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Perfiles de expresión de células individuales permite el análisis detallado de la expresión génica de células individuales. Se describen los métodos para el aislamiento de los cardiomiocitos, y la preparación de los lisados resultantes, ya sea para toda microarrays transcriptoma o qPCR de objetivos específicos.
Si bien numerosos estudios han examinado los cambios de expresión génica de los homogeneizados de tejido cardíaco, lo que impide el estudio de la variación estocástica inherente entre las células en un tejido. El aislamiento de poblaciones puras de cardiomiocitos a través de una perfusión de colagenasa de los corazones del ratón facilita la generación de microarrays de células única de toda la expresión de genes transcriptoma, o qPCR de objetivos específicos con matrices nanofluídicos. Se describe aquí un procedimiento para examinar las células individuales perfiles de expresión génica de los cardiomiocitos aislados desde el corazón. Este paradigma permite la evaluación de los parámetros de interés que no dependen de la media (por ejemplo, la variación entre las células en un tejido) que no es posible cuando se utilizan los flujos de trabajo convencionales, todo el tejido para la evaluación de la expresión génica (Figura 1). Hemos logrado la amplificación de la robusto microgramos transcriptoma de células individuales rendimiento de cDNA de doble cadena que facilita el uso de microarrays de icélulas INDIVIDUALES. En el procedimiento se describe el uso de las matrices de NimbleGen, que fueron seleccionados por su facilidad de uso y capacidad de personalizar su diseño. Por otra parte, una transcriptasa inversa - amplificación específicos (RT-STA) de reacción, permite qPCR de cientos de objetivos por nanofluídicos PCR. Con cualquiera de estos métodos, es posible examinar la variabilidad de la expresión entre las células, así como examinar los perfiles de expresión de los tipos de células poco comunes dentro de un pañuelo de papel. En general, el único gen de células enfoque de expresión permite la generación de datos que potencialmente pueden identificar los perfiles de expresión peculiar que suelen promediar la hora de examinar la expresión de millones de células a partir de homogeneizados de tejidos típicos generados a partir de su conjunto.
1. Paso 1 - aislamiento de los cardiomiocitos
Conc. final. | g / L | g/500 ml | 10x solución g / L | |
NaCl | 130 mM | 7.597 | 3.3 | 75.97 |
KCl | 5 mM | 0.4 | 0.2 | 4.0 |
Ácido pirúvico | 3 nM | 0.33 | 0.165 | 3.30 |
HEPES | 25 mM | 5.96 | 2.85 | 59.6 |
MgCl2 | 0,5 mM | 0.101 | 0.05 | 1.01 |
NaH 2PO 4monobasic | 0,33 mM | 0.04 | 0.02 | 0.40 |
Dextrosa | 22 mM | 3.96 | 1.98 | 39.6 |
Tampón de digestión A (Haga tres alícuotas de esta solución)
Digestión Buffer B (hacer uno de estos)
Colección de búfer (hacer uno de estos)
La neutralización de tampón de lavado (hacer uno de estos)
** Dependiendo de la fuente y el lote de la colagenasa, la actividad de las enzimas puede variar. Puede que sea necesario para optimizar la cantidad de enzima añadido a este búfer para evitar el exceso de la digestión.
2. Paso 2 - Aislamiento de células individuales
3. Paso 3A - Single qPCR células de la expresión génica
Para llevar a cabo qPCR en las células de un solo emplean un protocolo adaptado de uno desarrollado para la expresión de un solo gen de la célula por la Corporación Fluidigm para sus matrices Biomark nanofluídicos qPCR (Fluidigm - Protocolo de avanzar en el desarrollo # 30) 3,4.
Reactivo | Volumen en l (por reacción) |
CellsDirect mezcla de reacción 2x | 5.0 |
Superíndice III RT mezcla de platino Taq | 0.2 |
RT-STA Primer mezcla (200 nM cada ensayo) | 2.5 |
Nucleasa libre H 2 O (o tampón 1x suspensión de ADN) | 1.3 |
Total | 9.0 |
3. Paso 3B - amplificación transcriptoma enteros y microarrays de células individuales
Extracción y de amplificación
Etiquetado y matrices NimbleGen la expresión génica
Si la perfusión del corazón funcionaba bien debe haber un alto porcentaje de células saludables para el corazón que conservan su morfología rectangular típica del aislamiento. Si la perfusión no procedió bien, entonces habrá un gran porcentaje de células muertas (ver imágenes en la Figura 5). Si las células están correctamente amplificado utilizando los métodos WTA2 o RT STA-lan de los productos finales deben pasar las pruebas de control de calidad posterior a la calidad de las muestras de ARNm por NanoDrop y Bioanalyser (Figura 6). Para el flujo de trabajo de microarrays, que se termine esto después de la amplificación WTA, donde se analiza el ARNm por tanto NanoDrop y Bioanalyzer. Representante de los resultados positivos de este análisis se muestran en la Figura 6. El WTA2 muestras deben mostrar una amplificación fuerte tanto con la lectura del espectrofotómetro NanoDrop, así como la lectura de la electroferograma Bioanalyzer (BA) chip (Figura 6). Una tabla de los genes que se han detectado de forma estable a través de microarrays de células individuales se incluye como un ejemplo (Tabla S1). Para el proceso de qPCR, la calidad de los datos pueden ser evaluados mediante la realización de un paso se funden a la final de la reacción de PCR para asegurar que el primer sets están amplificando el producto deseado (Figura 7). Si es correcto, este paso de fusión debe generar un pico de fusión específico. Para ilustrar este punto, un subconjunto de nanofluídicos qPCR datos se muestran en un mapa de calor de fusión pico temperatura (Figura 8) 8. Es posible evaluar la calidad de un producto de PCR por su temperatura de fusión para garantizar la ausencia de productos no específicos 5. Cada fila de este mapa representa una muestra de células (S1-S40) pusieron a prueba en 43 ensayos de qPCR independiente (A1-A43). En esta figura, está claro que algunas pruebas son muy variables y son probablemente menos confiables que los ensayos más estable con una mayor especificidad de la PCR.
