A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
هنا ، نضع بروتوكولا باستخدام كميات قليلة من أقسام أنسجة المخ المجمدة حديثا وطريقة طرد مركزي عالية السرعة يمكن الوصول إليها إلى جانب كروماتوغرافيا استبعاد الحجم للحصول على حويصلات صغيرة خارج الخلية كمصادر للمؤشرات الحيوية microRNA (miRNA) للاضطرابات العصبية.
تعتبر الحويصلات الصغيرة خارج الخلية (sEVs) وسطاء حاسمين للاتصال بين الخلية والخلية ، حيث تنقل شحنات متنوعة مثل البروتينات والدهون والأحماض النووية (microRNA و mRNA و DNA). تتمتع شحنة microRNA sEV بفائدة محتملة كمؤشر حيوي قوي غير جراحي للأمراض نظرا لقدرة sEV على اجتياز الحواجز البيولوجية (على سبيل المثال ، الحاجز الدموي الدماغي) ويمكن الوصول إليها من خلال سوائل الجسم المختلفة. على الرغم من العديد من الدراسات حول المؤشرات الحيوية sEV في سوائل الجسم ، إلا أن تحديد الأنسجة أو المجموعات السكانية الفرعية الخاصة بالخلايا sEV لا يزال يمثل تحديا ، خاصة من الدماغ. تعالج دراستنا هذا التحدي من خلال تكييف الأساليب الحالية لعزل المركبات الكهربائية الصغيرة من كميات قليلة من أقسام الدماغ البشري المجمدة باستخدام كروماتوغرافيا استبعاد الحجم (SEC).
بعد الموافقة الأخلاقية ، تم تقطيع ما يقرب من 250 ميكروغرام من أنسجة المخ البشرية المجمدة حديثا (التي تم الحصول عليها من بنك مانشستر للدماغ [المملكة المتحدة]) من 3 أنسجة مانحة واحتضانها في محلول الكولاجيناز من النوع 3 / Hibernate-E ، مع التحريك الوسيط ، متبوعا بخطوات الطرد المركزي والترشيح التسلسلي. بعد ذلك ، تم عزل sEVs باستخدام طريقة SEC وتميزت باتباع إرشادات MISEV. قبل عزل الحمض النووي الريبي من داخل هذه sEVs ، تمت معالجة المحلول باستخدام Proteinase-K و RNase-A لإزالة أي RNA خارج الخلية غير sEV. تم فحص كمية وجودة الحمض النووي الريبي ومعالجتها بشكل أكبر لتجارب تسلسل qPCR والحمض النووي الريبي الصغير.
تم تأكيد وجود sEVs من خلال تحليل تتبع الجسيمات النانوية الفلورية (fNTA) واللطخة الغربية لعلامات السطح (CD9 ، CD63 ، CD81). تم تأكيد توزيع الحجم (50-200 نانومتر) بواسطة NTA والفحص المجهري الإلكتروني. تراوح تركيز الحمض النووي الريبي الإجمالي داخل sEVs المحللة من 3-9 نانوغرام / ميكرولتر وتم استخدامه للقياس الكمي بنجاح بواسطة qPCR للميكرو RNAs المرشحة المختارة. قدم تسلسل الحمض النووي الريبي الصغير على MiSeq بيانات عالية الجودة (Q >32) مع 1.4-5 مليون قراءة لكل عينة.
تتيح هذه الطريقة عزلا وتوصيفا فعالا للمركبات الكهربائية من الحد الأدنى من أحجام أنسجة المخ ، مما يسهل أبحاث المؤشرات الحيوية غير الغازية ويبشر بدراسات المؤشرات الحيوية العادلة للمرض ، وتقديم رؤى حول الأمراض التنكسية العصبية والاضطرابات الأخرى المحتملة.
الحويصلات خارج الخلية (EVs) هي واحدة من اللاعبين الرئيسيين في الاتصال بين الخلايا في جميع الكائنات متعددة الخلايا1. EVs عبارة عن جزيئات غشائية ثنائية الطبقة دهنية مشتقة من الخلايا يمكن أن تسهل نقل مجموعة متنوعة من أحمال البضائع ، مثل البروتينات والدهون والأحماض النووية ، إلى الخلايا المتلقية. يمكن أن يكون للمركبات الكهربائية نطاق حجم واسع يتراوح من 30 نانومتر إلى 1 ميكرومتر<. لذلك ، فقد تورطوا في انتشار وتفاقم الأمراض التنكسية العصبية وحالات أخرى مثل مرض الزهايمر (AD) والخرف الجبهي الصدغي (FTD) ومرض باركنسون (PD) والسرطانات2،3. علاوة على ذلك ، نظرا لأنه يمكن العثور على المركبات الكهربائية المركبة في مجموعة من السوائل الحيوية مثل الدم والسائل النخاعي (CSF) واللعاب وحتى البول ، فإن استخدامها المفيد يمكن أن يمتد إلى مجال المؤشرات الحيوية والتشخيصات غير الغازية. على سبيل المثال ، قد تشير أبحاث AD إلى استخدام نسب البروتين الممرض للسوائل الحيوية ، مثل tau / Aβ ، أو حتى Aβ42 / Aβ404.
