Method Article
Simple cellule de profilage de l'expression génique permet l'analyse détaillée d'expression des cellules individuelles. Nous décrivons des méthodes pour l'isolement des cardiomyocytes, et la préparation des lysats résultant soit pour tout ou biopuces transcriptome qPCR d'objectifs spécifiques.
Alors que de nombreuses études ont examiné les changements d'expression génique à partir des homogénats de tissu cardiaque, ce qui empêche l'étude de la variation stochastique inhérente entre les cellules dans un tissu. L'isolement des populations pures cardiomyocyte à travers une perfusion de collagénase des cœurs de souris facilite la génération de puces à cellule unique pour l'expression génique toute transcriptome, ou qPCR d'objectifs spécifiques en utilisant des tableaux nanofluidique. Nous décrivons ici une procédure pour examiner les profils de simples cellules d'expression génétique des cardiomyocytes isolés du coeur. Ce paradigme permet l'évaluation des mesures d'intérêt qui ne sont pas dépendants de la moyenne (par exemple pour la variance entre les cellules dans un tissu) qui n'est pas possible lors de l'utilisation traditionnelle des workflows tissu entier pour l'évaluation de l'expression génique (figure 1). Nous avons réalisé l'amplification robuste du transcriptome des cellules microgrammes seule cession d'ADNc double brin qui facilite l'utilisation de puces sur les iertaines cellules. Dans la procédure que nous décrivons l'utilisation de tableaux de NimbleGen, qui ont été sélectionnés pour leur facilité d'utilisation et de possibilité de personnaliser leur conception. Alternativement, une transcriptase inverse - amplification de la cible spécifiques (RT-STA) de réaction, permet de qPCR de centaines de cibles en nanofluidique PCR. En utilisant une de ces approches, il est possible d'examiner la variabilité d'expression entre les cellules, ainsi que l'examen des profils d'expression de types de cellules rares à partir d'un tissu. Globalement, l'approche cellule unique permet l'expression des gènes à la génération de données qui peuvent permettre de définir des profils d'expression idiosyncrasique qui sont généralement en moyenne à l'examen d'expression de millions de cellules à partir d'homogénats typiques générés à partir des tissus ensemble.
1. Étape 1 - L'isolement des cardiomyocytes
Conc Finale. | g / L | g/500 ml | Solution de 10x g / L | |
NaCl | 130 mM | 7,597 | 3.3 | 75,97 |
KCl | 5 mM | 0.4 | 0.2 | 4,0 |
L'acide pyruvique | 3 nM | 0,33 | 0,165 | 3,30 |
HEPES | 25 mM | 5,96 | 2,85 | 59,6 |
MgCl 2 | 0,5 mM | 0,101 | 0,05 | 1,01 |
NaH 2PO 4monobasic | 0,33 mM | 0,04 | 0,02 | 0,40 |
Dextrose | 22 mM | 3,96 | 1,98 | 39,6 |
Un tampon de digestion (Faire trois aliquotes de cette solution)
Tampon de digestion B (faire un de ces)
Collection Tampon (faire un de ces)
Tampon de lavage de neutralisation (faire un de ces)
** Selon la source et le lot de la collagénase, l'activité des enzymes peut varier. Il peut être nécessaire pour optimiser la quantité d'enzyme ajoutée à cette zone tampon pour empêcher une digestion.
2. Étape 2 - L'isolement des cellules individuelles
3. Étape 3A - Simple d'expression génique de cellules qPCR
Pour effectuer qPCR sur les cellules individuelles employer un protocole adapté de celui développé pour l'expression génique des cellules unique par Fluidigm Corporation pour leur tableaux Biomark qPCR nanofluidique (Fluidigm - Protocole développement Advance # 30) 3,4.
