 LS 열을 가라그 세퍼레이터는 MACS 새로운 50 ㎖ 튜브에 버퍼 2 ㎖로 3 회 용출. </li><li> 5 분 동안 200 XG 스핀. </li><li> 10 ㎖의 FB 배지에서 재현 탁 세포는 세포를 계산하고 적당한 농도로 플레이트에 시드. 이식편 배양 방법에서 생성 된 섬유 아세포를 들어, 시드 세포 밀도는 약 2-3 × 104 세포 / 웰로 24 웰 플레이트 일 수있다. 효소 분해 방법에서 발생하는 섬유 아세포를 들어, 세포 밀도는 약 4 ~ 5 × 10 4 세포 / 웰 24 웰 플레이트 될 수 있습니다. </li></ol></li></ol> ICM 재 프로그래밍을위한 레트로 바이러스의 3 세대 참고 : 무균 조건 하에서 BSL2 생물 안전 캐비닛에서 다음 단계를 수행합니다. 형질 감염된 세포, 피펫 팁 및 튜브의 적절한 폐기는 환경과 건강 위험의 위험을 방지하는 것이 좋습니다. <ol style="margin-left: 40px;"><li> 1 μg의 / ㎖의 퓨로 마이신과 10 μg의 / ㎖의 B 보충 플랫-E 미디어에서 플랫 - E 세포를 유지5 % CO 2, 37 ℃에서 lasticidin. </li><li> 하루에 2 일, 퓨로 마이신과 블라스트가없는 플랫-E 배양 배지로 매체를 교체합니다. </li><li> 0 일에서 10cm 요리 약 형질 전날 플레이트 당 4 ~ 5 × 10 6 세포로 플랫 - E 세포를 분리. 세포는 ~ 형질의 날에 80~90% 합류해야한다. </li><li> 1 일에, 이전에 형질 전환에 1 시간 내에서 세포에 형질 미디어로 변경 문화 미디어. 다음과 같은 형질의 절차는 다음과 같습니다 <ol><li> 상업 키트를 사용하여 형질 <ol><li> 20 ㎕를 형질 감염 시약 (리포 펙 타민 등) 500 μL를 혼합 감소 된 혈청 배지 (예를 들어,의 Opti-MEM). 혈청 미디어 감소 다른 500 μL에 레트로 바이러스 플라스미드의 10 μg의 추가. 5 분 동안 실온 (RT)에서 각각의 혼합물을 배양한다. </li><li> 천천히 형질 전환 혼합물에 플라스미드 혼합물을 추가합니다. 이 단계는 15 ~ 30 초 정도 걸릴 수 있습니다. (솔루션은 흐린 나타날 수 있습니다) 실온에서 20 분 동안 혼합물을 품어. </리&gt; <li> 세포 현명한 혼합물 드롭을 추가합니다. </li><li> 37 ° C 배양기에서 하룻밤 품어. </li></ol></li><li> 인산 칼슘을 사용하여 형질 감염. <ol><li> 40 ㎕의 2.5 M CaCl2를 440 μL가 DDH 2 O 후 레트로 바이러스 플라스미드의 20 μg의 (총 부피 500 μL가되도록 DDH 2 O의 양을 조절)를 추가 혼합한다. </li><li> 15 ML 원뿔 튜브에 HBS 배 500 μl를 추가합니다. </li><li> HBS 와동과 한편 HBS에 칼슘-DNA 혼합물을 적가 추가 할 수 있습니다. 이 단계는 각 샘플에 대해 30 초 주위에 걸립니다. 그래서 최대한 동시에 3-4 샘플을한다. </li><li> 더 이상 시간이 침전물을 차지하게됩니다 큰 침전물 적은 세포로 연결을위한 3 분의 보육 RT에서 품어. </li><li> 혼합물이 세포에 적가하고 20 배 현미경으로 관찰 추가합니다. 미세 침전물 (작은 것들의 많은 좋은하지만 몇 가지 큰 사람이 잘되지 않습니다) 볼 수 있어야합니다. </li><li> 37 ° C 배양기에서 밤새 품어. </lI&gt; </ol></li></ol></li><li> 하루에 2 일, 문화 미디어 데워진 8 mL를 세포에 미디어를 변경합니다. 24 시간 동안 품어. </li><li> 3 일 및 4 일째, 0.45 ㎛의 공극 크기의 셀룰로오스 아세테이트 필터를 통해 여과, 10 mL의 멸균 일회용 주사기를 사용하고 50 ㎖ 튜브에 전사함으로써 접시에서 배양 상등액을 모은다. 매 8 mL의 바이러스 함유 뜨는에 레트로 바이러스 침전 용액 2 ㎖를 추가합니다. 부드럽게 섞어 4 ℃에서 밤새 품어. </li><li> 5 일에, 30 분 동안 4 ℃에서 1,500 × g에서 바이러스 액을 스핀. 바이러스 입자는 튜브의 바닥에 흰색 펠렛에 나타납니다. </li><li> 상층 액을 버린다. 5 분 동안 1,500 × g에서 원심 분리하여, 잔류 용액을 스핀 다운. 펠렛에 침전 된 레트로 바이러스 입자를 방해하지 큰 관심을 가지고, 흡인에 의해 유체의 모든 흔적을 제거합니다. </li><li> 매 8 mL의 바이러스 상층 액 100 μL의 DPBS 버퍼와 레트로 바이러스 펠렛을 재현 탁. 나누어지는얼음에 바이러스. 즉시 사용 또는 -80 ° C에서 저장합니다. </li></ol> 심장 섬유 아세포 4. 재 프로그래밍 <ol><li> 10 ml의 ICM 매체에 10 ㎎ / ㎖ 폴리 브렌 솔루션의 4 μL를 추가로 pipetting 아래로 부드럽게 섞는다. 폴리 브렌의 최종 농도는 4 μg의 / ㎖이다. </li><li> 섬유 아 세포와 시드 24 웰 플레이트의 각 웰에 500 μL ICM 미디어 포함 폴리 브렌를 추가합니다. </li><li> 이식편 문화 또는 효소 절단 방법에서 4-5 × 10 4 세포에서 각 웰 포함 중 2 ~ 3 × 104 세포에 10 μL의 레트로 바이러스를 추가합니다. 