إحدى الشحنات المعروفة من sEVs هي microRNA (miRNA) ، وهي مجموعة من جزيئات الحمض النووي الريبي الصغيرة غير المشفرة التي يبلغ طولها حوالي 22 نيوكليوتيد والتي ترتبط بمناطق 3'-UTR من mRNA وعادة ما تنظم سلبا تعبير البروتين. تشارك miRNAs في العديد من الأدوار الخلوية ، كما أنها متورطة في التسبب في الأمراض المختلفة ، بما في ذلك السرطانات والأمراض التنكسية العصبية. أجرى Cheng et al. تحليل تسلسل عالي الإنتاجية لتوقيعات تعبير sEV miRNA المشتقة من المصل من مرضى AD5. بمجرد أن يقترن بسجلات التصوير العصبي وعوامل الخطر المعروفة للعمر والجنس وعرض أليل APOE ε4 ، وجد أن النتائج تتنبأ بمرض الزهايمر بحساسية 87٪ وخصوصية 77٪. علاوة على ذلك ، حددت الأبحاث اثنين من miRNAs السائل الدماغي النخاعي (miR-151a-3p ، let-7f-5p) و 3 miRNAs منخفضة التنظيم (miR-27a-3p ، miR-125a-5p و miR-423-5p) التي يمكن أن تشخص المرحلة المبكرة من PD6. مع الأمراض المرضية ، قد تسبق الحالة المرضية بعض الأعراض المميزة للأمراض ، بينما في التنكس العصبي ، يحدث تراكم السمات المميزة المرضية في وقت أبكر بكثير من التدهور المعرفي.
من المحتمل أن تكون MicroRNAs مؤشرا حيويا أكثر فعالية من البروتينات ، نظرا لوظائفها المتنوعة ، وتنظيمها اللاجيني عالي الترتيب. باستخدام أنسجة المخ ، يمكن للباحثين تحديد توقيعات miRNA محددة مشتقة من الدماغ (BDsEV) للأمراض وأنواعها الفرعية. على سبيل المثال ، يمكن أن تقدم sevs ذات العلامات العصبية والدبقية شحنة miRNA مختلفة ، ويمكن أن يؤدي التحليل إلى طرق أكثر دقة للكشف عن المرض. علاوة على ذلك ، يقترح أن تلعب BDsEVs دورا كبيرا في الانتشار عبر المشابك للبروتينات المسببة للأعصاب7. اقترحت التقارير السابقة الترسيب المناعي وتدرج الكثافة (تدرج السكروز) الطرد المركزي الفائق للحصول على مركبات كهربائية من أنسجة المخ المجمدةحديثا 8،9. ومع ذلك ، تتطلب هذه الأساليب بنية تحتية محددة مع طرق الطرد المركزي الفائق والتنقية النهائية للحصول على عينات sEV عاليةالجودة 10. واقترحت التقارير الأحدث عدة تعديلات وتحسينات على النهج11،12،13; ومع ذلك ، على الرغم من ذلك ، لا يزال عزل ودراسة الحمض النووي الريبي الميكرو المشتق من sEV من الأنسجة البشرية غير مطبق على نطاق واسع. يهدف النهج الموصوف في هذا البروتوكول إلى توفير بروتوكول مكرر خطوة بخطوة لدراسة sev المشتقة من الدماغ لتعزيز إمكانية الوصول إلى هذه التقنية. أنشأنا بروتوكولا باستخدام كميات قليلة من أنسجة المخ ، حيث عزلنا المركبات الكهربائية النقية باستخدام كروماتوغرافيا استبعاد الحجم وعرضنا بيانات تسلسل عالية الجودة من الجيل التالي من شحنة الحمض النووي الريبي الصغير لهذه المركبات الكهربائية.
تمت الموافقة على العمل أخلاقيا من قبل بنك مانشستر للدماغ (مرجع REC 09 / H0906/52) ومن قبل لجنة الأخلاقيات في جامعة سالفورد (معرف التطبيق: 3408).