Figura 1. Visión general de la aislamiento de células individuales y el análisis de la expresión génica. El procedimiento se muestran en la extirpación quirúrgica del corazón del ratón y el aislamiento de los cardiomiocitos individuales. Los métodos descritos en este procedimiento son los métodos, ya sea para qPCR análisis de microarrays o después de la amplificación transcriptoma conjunto (WTA). El procedimiento comienza con el WTA de lisis (A) y la unión de los cebadores de Sigma universal (B) al ARNmpiscina. La extensión de estos cebadores (C) y la fase de amplificación (D) crear microgramos de material amplificado. Esta amplificación se repite (E) para generar suficiente material para el procedimiento de microarrays.
Figura 2. Representación de la ubicación de las incisiones para extraer el corazón del ratón. Corte a lo largo de la pared lateral de la caja torácica (A), luego se corta a lo largo del borde inferior de la caja torácica (B). Cortar los vasos encima y por debajo del corazón a la remoción dejando al mismo tiempo suficiente de la aorta para canalizar el corazón. Imágenes adaptadas de MJ Cook, 6.
Figura 3. Diagrama del tórax del ratón. Las líneas punteadas indican la ubicación de las incisiones (A) para extirpar el corazón de la cavidad torácica sin dañar el h eart tejido. Imágenes adaptadas de MJ Cook, 6.
Figura 4. Imagen del arco aórtico y sus ramas. La línea gris indica el lugar ideal de donde recortar la aorta (A). La aorta que permanezcan unidas al corazón es una cánula para que la punta de la cánula (B) pasa al nivel apropiado dentro de la aorta (C). Imágenes adaptadas de F. Gaillard 7.
Figura 5. Selección de celdas individuales para el análisis de expresión génica. Cada panel muestra los cardiomiocitos imágenes en el microscopio óptico que muestra la morfología típica de los cardiomiocitos. Cardiomiocitos sanos son indicados por las flechas verdes. Las células que están muertos o moribundos se muestran con flechas rojas. Estas células muertas no se debe utilizar en el análisis.
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Figura 6. Control de calidad los resultados WTA para la amplificación de células individuales. (A) Imagen de un espectrofotómetro de lectura NanoDrop que sea apropiado para las transcripciones de amplificación de la reacción de la WTA. (B) La lectura de un chip Bioanalyzer muestra los resultados de tres células amplificadas.
Figura 7. QPCR curvas de amplificación (izquierda) y el pico de fusión curvas de temperatura (derecha). (A) Los resultados de la expresión de una prueba de calidad se muestran con un solo pico fusión a pesar de las curvas de amplificación diferentes. (B) Derretir curvas de un primer set pobre, que tiene picos de fusión muy variable que no es ideal para el análisis de la expresión.
Figura 8. Los resultados de control de calidad de la única célula qPCR reaccionariones. Este mapa de calor se ha creado para mostrar las temperaturas de fusión como una escala de colores. La temperatura de fusión del pico de cada ensayo qPCR (A1-A43) se muestra por 40 celdas individuales (S1-40). Los ensayos se agruparon de acuerdo a su temperatura de fusión. Al observar la columna para cada ensayo, es posible ver la variación de fusión a través de todas las muestras. Esta cifra demuestra que algunos ensayos de PCR cuantitativa son muy específicos, mientras que otros son muy variables y por lo tanto no son adecuados para el análisis de células individuales.
Tabla S1. mesa de consulta de datos de microarrays. Estos genes se enumeran de acuerdo a la robustez en el que se detectan en los cardiomiocitos a través de una sola gran base de datos. Esta lista de genes indica la sensibilidad de la detección de una serie de genes que se expresan típicamente en cardiomiocitos individuales.