바이러스의 양에 비례 다른 배양 플레이트 또는 접시에서 세포 수 증가와 함께 증가한다. 바이러스 감염을 허용하는 24 ~ 48 시간 동안 37 ° C를 배양기에서 접시를 넣습니다. 심장 리 프로그래밍에 대한 타임 라인은도 1에 도시된다. </li><li> 바이러스 성 전달 후, 500 μL 일반 ICM 매체와 바이러스를 포함하는 미디어를 교체합니다. </li><li> 2-3 일마다 미디어를 변경합니다. 바이러스 성 형질 도입 세포의 긍정적 인 선택을위한 세포를 대상으로 2 μg의 / ㎖에서 퓨로 마이신 보충 ICM 미디어를 추가 할 수 있습니다. 사흘 동안을 유지합니다. 그 후, 1 μg의 / ㎖의 농도로 배지에서 ICM 퓨로 마이신을 유지한다. </li><li> 사흘 바이러스 감염 후, 인큐베이터에서 밖으로 판을 가지고 GFP 발현을 관찰하기 위해 거꾸로 형광 현미경 (20X) 아래에 배치합니다. 주 : 열흘 바이러스 감염 후에, 세포를 FACS 분석 및 리 프로그래밍의 효율을 결정하는 ICC 분석을 위해 채취 될 수있다 (단계 5 및 6). </li><li> 열네 일 바이러스 감염 후, B27 미디어와 ICM 미디어를 교체합니다. 3 일 미디어를 변경합니다. 자발적인 박동 세포 궤적 세 (효소 분해 방법과 세포) 또는 바이러스 성 전달 후 네 (절편 배양 방법과 세포) 주에서 나타날 수 있습니다. </li></ol> 재 프로그래밍 효율 5. 면역 세포 화학 분석 <ol><li> 린스 세포세 번 PBS 차가운 얼음; 여분의 용액을 제거. </li><li> 24 웰 플레이트의 각 웰에 0.5 ml의 ICC 고정 버퍼를 추가합니다. 15 ~ 20 분 동안 실온에서 세포를 수정. </li><li> PBS로 3 회 세포를 씻어. </li><li> 24 웰 플레이트의 각 웰에 0.5 ml의 ICC의 투과성으로 버퍼를 추가합니다. 실온에서 15 분 동안 세포를 Permeabilize 하시려면. </li><li> PBS로 3 회 세포를 씻어. </li><li> 24 웰 플레이트의 각 웰에 버퍼를 차단 0.5 ml의 ICC 추가, 1 시간 동안 실온에서 품어. </li><li> ICC 염색 버퍼로 희석 일차 항체. 잘 200 μL 각 항체 솔루션을 추가하고 밤새 4 ° C를 품어. 항체 희석 요인은 재료에 나열되어 있습니다. </li><li> 다음날, PBS로 3 회 세포를 씻으십시오. </li><li> 세포에 200 μL 차 항체 솔루션을 추가하고 어둠 속에서 실온에서 1 시간 동안 배양한다. </li><li> 3 회 PBS로 세포를 씻으십시오. </li><li> 솔루션 각 웰에 DAPI를 포함하는 설치 150 μl를 추가합니다. 1 분 동안 핵을 염색 할 수 있습니다. 그때둥근 유리 커버 슬립과 잘 각각을 커버하고 부드럽게 공기 방울을 제거하기 위해 집게로 바닥면에 미끄럼을 누릅니다. </li><li> 과잉 솔루션을 기음과 샘플 이미징을위한 준비가되어 있습니다. D14에서 표현 재 프로그램 세포 심장 마커 cTnT를하고 αActinin을 보여주는 대표 이미지는 그림 2B에 표시됩니다. </li></ol> 재 프로그래밍 효율의 6 FACS 분석 <ol><li> 철저히 DPBS 한 번 세포를 씻으십시오. 각 웰에 0.3 ml의 트립신 (0.05 %)를 첨가하고, 5 분 동안 37 ℃에서 배양한다. </li><li> 부드럽게 세포를 해제 용이하게하기 위해 판을 누릅니다. 현미경으로 세포의 분리를 확인합니다. 대부분의 세포가 분해 될 때 각 웰에 1 ml의 외과 버퍼를 추가합니다. 피펫까지 추가로 기계적으로 세포를 떼어 놓다에 이르기까지. </li><li> 잘 잘 96 웰 깊은 우물 판에 24 웰 플레이트에 세포를 전송합니다. 4 ℃에서 5 분 200 XG에 스핀 세포를 수집합니다. </li><li> 한 번 씻을 세포FACS 버퍼입니다. </li><li> 4 ℃에서 20 분 동안 세포를 재현 탁 100 μL 고정 / 투과성으로 솔루션을 추가합니다. </li><li> 1X 세척 솔루션, 펠렛로 두 번 세포를 씻으하고, 상층 액을 제거합니다. </li><li> 1X 세척 버퍼에 GFP 및 cTnT에 대한 일차 항체 솔루션을 준비합니다. 철저히 50 μL 항체 솔루션으로 각 샘플을 재현 탁하고 30 분 동안 4 ° C에서 품어. </li><li> 1X 세척 솔루션, 펠렛에 한 번 세포를 씻으하고, 상층 액을 제거합니다. </li><li> 각 샘플에 알렉사 플 루어 488 복합 당나귀 항 - 토끼 IgG의 알렉사 플 루어 647 복합 당나귀 안티 - 마우스 IgG를 포함하는 50 μL 차 항체 솔루션을 추가합니다. 어둠 속에서 30 분 동안 4 ° C에서 품어. </li><li> 1X 세척 솔루션, 펠렛에 한 번 세포를 씻으하고, 상층 액을 제거합니다. </li><li> 400 μL 고정 버퍼 (1 % PFA와 DPBS)에 재현 탁 세포. 셀 스트레이너 캡 외과 튜브에 세포를 전송합니다. 샘플 외과 검출을위한 준비가되어 있습니다. 재 프로그래밍 efficienc의 대표 FACS 분석Y는 pMxs - 퓨로 마이신-MGT는도 2a에 도시 또는 퓨로 마이신 선택하지 않고 구성 사용. </li></ol>