1. انهيار المصفوفة داخل الخلايا باستخدام الكولاجيناز على أقسام أنسجة المخ المجمدة
2. إعداد أعمدة الكروماتوغرافيا لاستبعاد الحجم
3. عزل الحويصلات الصغيرة خارج الخلية باستخدام كروماتوغرافيا استبعاد الحجم
4. تأكيد علامات الحويصلة الصغيرة خارج الخلية عن طريق النشاف الغربي
5. تأكيد الحويصلات الصغيرة خارج الخلية عن طريق تحليل تتبع الجسيمات النانوية (NTA)
6. تأكيد الحويصلات الصغيرة خارج الخلية عن طريق المجهر الإلكتروني للإرسال (TEM)
ملاحظة: تم تنفيذ هذا البروتوكول من قبل مرفق الفحص المجهري الطبي الحيوي في جامعة ليفربول.
7. علاج البروتيناز K و RNase A
8. عزل الحمض النووي الريبي الكلي عن الحويصلات الصغيرة خارج الخلية
9. تسلسل الحمض النووي الريبي الصغير
لتأكيد وجود BDsEVs ، تم استخدام ثلاث تقنيات: النشاف الغربي ، و NTA ، و TEM (الشكل 3). تظهر نتائج اللطخة الغربية (الشكل 3 أ والملف التكميلي 1) وجود جميع العلامات الإيجابية الخمس (CD9 و CD63 و CD81 و Flot-1 و TSG101) وغياب Calnexin في sEVs (المستخدمة كعنصر تحكم س?...
يوضح هذا البروتوكول المعدل والمحسن لعزل الحويصلات الصغيرة خارج الخلية المشتقة من الدماغ وحمولتها من الحمض النووي الريبي الصغير جدوى استخدام الحد الأدنى من الأنسجة دون المساس بجودة وكمية المنتجات في اتجاه مجرى النهر. في مجال اكتشاف المؤشرات الحيوية ، يمكن أن يؤدي تحدي?...
لا يوجد تضارب في المصالح لأي من المؤلفين.
تم تمويل هذا العمل من خلال منحة الدكتوراه لجوزيف مورغان من جمعية الزهايمر في المملكة المتحدة (المنحة رقم 549 / SERA-52) ومن قبل صناديق استراتيجية الابتكار بجامعة سالفورد (منحة SEFA-39). تم الحصول على أنسجة المخ من بنك الدماغ في مانشستر (مرجع REC 09 / H0906/52) لشبكة أدمغة الخرف.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Bovine Serum Albumin | Merck | A9418-100G | |
Cell Mask Orange Plasma Membrane Stain | ThermoFisher Scientific | C10045 | |
Collagenase Type-III | StemCell Technologies | 07422 | |
ExoSpin Columns and Buffer | Cell Guidance Systems Ltd. | EX01-50 | This kit contains SEC columns used in this experiment, precipitation buffer and EV free PBS. |
Halt Protease Inhibitor Cocktail (100x) | ThermoFisher Scientific | 78429 | |
Hibernate-E Medium | ThermoFisher Scientific | A1247601 | |
Laemmli Sample Buffer (4x) | BioRad | 1610747 | |
Lexogen Small RNA-Seq Library Prep Kit | Lexogen | 052.24 | This kit contains Small RNA preparation reagent box with i7 Index primer plate. |
miRNeasy Micro Kit (50) | Qiagen | 217084 | This kit contains high-quality RNA recovery lysis reagent (Qiazol), RNA isolation columns, isolation buffers (RWT, RPE) and RNase free water. |
MiSeq Reagent Kit v3 | Illumina | MS-102-3001 | This is the Illumina Preparation Kit |
Nitrocellulose Membrane, 0.45 μm | ThermoFisher Scientific | 88018 | |
PE/Dazzle 594 anti-human CD63 Antibody | BioLegend | 143914 | Used for fNTA Analysis |
PE/Dazzle 594 anti-human CD81 Antibody | BioLegend | 349520 | Used for fNTA Analysis |
PE/Dazzle 594 anti-human CD9 Antibody | BioLegend | 312118 | Used for fNTA Analysis |
PhosSTOP | Merck | 4906845001 | |
Pierce BCA Protein Assay Kit | ThermoFisher Scientific | 23225 | |
Proteinase K | ThermoFisher Scientific | 25530049 | |
Qubit microRNA Assay Kit | ThermoFisher Scientific | Q32880 | |
Qubit 1X dsDNA HS assay kit | ThermoFisher Scientific | Q33230 | |
Qubit 3.0 Fluorometer | ThermoFisher Scientific | Q33216 | |
RIPA Lysis and Extraction Buffer | ThermoFisher Scientific | 89901 | |
RNase A | ThermoFisher Scientific | EN0531 | |
SuperSignal West Femto Maximum Sensitivity Substrate | ThermoFisher Scientific | 34094 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved