Isolation and culturing myogenic satellite cells from ovine skeletal muscle

Document Type : Research Articles

Authors

• Zahra Rashidian ¹
• Nima Dehdilani ²
• Hesam Dehghani ³
• Ali Javadmanesh ⁴

¹ Department of Animal Science, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.

² Division of Biotechnology, Faculty of Veterinary Medicine, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.

³ Division of Biotechnology, Faculty of Veterinary Medicine, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran & Stem Cell Biology and Regenerative Medicine Research Group, Research Institute of Biotechnology, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran & Department of Basic Sciences, Faculty of Veterinary Medicine, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.

⁴ Department of Animal Science, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran & Stem Cell Biology and Regenerative Medicine Research Group, Resrach Institute of Biotechnology, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.

10.22067/veterinary.v12i2.82979

Abstract

Sheep satellite cells more than satellite cells of the rat and mouse are similar to human satellite cells. These cells are widely used in the modeling and treatment of diseases like heart insufficiency, neurological diseases, muscular dystrophy, cerebral cell transplantation for the treatment of migraines, screening, and the production of new drugs. This study was aimed to isolate and culture primary satellite cells (PSCs) obtained from sheep fetus, and perform clonal expansion of transfected PSCs. Skeletal muscle tissues of hind limbs were collected from sheep fetuses obtained from a local abattoir. After enzymatic digestion, flasks were replaced after 3 hours to isolate non-myogenic cells, such as fibroblasts. After six days, the cells were differentiated to myoblasts. Using a differentiation medium containing the horse serum, myotube cells were observed in the flask, indicating that the cultured cells were satellite cells. The mRNA expression of the PAX7 gene was used to confirm the presence of satellite cells. In addition, the results showed that satellite cells grow in a culture medium containing 5% FBS without differentiation, while 10% FBS initiates their differentiation.

Keywords

• Myoblasts
• PAX7
• Satellite cells
• Sheep

---

Article Title [فارسی]

خالص سازی و کشت سلول های رده ی سلولی سلول های ماهواره ای عضلانی گوسفند

Authors [فارسی]

• زهرا رشیدیان ¹
• نیما دهدیلانی ²
• حسام دهقانی ³
• علی جوادمنش ⁴

¹ گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران.

² گروه علوم پایه و بیولوژی و بیوتکنولوژی سلول های جنینی و بنیادی، پژوهشکده بیوتکنولوژی دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

³ گروه علوم پایه و بیولوژی و بیوتکنولوژی سلول های جنینی و بنیادی، پژوهشکده بیوتکنولوژی دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران و گروه سلول

⁴ گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران و گروه سلول های بنیادی و طب بازساختی، پژوهشکده فناوری زیستی، دانشگاه

Abstract [فارسی]

از آنجایی که سلول‌های ماهواره‌ای گوسفند از لحاظ طول‌ عمر، تکثیر، تمایز و متابولیسم شباهت بسیاری به سلول‌های ماهواره‌ای انسان نسبت به سلول‌های رت و موش دارد، مورد توجه قرار گرفتند. بازسازی ماهیچه های اسکلتی در پاسخ به جراحات، از طریق تلفیق سلول های ماهواره ای انجام می گیرد. این سلول ها کاربرد بسیاری در مدل سازی و درمان بیماری هایی مانند نارسایی های قلبی، دیستروفی عضلانی، پیوند سلول های مغزی برای درمان میگرن، تولید داروهای جدید و غیره دارند. در این مطالعه، از عضله جنین گوسفند 50-60 روز، به منظور توصیف روش های جداسازی و کشت سلول های ماهواره ای، ترسیم منحنی رشد برای این سلول ها و تست عدم وجود مایکوپلاسما و باکتری استفاده شد. نمونه ها از کشتارگاه صنعتی مشهد جمع آوری شد. پس از هضم آنزیمی با کلاژناز، ترکیبی از سلول های ماهواره ای و غیر میوژنیک در کف فلاسک حاوی محیط DMEM کشت داده شدند. جهت جداسازی سلول هایی که میوژنیک نیستند مانند فیبروبلاست ها، بعد از 3 ساعت، فلاسک ها تعویض گردیدند. پس از شش روز، سلول ها به میوبلاست تمایز پیدا کردند. با استفاده از محیط تمایز حاوی سرم اسب، سلول های میوبلاست در فلاسک مشاهده شد، که تاییدی بر وجود سلول های ماهواره ای بودند. بیان mRNA ژن PAX7 برای تأیید حضور سلول های ماهواره ای مورد استفاده قرار گرفت. همچنین، نتایج نشان داد که سلول های ماهواره ای در یک کشت متوسط حاوی %5 FBS بدون تمایز رشد یافته و برای شروع تمایز به %10 FBS نیاز دارند.