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X., 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=Inefficient+reprogramming+of+fibroblasts+into+cardiomyocytes+using+Gata4,+Mef2c,+and+Tbx5.">Inefficient reprogramming of fibroblasts into cardiomyocytes using Gata4, Mef2c, and Tbx5.</a> Circ Res. 111, 50-55 (2012).</li><li>Christoforou, N., 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=Transcription+factors+MYOCD,+SRF,+Mesp1+and+SMARCD3+enhance+the+cardio-inducing+effect+of+GATA4,+TBX5,+and+MEF2C+during+direct+cellular+reprogramming.">Transcription factors MYOCD, SRF, Mesp1 and SMARCD3 enhance the cardio-inducing effect of GATA4, TBX5, and MEF2C during direct cellular reprogramming.</a> PLoS One. 8, e63577 (2013).</li><li>Fu, J. D., 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=Direct+reprogramming+of+human+fibroblasts+toward+a+cardiomyocyte-like+state.">Direct reprogramming of human fibroblasts toward a cardiomyocyte-like state.</a> Stem Cell Reports. 1, 235-247 (2013).</li><li>Hirai, H., Katoku-Kikyo, N., Keirstead, S. A., Kikyo, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accelerated+direct+reprogramming+of+fibroblasts+into+cardiomyocyte-like+cells+with+the+MyoD+transactivation+domain.">Accelerated direct reprogramming of fibroblasts into cardiomyocyte-like cells with the MyoD transactivation domain.</a> Cardiovasc Res. 100, 105-113 (2013).</li><li>Ieda, 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=Direct+reprogramming+of+fibroblasts+into+functional+cardiomyocytes+by+defined+factors.">Direct reprogramming of fibroblasts into functional cardiomyocytes by defined factors.</a> Cell. 142, 375-386 (2010).</li><li>Inagawa, K., 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=Induction+of+cardiomyocyte-like+cells+in+infarct+hearts+by+gene+transfer+of+Gata4,+Mef2c,+and+Tbx5.">Induction of cardiomyocyte-like cells in infarct hearts by gene transfer of Gata4, Mef2c, and Tbx5.</a> Circ Res. 111, 1147-1156 (2012).</li><li>Islas, J. 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=Transcription+factors+ETS2+and+MESP1+transdifferentiate+human+dermal+fibroblasts+into+cardiac+progenitors.">Transcription factors ETS2 and MESP1 transdifferentiate human dermal fibroblasts into cardiac progenitors.</a> Proc Natl Acad Sci U.S.A. 109, 13016-13021 (2012).</li><li>Jayawardena, T. 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=MicroRNA-mediated+in+vitro+and+in+vivo+direct+reprogramming+of+cardiac+fibroblasts+to+cardiomyocytes.">MicroRNA-mediated in vitro and in vivo direct reprogramming of cardiac fibroblasts to cardiomyocytes.</a> Circ Res. 110, 1465-1473 (2012).</li><li>Muraoka, N., 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=MiR-133+promotes+cardiac+reprogramming+by+directly+repressing+Snai1+and+silencing+fibroblast+signatures.">MiR-133 promotes cardiac reprogramming by directly repressing Snai1 and silencing fibroblast signatures.</a> Embo J. 33, 1565-1581 (2014).</li><li>Nam, Y. J., 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=Induction+of+diverse+cardiac+cell+types+by+reprogramming+fibroblasts+with+cardiac+transcription+factors.">Induction of diverse cardiac cell types by reprogramming fibroblasts with cardiac transcription factors.</a> Development. 141, 4267-4278 (2014).</li><li>Nam, Y. J., 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=Reprogramming+of+human+fibroblasts+toward+a+cardiac+fate.">Reprogramming of human fibroblasts toward a cardiac fate.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 110, 5588-5593 (2013).</li><li>Protze, S., 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=A+new+approach+to+transcription+factor+screening+for+reprogramming+of+fibroblasts+to+cardiomyocyte-like+cells.">A new approach to transcription factor screening for reprogramming of fibroblasts to cardiomyocyte-like cells.</a> J Mol Cell Cardiol. 53, 323-332 (2012).</li><li>Qian, L., Berry, E. C., Fu, J. D., Ieda, M., Srivastava, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reprogramming+of+mouse+fibroblasts+into+cardiomyocyte-like+cells+in+vitro.">Reprogramming of mouse fibroblasts into cardiomyocyte-like cells in vitro.</a> Nat Protoc. 8, 1204-1215 (2013).</li><li>Wang, H., 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=Small+Molecules+Enable+Cardiac+Reprogramming+of+Mouse+Fibroblasts+with+a+Single+Factor,+Oct4.">Small Molecules Enable Cardiac Reprogramming of Mouse Fibroblasts with a Single Factor, Oct4.</a> Cell Rep. , (2014).</li><li>Wang, L., 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=Stoichiometry+of+Gata4,+Mef2c,+and+Tbx5+Influences+the+Efficiency+and+Quality+of+Induced+Cardiac+Myocyte+Reprogramming.">Stoichiometry of Gata4, Mef2c, and Tbx5 Influences the Efficiency and Quality of Induced Cardiac Myocyte Reprogramming.</a> Circ Res. , (2014).</li><li>Song, K., 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=Heart+repair+by+reprogramming+non-myocytes+with+cardiac+transcription+factors.">Heart repair by reprogramming non-myocytes with cardiac transcription factors.</a> Nature. 485, 599-604 (2012).</li><li>Qian, L., 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+vivo+reprogramming+of+murine+cardiac+fibroblasts+into+induced+cardiomyocytes.">In vivo reprogramming of murine cardiac fibroblasts into induced cardiomyocytes.</a> Nature. 485, 593-598 (2012).</li><li>Mathison, 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=In+vivo+cardiac+cellular+reprogramming+efficacy+is+enhanced+by+angiogenic+preconditioning+of+the+infarcted+myocardium+with+vascular+endothelial+growth+factor.">In vivo cardiac cellular reprogramming efficacy is enhanced by angiogenic preconditioning of the infarcted myocardium with vascular endothelial growth factor.</a> J Am Heart Assoc. 1, e005652 (2012).</li><li>Srivastava, D., Ieda, M., Fu, J., Qian, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardiac+repair+with+thymosin+beta4+and+cardiac+reprogramming+factors.">Cardiac repair with thymosin beta4 and cardiac reprogramming factors.</a> Ann NY Acad Sci. 1270, 66-72 (2012).</li><li>Muraoka, N., Ieda, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stoichiometry+of+transcription+factors+is+critical+for+cardiac+reprogramming.">Stoichiometry of transcription factors is critical for cardiac reprogramming.</a> Circ Res. , 116-216 (2015).</li><li>Srivastava, D., Ieda, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Critical+factors+for+cardiac+reprogramming.">Critical factors for cardiac reprogramming.</a> Circ Res. 111, 5-8 (2012).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