Réactif | Volume de ul (par réaction) |
CellsDirect mélange réactionnel 2x | 5,0 |
SuperScript III RT Plantinum Taq mélangez | 0.2 |
Mélange d'amorces de RT-STA (200 nM de chaque dosage) | 2.5 |
Nucléase libre H 2 O (ou 1x tampon de suspension ADN) | 1.3 |
Total des | 9,0 |
3. Étape 3B - amplification du transcriptome entier et microarray des cellules individuelles
Extraction et l'amplification
Étiquetage et tableaux NimbleGen l'expression des gènes
Si la perfusion cardiaque fonctionnait bien il devrait y avoir un pourcentage élevé de cellules cardiaques saines qui conservent leur morphologie typique rectangulaire sur l'isolement. Si la perfusion ne procède pas ainsi alors il y aura un grand pourcentage de cellules mortes (voir les images dans la Figure 5). Si les cellules sont correctement amplifié en utilisant soit des méthodes WTA2 ou RT-STA dun les produits finis devrait passer des tests ultérieurs de contrôle qualité pour la qualité des échantillons et de l'ARNm par NanoDrop Bioanalyser (figure 6). Pour le workflow microréseau, cela est terminé après amplification WTA où l'ARNm est testé par deux NanoDrop et bioanalyseur. Représentant des résultats positifs pour cette analyse sont présentés dans la figure 6. Le WTA2 échantillons devraient montrer une amplification à la fois robuste avec la lecture spectrophotomètre NanoDrop, ainsi que la lecture de l'électrophérogramme Bioanalyzer (BA) à puce (figure 6). Une table de gènes qui ont été détectés par stablement microréseau de cellules uniques est inclus comme un exemple (tableau S1). Pour le processus de qPCR, la qualité des données peut être évaluée en effectuant une étape de fusion à la fin de la réaction de PCR pour s'assurer que les ensembles d'amorces amplifient le produit désiré (figure 7). Si elle est correcte, cette étape de fusion devrait générer un pic spécifique fondre. Pour illustrer ce point, un sous-ensemble de données nanofluidique qPCR est représenté dans une heatmap du pic de fusion température (figure 8) 8. Il est possible d'évaluer la qualité d'un produit de PCR par sa température de fusion afin d'assurer l'absence de produits non spécifiques 5. Chaque ligne de cette carte représente un échantillon de cellules (S1-S40) testés dans 43 essais qPCR séparé (A1-A43). Dans cette figure, il est clair que certains dosages sont très variables et sont probablement moins fiables que les tests plus stable avec une spécificité plus élevée PCR.
Figure 1. Vue d'ensemble de l'isolement cellulaire unique et d'analyse d'expression génique. La procédure sera la preuve de l'ablation chirurgicale du cœur de la souris et l'isolement des cardiomyocytes individuels. Les méthodes présentées dans cette procédure sont les méthodes de qPCR ou soit l'analyse des microréseaux après amplification du transcriptome entier (WTA). La procédure commence par la WTA lyse (A), puis la liaison des amorces universelles de Sigma (B) à l'ARNmpiscine. L'extension de ces amorces (C) et l'amplification (D) phase de création microgrammes de matériel amplifié. Cette amplification est ensuite répété (e) pour générer suffisamment de matériel pour la procédure de biopuces.
Figure 2. Représentation de l'emplacement de l'incision pour enlever le cœur de la souris. Couper le long de la paroi latérale de la cage thoracique (A), puis coupez le long de la marge inférieure de la cage thoracique (B). Couper les vaisseaux au-dessus et en dessous du coeur permettent de retrait, tout en laissant assez de l'aorte à cathétériser le cœur. Images adaptées de MJ Cook, 6.
Figure 3. Schéma du thorax de la souris. Les lignes pointillées indiquent les emplacements des incisions (A) pour exciser le cœur de la cavité thoracique, sans endommager l'h tissus eart. Images adaptées de MJ Cook, 6.
Figure 4. Image de l'arc aortique et de ses branches. La ligne grise indique l'emplacement idéal d'où couper l'aorte (A). L'aorte en restant attaché à cœur est canulée de sorte que l'extrémité de la canule (B) passe au niveau approprié dans l'aorte (C). Images adapté de F. Gaillard 7.
Figure 5. Sélection de cellules uniques pour l'analyse de l'expression génique. Chaque panneau montre cardiomyocytes imagé au microscope optique montrant la morphologie typique des cardiomyocytes. Cardiomyocytes saines sont indiquées par les flèches vertes. Les cellules qui sont morts ou mourants sont indiquées par des flèches rouges. Ces cellules mortes ne doivent pas être utilisées dans l'analyse.
iles/ftp_upload/3302/3302fig6.jpg "alt =" Figure 6 "/>
Figure 6. Contrôle de la qualité des résultats WTA pour l'amplification seule cellule. (A) Image d'un spectrophotomètre NanoDrop lecture qui est approprié pour les transcriptions amplifié à partir de la réaction du circuit WTA. (B) La lecture de la puce BioAnalyzer montre les résultats de trois cellules amplifiées.
Figure 7. Courbes d'amplification PCR quantitative (graphique de gauche) et pic de fusion des courbes de température (graphique de droite). (A) Les résultats d'expression à partir d'un test de qualité sont présentés avec un seul pic fondre en dépit des courbes d'amplification différents. (B) Faites fondre les courbes d'un ensemble d'amorces pauvres, ce qui a des pics fondre très variable qui n'est pas idéal pour l'analyse de l'expression.
Résultats de la figure 8. Contrôle de la qualité pour la seule cellule de qPCR réagissentions. Cette carte de la chaleur a été créé pour afficher les températures de fusion comme une échelle de couleurs. La température de fusion de pointe pour chaque dosage qPCR (A1-A43) est indiqué pour 40 cellules individuelles (S1-40). Les tests ont été regroupés en fonction de leur température de fusion. En regardant vers le bas de la colonne pour chaque dosage, il est possible de voir la variation de fondre sur l'ensemble des échantillons. Ce chiffre démontre que certains tests qPCR sont très spécifiques tandis que d'autres sont très variables et ne sont donc pas adapté à l'analyse unicellulaire.