Keywords [فارسی]

• میوبلاست
• PAX7
• سلول های ماهواره ای
• گوسفند

References

1. Thornton KJ. Impacts of nutrition on the proliferation and differentiation of satellite cells in livestock species. Journal of Animal Science. 2019, Apr 29;97(5):2258-2269.

2. Jang Y C, Sinha M, Cerletti M, Dall'Osso C, & Wagers A J. Skeletal muscle stem cells: effects of aging and metabolism on muscle regenerative function. Cold Spring Harbor symposia on quantitative biology. 2011; 7(6), 101-111.

3. Snijders T, Nederveen JP, McKay BR, Joanisse S, Verdijk LB, van Loon LJ, Parise G. Satellite cells in human skeletal muscle plasticity. Frontiers in physiology. 2015, 21; 6:283.

4. Baroffio A, Bochaton‐Piallat M L, Gabbiani G, & Bader C R. Heterogeneity in the progeny of single human muscle satellite cells. Differentiation. 1995; 59(4), 259-268.

5. Lepper, Christoph, Terence A. Partridge, and Chen-Ming Fan. An absolute requirement for Pax7-positive satellite cells in acute injury-induced skeletal muscle regeneration. Development. 2011; 138.17: 3639-3646.

6. Seger C, Hargrave M, Wang X, Chai RJ, Elworthy S, Ingham PW. Analysis of Pax7 expressing myogenic cells in zebrafish muscle development, injury, and models of disease. Developmental Dynamics. 2011 Nov;240(11):2440-51.

7. Montarras D, Morgan J, Collins C, Relaix F, Zaffran S, Cumano A, Partridge T, Buckingham M. Direct isolation of satellite cells for skeletal muscle regeneration. Science. 2005 Sep 23;309(5743):2064-7.

8. Cornelison D. D. W. “Known Unknowns”: Current Questions in Muscle Satellite Cell Biology." Current topics in developmental biology 2018; 126: 205-233.

9. Mauro A. Satellite cell of skeletal muscle fibers. The Journal of biophysical and biochemical cytology. 1961 Feb 1;9(2):493.

10. Bonavaud S, Agbulut O, D’Honneur G, Nizard R, Mouly V, Butler-Browne G. Preparation of isolated human muscle fibers: a technical report. In Vitro Cellular & Developmental Biology-Animal. 2002 Feb 1;38(2):66-72.

11. Morgan JE, Partridge TA. Muscle satellite cells. The international journal of biochemistry & cell biology. 2003 Aug 1;35(8):1151-6.

12. Mesires NT, Doumit ME. Satellite cell proliferation and differentiation during postnatal growth of porcine skeletal muscle. American Journal of Physiology-Cell Physiology. 2002 Apr 1;282(4):C899-906.

13. Yin H, Price F, Rudnicki MA. Satellite cells and the muscle stem cell niche. Physiological reviews. 2013 Jan;93(1):23-67.

14. Wu H, Ren Y, Li S, Wang W, Yuan J, Guo X, Liu D, Cang M. In vitro culture and induced differentiation of sheep skeletal muscle satellite cells. Cell biology international. 2012 Jun;36(6):579-87.

15. Li BJ, Li PH, Huang RH, Sun WX, Wang H, Li QF, Chen J, Wu WJ, Liu HL. Isolation, culture and identification of porcine skeletal muscle satellite cells. Asian-Australasian journal of animal sciences. 2015 Aug;28(8):1171.

16. Rosenblatt JD, Lunt AI, Parry DJ, Partridge TA. Culturing satellite cells from living single muscle fiber explants. In Vitro Cellular & Developmental Biology-Animal. 1995 Nov 1;31(10):773-9.

17. Conboy IM, Conboy MJ, Smythe GM, Rando TA. Notch-mediated restoration of regenerative potential to aged muscle. Science. 2003 Nov 28;302(5650):1575-7.

18. Salabi F, Nazari M, Cao WG. Cell culture, sex determination and single cell cloning of ovine transgenic satellite cells in vitro. Journal of Biological Research-Thessaloniki. 2014 Dec;21(1):22.

19. Rudnicki MA, Le Grand F, McKinnell I, Kuang S. The molecular regulation of muscle stem cell function. InCold Spring Harbor symposia on quantitative biology 2008 Dec 1 (pp. sqb-2008). Cold Spring Harbor Laboratory Press.

20. Deasy BM, Li Y, Huard J. Tissue engineering with muscle-derived stem cells. Current opinion in biotechnology. 2004 Oct 1;15(5):419-23.

21. Kästner S, Elias MC, Rivera AJ, Yablonka–Reuveni Z. Gene expression patterns of the fibroblast growth factors and their receptors during myogenesis of rat satellite cells. Journal of Histochemistry & Cytochemistry. 2000 Aug;48(8):1079-96.

22. Shefer G, Yablonka-Reuveni Z. Isolation and culture of skeletal muscle myofibers as a means to analyze satellite cells. In Basic Cell Culture Protocols; 2005 (pp. 281-304). Humana Press.