이 프로토콜을 사용하는 경우 성공적인 ICM 생성을위한, 전체 효율에 영향을 미치는 중요한 요인은 몇 가지가있다. 특히 섬유 아세포의 개시 조건으로 레트로 바이러스 부호화 MGT의 품질이 크게 리 프로그래밍의 효율에 영향을 미칠 수있다. 그것은 가능한 한 신선하고 건강한 섬유 아 세포를 생성하는 것이 중요하다. 이식편 후 7 일이 접시에 플레이 팅 하였다 전에 이식편 배...

Cardiovascular disease remains the leading cause of death worldwide, accounting for 17.3 million deaths per year1. Loss of cardiomyocytes resulting from myocardial infarction (MI) or progressive heart failure is a major cause of morbidity and mortality2. Due to limited regenerative capacity, adult mammalian hearts usually suffer from impaired pump function and heart failure following injury3-6. As such, efficient (re)generation of cardiomyocytes in vivo and in vitro for treatment of heart disease and for disease modeling is a critical issue needing to be addressed.
Recent development of direct reprogramming, which directly reprograms cells from one differentiated phenotype to another without transitioning through the pluripotent state, offers a promising alternative approach for regenerative medicine. The mammalian heart contains abundant cardiac fibroblasts (CFs), which account for approximately half of the cells in heart and massively proliferate upon injury7-9. Thus, the vast pool of CFs could serve as an endogenous source of new CMs for regenerative therapy if they could be directly reprogrammed into functional CMs. It has been shown that a combination of transcription factors, such as Gata4 (G), Mef2c (M) and Tbx5 (T), with or without microRNAs or small molecules can reprogram fibroblasts into iCMs10-26. Importantly, this conversion can also be induced in vivo, and results in an improvement in cardiac function and a reduction in scar size in an infarcted heart16,27-29. These studies indicate that direct cardiac reprogramming may be a potential avenue to heal an injured heart. However, the low efficiency of iCM reprogramming has become a major hurdle for further mechanistic studies. In addition, the reproducibility of cardiac reprogramming is another controversial issue of this technology11,30,31. 
Very recently, we generated a complete set of polycistronic constructs encoding G,M,T in all possible splicing orders with identical 2A sequences in a single mRNA. These polycistronic constructs yielded varied G, M and T protein expression levels, which led to significantly different reprogramming efficiency25. The most efficient construct, named MGT, which showed a relatively high Mef2c and low Gata4 and Tbx5 expression, significantly improved reprogramming efficiency and produced large amounts of iCMs with CM markers expression, robust calcium oscillation and spontaneous beating25. Moreover, by using MGT polycistronic construct, our study avoided the use of multiple vectors and generated cells with homogenous expression ratio of G,M,T, thus providing an improved platform for cardiac reprogramming research. To increase experimental reproducibility, here we describe in detail how to isolate fibroblasts, produce retrovirus carrying MGT cassette, generate iCMs and evaluate the reprogramming efficiency.