Este método tiene la posibilidad de generar cardiomiocitos para un número de funcionales, así como estudios de expresión génica. El examen de las células individuales es un área floreciente en el análisis de expresión génica. La ventaja de estudiar los niveles de la transcripción a nivel de la célula es que permite el examen de una población celular pura, que no es posible a partir de preparaciones de tejidos conjunto. Además, el análisis de células individuales permite el examen de la variación estocástica de los niveles de mRNA en las células individuales para definir las poblaciones de células que se creía que ser homogénea 8,9. Además de identificar los genes que son potencialmente estocástico en su expresión génica 10,11,12, el método también permite la identificación de las poblaciones celulares raras definidas por sus perfiles de expresión génica.
Aunque este método ofrece una serie de interesantes aplicaciones potenciales en el análisis de expresión génica, hay somadvertencias e y consideraciones en el uso de células individuales. La principal limitación para el análisis de células individuales, es la recolección de suficientes células en el experimento para alcanzar la significación estadística en cuanto a la métrica de interés, por ejemplo, la varianza. En los casos en que el número de células aisladas de tejido de interés no es una limitación, se puede examinar cientos de células por grupo, utilizando métodos como la secuenciación de próxima generación, o matrices nanofluídicos. Sin embargo, en algunos casos, puede haber dificultades para obtener suficientes células de los tejidos de interés. Esto puede en parte ser causado por procedimientos tiempo idiosincrasia intensiva para la recolección del tipo de células específicas. Sin embargo, una cuidadosa planificación y preparación antes de proceder con la colección única célula puede todavía permitir un análisis riguroso sola célula con un error técnico limitado. Al examinar los resultados debe tenerse en cuenta, que aunque este procedimiento para aislar las células se ha utilizado en numerosas Studies (incluida la microscopía, la electrofisiología, etc), el propio aislamiento potencialmente podría afectar a la expresión génica. Al igual que con cualquier otro método que manipula las muestras biológicas, los resultados de sus hallazgos deben ser cuidadosamente validados para asegurar la expresión de células individuales es representativa del propio tejido y el sesgo de no técnicos. Métodos como la hibridación in situ puede ser útil para verificar estos resultados en el tejido intacto. Por último, es fundamental para asegurar que los datos generados es cuidadosamente revisada para el control de calidad. Los datos mostrados en la Figura 8 demuestra que los ensayos de qPCR puede ser muy fuerte en su especificidad, como el ensayo N º 13 (A13) o tener un alto nivel de variabilidad que puede llevar a la variación de técnicas, como prueba de # 34 (A34).
Acceso Libre y la producción de este de este artículo es patrocinado por Sigma-Aldrich.
Los autores desean agradecer la asistencia técnica de la C. Zambataro durante el rodaje de este protocolo. Agradecemos el apoyo de la Fundación Glenn de Investigación Médica (SM), la Fundación Hillblom, y los Institutos Nacionales de Salud para el premio Centro de Nathan Shock (P30AG025708) y PO1AG025901. JMF fue apoyada por T32AG000266 otorgado al Instituto Buck de Investigación sobre el Envejecimiento.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nombre del reactivo | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
NaCl | Sigma-Aldrich | 71378 | |
KCl | Sigma-Aldrich | 60128 | |
Ácido pirúvico | Sigma-Aldrich | P4562 | |
Hepes | Sigma-Aldrich | 54457 | |
MgCl2 | Sigma-Aldrich | M1020 | |
NaH 2 PO 4 monobásico | Sigma-Aldrich | P9791 | |
Dextrosa | Sigma-Aldrich | G6721 | |
NaOH | Sigma-Aldrich | 72068 | |
EGTA | Sigma-Aldrich | O3777 | |
CaCl2 | Sigma-Aldrich | 21115 | |
Proteasa, Tipo XIV | Sigma-Aldrich | P5147 | |
Colladeshidrogenasa, Tipo I | Worthington | C9891 | |
Suspensión de ADN 1x Buffer (10 mM Tris, pH 8,0, 0,1 mM EDTA) | TEKnova, | PN T0221 | |
BSA | Sigma-Aldrich | B8667 | |
Pentobarbital sódico | Henry Schein Vet. * Fuente de | Contactar con proveedor para ordenar | * Deben ser adquiridos a través de un veterinario o un laboratorio profesional de animales |
ExoSAP IT | Affymetrix / USB | 78201 | |
CellsDirect 2x Mix Rxn | Invitrogen | 11737-030 | |
Superíndice III RT Platinum Taq Mix | Invitrogen | 10928-042 | |
RT-STA Primer Mix | IDT | Costumbre | |
Nucleasa libre de agua | Sigma-Aldrich | W4502 | |
WTA2 | Sigma-Aldrich | WTA2-50rxn | |
QIAquick PCR kit de purificación | Qiagen | 28104 | |
Qiacube | Qiagen | 9001292 | |
NanoDrop Espectrofotómetro | NanoDrop | 2000c | |
Bioanalyzer 7500 kit de ADN | Agilent | 7500 kit | |
Un color kit de etiquetado | Roche-NimbleGen | 5223555001 | |
Mus musculus 12x135k serie | Roche-NimbleGen | 5543797001 | |
GenePix 4200A Escáner | Molecular Devices | 4200A | |
TransPlex completa transcriptoma enteros Kit de amplificación (WTA2 Kit) | Sigma-Aldrich | WTA2-50RXN |
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