<table><tbody><tr><td>anti-cardiac troponin T</td><td>Thermo Scientific</td><td>MS-295-PO</td><td>1:200 for FACS and 1:400 for ICC</td></tr><tr><td>anti-GFP</td><td>Life Technologies</td><td>A11122</td><td>1:500 for both FACS and ICC</td></tr><tr><td>anti- aActinin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A7811</td><td>1:500 for both FACS and ICC</td></tr><tr><td>anti-Connexin43</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C6219</td><td>1:500 for&amp;nbsp; ICC</td></tr><tr><td>anit-Mef2c</td><td>Abcam</td><td>ab64644</td><td>1:1,000 for ICC&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>anti-Gata4</td><td>Santa Cruz Biotechnology</td><td>sc-1237</td><td>1:200 for ICC</td></tr><tr><td>anti-Tbx5</td><td>Santa Cruz Biotechnology</td><td>sc-17866</td><td>1:200 for ICC</td></tr><tr><td>Alexa Fluor 488&amp;ndash;conjugated donkey anti-rabbit IgG</td><td>Jackson ImmunoResearch Inc</td><td>711-545-152</td><td>1:500 for both FACS and ICC</td></tr><tr><td>Alexa Fluor 647&amp;ndash;conjugated donkey anti-mouse IgG</td><td>Jackson ImmunoResearch Inc</td><td>715-605-150</td><td>1:500 for both FACS and ICC</td></tr><tr><td>Cytofix/Cytoperm kit for intracellular staining</td><td>BD Biosciences</td><td>554722</td><td></td></tr><tr><td>Rhod-3 Calcium Imaging Kit</td><td>Life Technologies</td><td>R10145</td><td></td></tr><tr><td>Thy1.2 microbeads</td><td>Miltenyi Biotec</td><td>130-049-101</td><td></td></tr><tr><td>Vectashield solution with DAPI</td><td>Vector labs</td><td>H-1500</td><td></td></tr><tr><td>FBS</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F-2442</td><td></td></tr><tr><td>Trypsin-EDTA (0.05%)</td><td>Corning</td><td>25-052</td><td></td></tr><tr><td>PRMI1640 medium</td><td>Life Technologies</td><td>11875-093</td><td></td></tr><tr><td>B27 supplement</td><td>Life Technologies</td><td>17504-044</td><td></td></tr><tr><td>IMDM</td><td>Life Technologies</td><td>12440-053</td><td></td></tr><tr><td>Opti-MEM Reduced Serum Medium</td><td>Life Technologies</td><td>31985-070</td><td></td></tr><tr><td>M199 medium</td><td>Life Technologies</td><td>10-060</td><td></td></tr><tr><td>DMEM, high glucose</td><td>Life Technologies</td><td>10-013</td><td></td></tr><tr><td>Penicillin-streptomycin</td><td>Corning</td><td>30-002</td><td></td></tr><tr><td>Non-essential amino acids</td><td>Life Technologies</td><td>11130-050</td><td></td></tr><tr><td>Lipofectamine 2000</td><td>Life Technologies</td><td>11668500</td><td></td></tr><tr><td>blasticidin</td><td>Life Technologies</td><td>A11139-03</td><td></td></tr><tr><td>puromycin</td><td>Life Technologies</td><td>A11138-03</td><td></td></tr><tr><td>Collagenase II</td><td>Worthington</td><td>LS004176</td><td></td></tr><tr><td>polybrene</td><td>Millipore</td><td>TR-1003-G</td><td></td></tr><tr><td>Triton X-100</td><td>Fisher</td><td>BP151-100</td><td></td></tr><tr><td>CaCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C7902</td><td></td></tr><tr><td>HEPES</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H4034</td><td></td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>BP358-212</td><td></td></tr><tr><td>KCl</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>PX1405</td><td></td></tr><tr><td>Na&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;HPO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S7907</td><td></td></tr><tr><td>Glucose</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G6152</td><td></td></tr><tr><td>Bovine serum albumin</td><td>Fisher</td><td>9048-46-8</td><td></td></tr><tr><td>paraformaldehyde</td><td>EMS</td><td>15714</td><td></td></tr><tr><td>Retrovirus Precipitation Solution</td><td>ALSTEM</td><td>VC-200</td><td></td></tr><tr><td>0.4% Trypan blue solution</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T8154</td><td></td></tr><tr><td>gelatin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G1393</td><td></td></tr><tr><td>Dulbecco&#039;s PBS without CaCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; and MgCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; (D-PBS, 1x)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D8537</td><td></td></tr><tr><td>HBSS (Hanks Balanced Salt Solution)</td><td>Corning</td><td>21022</td><td></td></tr><tr><td>LS column</td><td>Miltenyi Biotec</td><td>130-042-401</td><td></td></tr><tr><td>0.45 &amp;mu;m cellulose acetate filter&amp;nbsp;</td><td>Thermo Scientific</td><td>190-2545</td><td></td></tr><tr><td>24-well plates</td><td>Corning</td><td>3524</td><td></td></tr><tr><td>10 cm Tissue culture dishes&amp;nbsp;</td><td>Thermo Scientific</td><td>172958</td><td></td></tr><tr><td>60 mm center well culture dish&amp;nbsp;&amp;nbsp;</td><td>Corning</td><td>3260</td><td></td></tr><tr><td>96 Well Clear V-Bottom 2 ml Polypropylene Deep Well Plate</td><td>Denville Scientific</td><td>P9639</td><td></td></tr><tr><td>Polystyrene round-bottom tubes with cell-strainer cap&amp;nbsp;</td><td>BD Biosciences</td><td>352235</td><td></td></tr><tr><td>Centrifuge</td><td>Eppendorf</td><td>5810R</td><td></td></tr><tr><td>Vortexer MINI</td><td>VWR</td><td>58816-121</td><td></td></tr><tr><td>EVOS FL Auto Cell Imaging System</td><td>Life Technologies</td><td>AMAFD1000</td><td></td></tr><tr><td>MACS MultiStand</td><td>Miltenyi Biotec</td><td>130-042-303</td><td></td></tr><tr><td>MidiMACS Separator</td><td>Miltenyi Biotec</td><td>130-042-302</td><td></td></tr><tr><td>Round glass cover slip</td><td>Electron Microscopy Sciences</td><td>72195-15</td><td></td></tr></tbody></table>

improved generation of induced cardiomyocytes using a polycistronic construct expressing optimal ratio of gata4, mef2c and tbx5

유도 된 심근 세포로 심장 섬유 아세포 (CFS)의 직접 변환 (ICMS)는 심장 질환의 치료를위한 대안 전략을 제공함으로써 재생 의학을위한 큰 잠재력을 보유하고있다. 이 변환은 Gata4 (G), Mef2c (M) 및 Tbx5 (T)로 정의 요인의 강제 식으로 이루어졌다. 전통적으로, ICMS는 이러한 개별 요소를 표현 바이러스의 칵테일에 의해 생성됩니다. 그러나, 효율을 재 프로그래밍하는 것은 상대적으로 낮고 시험관 대부분 G, M, 섬유 아세포가 곤란 리 프로그래밍 메커니즘을 연구 할 수있게, 충분히 재 프로그램되지 않은 T-형질. 우리는 최근 G, M의 화학 양론이, T 효율적 ICM의 프로그래밍에 대한 중요 것으로 나타났습니다. M하고 MGT 폴리 시스 트론 벡터 (이하 MGT라고 함) 상당히 증가 리 프로그래밍 효율을 이용함으로써 달성 G 및 T의 낮은 수준의 상대 수준이 높은 G, M, T 최적의 화학 양론과 시험 관내에서 향상된 품질 ICM. 여기서 우리는 심근 아세포에서 MGT 구성체 ICMS를 생성하기 위해 사용 된 방법의 상세한 설명을 제공한다. 심근 아세포, 프로그래밍 및 리 프로그래밍 프로세스 평가 용 바이러스의 생성은 분리 ICMS의 효율적이고 재생 가능한 생성을위한 플랫폼을 제공하기 위해 포함된다.

프로그래밍 단계는. 그림 1에 개략적으로 요약된다 MGT 전달 후, 세포를 재 프로그램에서 GFP 발현은 초기 형질 세포의 3 퓨로 마이신 선택이 3 일에서 시작하고 2 주 동안 유지되는 날이 검출 될 수 있다면 PMX-순수하지 않아 -MGT 구조가 사용됩니다. 14 일에 10 일까지, cTnT를하고 αActinin 같은 심장 마커의 발현이 시작 섬유 아 세포가 심장 세포를 향해 재 프로그래밍을 겪고 있음을 나타내?...

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Improved Generation of Induced Cardiomyocytes Using a Polycistronic Construct Expressing Optimal Ratio of Gata4, Mef2c and Tbx5

We describe here a protocol for the generation of iCMs using retrovirus-mediated delivery of Gata4, Tbx5 and Mef2c in a polycistronic construct. This protocol yields a relatively homogeneous population of reprogrammed cells with improved efficiency and quality and is valuable for future studies of iCM reprogramming.

Gata4, Mef2c 및 Tbx5의 최적 비율을 표현하는 폴리 시스 트론 구조를 사용하여 유도 된 심근의 향상 발전

Direct conversion of cardiac fibroblasts (CFs) into induced cardiomyocytes (iCMs) holds great potential for regenerative medicine by offering alternative ...

improved-generation-induced-cardiomyocytes-using-polycistronic

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Developmental Biology

8.6K 조회수.  University of North Carolina, Chapel Hill. We describe here a protocol for the generation of iCMs using retrovirus-mediated delivery of Gata4, Tbx5 and Mef2c in a polycistronic construct. This protocol yields a relatively homogeneous population of reprogrammed cells with improved efficiency and quality and is valuable for future studies of iCM reprogramming. 

비디오: Improved Generation of Induced Cardiomyocytes Using a Polycistronic Construct Expressing Optimal Ratio of Gata4, Mef2c and Tbx5

Generation of Murine Cardiac Pacemaker Cell Aggregates Based on ES-Cell-Programming in Combination with Myh6-Promoter-Selection

Treatment of the &#8220;sick sinus syndrome&#8221; is based on artificial pacemakers. These bear hazards such as battery failure and infections. Moreover, they lack hormone responsiveness and the overall procedure is cost-intensive. &#8220;Biological pacemakers&#8221; generated from PSCs may become an alternative, yet the typical content of pacemaker cells in Embryoid Bodies (EBs) is extremely low. The described protocol combines &#8220;forward programming&#8221; of murine PSCs via the sinus node inducer TBX3 with Myh6-promoter based antibiotic selection. This yields cardiomyocyte aggregates consistent of &#62;80% physiologically functional pacemaker cells. These &#8220;induced-sinoatrial-bodies&#8221; (&#8220;iSABs&#8221;) are spontaneously contracting at yet unreached frequencies (400-500 bpm) corresponding to nodal cells isolated from mouse hearts and are able to pace murine myocardium ex vivo. Using the described protocol highly pure sinus nodal single cells can be generated which e.g. can be used for in vitro drug testing. Furthermore, the iSABs generated according to this protocol may become a crucial step towards heart tissue engineering.

This protocol describes how to produce functional sinus nodal tissue from murine pluripotent stem cells (PSC). T-Box3 (TBX3) overexpression plus cardiac Myosin-heavy-chain (Myh6) promoter antibiotic selection leads to highly pure pacemaker cell aggregates. These &#8220;Induced-sinoatrial-bodies&#8221; (&#8220;iSABs&#8221;) contain over 80% pacemaker cells, show highly increased beating rates and are able to pace myocardium ex vivo.

Myh6 발기인 - 선택과 함께 ES-세포 프로그래밍을 바탕으로 설치류 심장 페이스 메이커 세포 집합체의 생성

Treatment of the &#8220;sick sinus syndrome&#8221; is based on artificial pacemakers. These bear hazards such as battery failure and infections. Moreover, ...

연구

발생학

Generation of Aligned Functional Myocardial Tissue Through Microcontact Printing

Advanced heart failure represents a major unmet clinical challenge, arising from the loss of viable and/or fully functional cardiac muscle cells. Despite optimum drug therapy, heart failure represents a leading cause of mortality and morbidity in the developed world. A major challenge in drug development is the identification of cellular assays that accurately recapitulate normal and diseased human myocardial physiology in vitro. Likewise, the major challenges in regenerative cardiac biology revolve around the identification and isolation of patient-specific cardiac progenitors in clinically relevant quantities. These cells have to then be assembled into functional tissue that resembles the native heart tissue architecture. Microcontact printing allows for the creation of precise micropatterned protein shapes that resemble structural organization of the heart, thus providing geometric cues to control cell adhesion spatially. Herein we describe our approach for the isolation of highly purified myocardial cells from pluripotent stem cells differentiating in vitro, the generation of cell growth surfaces micropatterned with extracellular matrix proteins, and the assembly of the stem cell-derived cardiac muscle cells into anisotropic myocardial tissue.

The generation of aligned myocardial tissue is a key requirement for adapting the recent advances in stem cell biology to clinically useful purposes. Herein we describe a microcontact printing approach for the precise control of cell shape and function. Using highly purified populations of embryonic stem cell derived cardiac progenitors, we then generate anisotropic functional myocardial tissue.

Microcontact 인쇄를 통해 정렬 기능 심근 조직의 생성

Advanced heart failure represents a major unmet clinical challenge,  arising from the loss of viable and/or fully functional cardiac muscle  cells. ...

생체공학

Assessing Cardiomyocyte Subtypes Following Transcription Factor-mediated Reprogramming of Mouse Embryonic Fibroblasts

Direct reprogramming of one cell type into another has recently emerged as a powerful paradigm for regenerative medicine, disease modeling, and lineage specification. In particular, the conversion of fibroblasts into induced cardiomyocyte-like myocytes (iCLMs) by Gata4, Hand2, Mef2c, and Tbx5 (GHMT) represents an important avenue for generating de novo cardiac myocytes in vitro and in vivo. Recent evidence suggests that GHMT generates a greater diversity of cardiac subtypes than previously appreciated, thus underscoring the need for a systematic approach to conducting additional studies. Before direct reprogramming can be used as a therapeutic strategy, however, the mechanistic underpinnings of lineage conversion must be understood in detail to generate specific cardiac subtypes. Here we present a detailed protocol for generating iCLMs by GHMT-mediated reprogramming of mouse embryonic fibroblasts (MEFs). 
We outline methods for MEF isolation, retroviral production, and MEF infection to accomplish efficient reprogramming. To determine the subtype identity of reprogrammed cells, we detail a step-by-step approach for performing immunocytochemistry on iCLMs using a defined set of compatible antibodies. Methods for confocal microscopy, identification, and quantification of iCLMs and individual atrial (iAM), ventricular (iVM), and pacemaker (iPM) subtypes are also presented. Finally, we discuss representative results of prototypical direct reprogramming experiments and highlight important technical aspects of our protocol to ensure efficient lineage conversion. Taken together, our optimized protocol should provide a stepwise approach for investigators to conduct meaningful cardiac reprogramming experiments that require identification of individual CM subtypes.

This manuscript describes a step-by-step protocol for the generation and quantification of diverse reprogrammed cardiac subtypes using a retrovirus-mediated delivery of Gata4, Hand2, Mef2c, and Tbx5.

마우스 배아 섬유 아 세포의 전사 인자 매개 재 프로그래밍에 따라 심근 서브 타입을 평가

Direct reprogramming of one cell type into another has recently emerged as a powerful paradigm for regenerative medicine, disease modeling, and lineage ...

Suppression of Pro-fibrotic Signaling Potentiates Factor-mediated Reprogramming of Mouse Embryonic Fibroblasts into Induced Cardiomyocytes

Trans-differentiation of one somatic cell type into another has enormous potential to model and treat human diseases. Previous studies have shown that mouse embryonic, dermal, and cardiac fibroblasts can be reprogrammed into functional induced-cardiomyocyte-like cells (iCMs) through overexpression of cardiogenic transcription factors including GATA4, Hand2, Mef2c, and Tbx5 both in vitro and in vivo. However, these previous studies have shown relatively low efficiency. In order to restore heart function following injury, mechanisms governing cardiac reprogramming must be elucidated to increase efficiency and maturation of iCMs.
We previously demonstrated that inhibition of pro-fibrotic signaling dramatically increases reprogramming efficiency. Here, we detail methods to achieve a reprogramming efficiency of up to 60%. Furthermore, we describe several methods including flow cytometry, immunofluorescent imaging, and calcium imaging to quantify reprogramming efficiency and maturation of reprogrammed fibroblasts. Using the protocol detailed here, mechanistic studies can be undertaken to determine positive and negative regulators of cardiac reprogramming. These studies may identify signaling pathways that can be targeted to promote reprogramming efficiency and maturation, which could lead to novel cell therapies to treat human heart disease.

Here we present a robust method to reprogram primary embryonic fibroblasts into functional cardiomyocytes through overexpression of GATA4, Hand2, Mef2c, Tbx5, miR-1, and miR-133 (GHMT2m) alongside inhibition of TGF-&#946; signaling. Our protocol generates beating cardiomyocytes as early as 7 days post-transduction with up to 60% efficiency.

프로 거리 신호 억제 유도 Cardiomyocytes에 마우스 미 발달 섬유 아 세포의 프로그래밍 요소 중재 Potentiates

Trans-differentiation of one somatic cell type into another has enormous potential to model and treat human diseases. Previous studies have shown that ...

Generation of First Heart Field-like Cardiac Progenitors and Ventricular-like Cardiomyocytes from Human Pluripotent Stem Cells

The generation of large amounts of functional human pluripotent stem cells-derived cardiac progenitors and cardiomyocytes of defined heart field origin is a pre-requisite for cell-based cardiac therapies and disease modeling. We have recently shown that Id genes are both necessary and sufficient to specify first heart field progenitors during vertebrate development. This differentiation protocol leverages these findings and uses Id1 overexpression in combination with Activin A as potent specifying cues to produce first heart field-like (FHF-L) progenitors. Importantly, resulting progenitors efficiently differentiate (~70&#8211;90%) into ventricular-like cardiomyocytes. Here we describe a detailed method to 1) generate Id1-overexpressing hPSCs and 2) differentiate scalable quantities of cryopreservable FHF-L progenitors and ventricular-like cardiomyocytes.

Here we describe a scalable method, using a simple combination of Activin A and lentivirus-mediated Id1-overexpression, to generate first heart field-like cardiac progenitors and ventricular-like cardiomyocytes from human pluripotent stem cells.

첫 번째 심장 필드 같은 심장 창시자와 같은 심 실 Cardiomyocytes 인간 만능 줄기 세포에서의 세대

The generation of large amounts of functional human pluripotent stem cells-derived cardiac progenitors and cardiomyocytes of defined heart field origin is ...

In Vitro Generation of Heart Field-specific Cardiac Progenitor Cells

Pluripotent stem cells offer great potential for understanding heart development and disease and for regenerative medicine. While recent advances in developmental cardiology have led to generating cardiac cells from pluripotent stem cells, it is unclear if the two cardiac fields - the first and second heart fields (FHF and SHF) &#8212; are induced in pluripotent stem cells systems. To address this, we generated a protocol for in vitro specification and isolation of heart field-specific cardiac progenitor cells. We used embryonic stem cells lines carrying Hcn4-GFP and Tbx1-Cre; Rosa-RFP reporters of the FHF and the SHF, respectively, and live cell immunostaining of the cell membrane protein Cxcr4, a SHF marker. With this approach, we generated progenitor cells which recapitulate the functional properties and transcriptome of their in vivo counterparts. Our protocol can be utilized to study early specification and segregation of the two heart fields and to generate chamber-specific cardiac cells for heart disease modelling. Since this is an in vitro organoid system, it may not provide precise anatomical information. However, this system overcomes the poor accessibility of gastrulation-stage embryos and can be upscaled for high-throughput screens.

The purpose of this method is to generate heart field-specific cardiac progenitor cells in vitro in order to study the progenitor cell specification and functional properties, and to generate chamber specific cardiac cells for heart disease modelling.

마우스 심장 필드 특정 심장 전구 세포의 시험관 내 생성

Pluripotent stem cells offer great potential for understanding heart development and disease and for regenerative medicine. While recent advances in ...

Electroporation-based transgenesis of Cardiac cells in mouse hearts(생쥐 심장의 심장 세포의 전기천공법 기반 형질전환)

An Efficient Transgenesis Approach for Gene Delivery in the Mouse Embryonic Heart

The mammalian heart is a complex organ formed during development via highly diverse populations of progenitor cells. The origin, timing of recruitment, and fate of these progenitors are vital for the proper development of this organ. The molecular mechanisms that govern the morphogenesis of the heart are essential for understanding the pathogenesis of congenital heart diseases and embryonic cardiac regeneration. Classical approaches to investigate these mechanisms employed the generation of transgenic mice to assess the function of specific genes during cardiac development. However, mouse transgenesis is a complex, time-consuming process that often cannot be performed to assess the role of specific genes during heart development. To address this, we have developed a protocol for efficient electroporation and culture of mouse embryonic hearts, enabling transient transgenesis to rapidly assess the effect of gain- or loss-of-function of genes involved in cardiac development. Using this methodology, we successfully overexpressed Meis1 in the embryonic heart, with a preference for epicardial cell transfection, demonstrating the capabilities of the technique.

저자 스포트라이트: 신속한 유전자 스크리닝을 위한 심장 세포 형질전환(Cardiac Cell Transgenesis)

This protocol presents a detailed methodological framework for electroporation-based transgenesis of cardiac cells in developing mouse hearts. The video assets provided here will facilitate learning of this versatile technique.

마우스 배아 심장에서 유전자 전달을 위한 효율적인 transgenesis 접근법

The mammalian heart is a complex organ formed during development via highly diverse populations of progenitor cells. The origin, timing of recruitment, ...

Efficient Derivation of Human Cardiac Precursors and Cardiomyocytes from Pluripotent Human Embryonic Stem Cells with Small Molecule Induction

To date, the lack of a suitable human cardiac cell source has been the major setback in regenerating the human myocardium, either by cell-based transplantation or by cardiac tissue engineering1-3. Cardiomyocytes become terminally-differentiated soon after birth and lose their ability to proliferate. There is no evidence that stem/progenitor cells derived from other sources, such as the bone marrow or the cord blood, are able to give rise to the contractile heart muscle cells following transplantation into the heart1-3. The need to regenerate or repair the damaged heart muscle has not been met by adult stem cell therapy, either endogenous or via cell delivery1-3. The genetically stable human embryonic stem cells (hESCs) have unlimited expansion ability and unrestricted plasticity, proffering a pluripotent reservoir for in vitro derivation of large supplies of human somatic cells that are restricted to the lineage in need of repair and regeneration4,5. Due to the prevalence of cardiovascular disease worldwide and acute shortage of donor organs, there is intense interest in developing hESC-based therapies as an alternative approach. However, how to channel the wide differentiation potential of pluripotent hESCs efficiently and predictably to a desired phenotype has been a major challenge for both developmental study and clinical translation. Conventional approaches rely on multi-lineage inclination of pluripotent cells through spontaneous germ layer differentiation, resulting in inefficient and uncontrollable lineage-commitment that is often followed by phenotypic heterogeneity and instability, hence, a high risk of tumorigenicity6-8 (see a schematic in Fig. 1A). In addition, undefined foreign/animal biological supplements and/or feeders that have typically been used for the isolation, expansion, and differentiation of hESCs may make direct use of such cell-specialized grafts in patients problematic9-11. To overcome these obstacles, we have resolved the elements of a defined culture system necessary and sufficient for sustaining the epiblast pluripotence of hESCs, serving as a platform for de novo derivation of clinically-suitable hESCs and effectively directing such hESCs uniformly towards clinically-relevant lineages by small molecules12 (see a schematic in Fig. 1B). After screening a variety of small molecules and growth factors, we found that such defined conditions rendered nicotinamide (NAM) sufficient to induce the specification of cardiomesoderm direct from pluripotent hESCs that further progressed to cardioblasts that generated human beating cardiomyocytes with high efficiency (Fig. 2). We defined conditions for induction of cardioblasts direct from pluripotent hESCs without an intervening multi-lineage embryoid body stage, enabling well-controlled efficient derivation of a large supply of human cardiac cells across the spectrum of developmental stages for cell-based therapeutics.

We have established a protocol for induction of cardioblasts direct from pluripotent human embryonic stem cells maintained under defined conditions with small molecules, which enables derivation of a large supply of human cardiac progenitors and functional cardiomyocytes for cardiovascular repair.

Gata4, Mef2c 및 Tbx5의 최적 비율을 표현하는 폴리 시스 트론 구조를 사용하여 유도 된 심근의 향상 발전

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마우스 배아 심장에서 유전자 전달을 위한 효율적인 transgenesis 접근법

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작은 분자와 유도 Pluripotent 인간 배아 줄기 세포로부터 인간 심장 엽 성의 전구 물질과 Cardiomyocytes의 효율 유도