Tableau S1. Tableau complémentaire des données de biopuces. Ces gènes sont répertoriés en fonction de la robustesse dans lequel ils sont détectés dans les cardiomyocytes unique à travers une vaste base de données. Cette liste de gènes indique la sensibilité de détection pour un certain nombre de gènes qui sont généralement exprimés en cardiomyocytes unique.
Cette méthode a la possibilité de générer des cardiomyocytes pour un certain nombre de fonctions ainsi que les études d'expression génique. L'examen des cellules individuelles est une région en plein essor dans l'analyse de l'expression génique. L'avantage de l'examen de niveau transcriptionnel au niveau de la cellule unique est qu'il permet l'examen d'une population cellulaire pure, qui n'est pas possible à partir des préparations de tissus ensemble. De plus, l'analyse seule cellule permet à l'examen de la variation stochastique des taux d'ARNm dans des cellules individuelles pour définir les populations de cellules qui étaient auparavant considérés comme homogènes 8,9. En plus d'identifier les gènes qui sont potentiellement stochastique dans leur expression des gènes 10,11,12, la méthode permet aussi l'identification des populations de cellules rares définies par leurs profils d'expression génique.
Bien que cette méthode fournit un certain nombre de passionnantes utilisations potentielles dans l'analyse de l'expression des gènes, il ya des some mises en garde et considérations dans l'utilisation des cellules individuelles. La principale limitation à l'analyse unicellulaire, est la collecte de suffisamment de cellules dans l'expérience pour atteindre une signification statistique en ce qui concerne la métrique d'intérêt, de la variance par exemple. Dans le cas où le nombre de cellules isolées à partir du tissu d'intérêt n'est pas une limitation, on peut examiner des centaines de cellules par groupe, en utilisant des approches telles que séquençage de nouvelle génération, ou des tableaux nanofluidique. Toutefois, dans certains cas, il peut y avoir des difficultés à obtenir suffisamment de cellules du tissu d'intérêt. Cela peut être en partie causée par le temps des procédures idiosyncratiques intensif pour la collection du type de cellules ciblées. Cependant, une planification minutieuse et la préparation avant de procéder à la collecte seule cellule peut encore permettre une analyse rigoureuse de cellule unique avec une erreur technique limitée. Lorsque l'on examine les résultats, il doit être considéré que, même si cette procédure pour isoler les cellules a été utilisé dans de nombreux Studies (y compris la microscopie, l'électrophysiologie, etc), l'isolement se pourrait potentiellement effet l'expression des gènes. Comme avec n'importe quelle méthode qui manipule des échantillons biologiques, les résultats de vos résultats devraient être soigneusement validé pour garantir l'expression cellule unique est représentatif du tissu lui-même et un biais non pas technique. Des méthodes telles que l'hybridation in situ peut s'avérer utile de vérifier ces résultats dans le tissu intact. Enfin, il est essentiel de s'assurer que les données générées sont soigneusement vérifiées pour le contrôle qualité. Les données présentées dans la figure 8 montre que les dosages qPCR peut être très robustes dans leur spécificité, comme test n ° 13 (A13) ou ont un niveau élevé de variabilité qui peut conduire à la variance techniques telles que le dosage n ° 34 (A34).
Accès libre et la production de cette de cet article est sponsorisé Sigma-Aldrich.
Les auteurs tiennent à remercier l'assistance technique de C. Zambataro pendant le tournage de ce protocole. Nous remercions chaleureusement le soutien de la Fondation Glenn pour la recherche médicale (SM), la fondation Hillblom, et le National Institutes of Health pour un prix de Nathan Centre Choc (P30AG025708) et PO1AG025901. JMF a été soutenue par T32AG000266 décerné à l'Institut Buck pour la recherche sur le vieillissement.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nom du réactif | Société | Numéro de catalogue | Commentaires |
NaCl | Sigma-Aldrich | 71378 | |
KCl | Sigma-Aldrich | 60128 | |
L'acide pyruvique | Sigma-Aldrich | P4562 | |
Hepes | Sigma-Aldrich | 54457 | |
MgCl 2 | Sigma-Aldrich | M1020 | |
NaH 2 PO 4 monobasique | Sigma-Aldrich | P9791 | |
Dextrose | Sigma-Aldrich | G6721 | |
NaOH | Sigma-Aldrich | 72068 | |
EGTA | Sigma-Aldrich | O3777 | |
CaCl 2 | Sigma-Aldrich | 21115 | |
Protéase, type XIV | Sigma-Aldrich | P5147 | |
Collaoxygénase, Type I | Worthington | C9891 | |
Tampon 1x suspension l'ADN (10 mM Tris, pH 8,0, EDTA 0,1 mM) | TEKnova, | PN T0221 | |
BSA | Sigma-Aldrich | B8667 | |
Pentobarbital sodique | Henry Schein Vet. * Alimentation | Contacter avec le fournisseur pour commander | * Doit être procuré par un vétérinaire ou un laboratoire animalier professionnel |
IT ExoSAP | Affymetrix / USB | 78201 | |
CellsDirect 2x Mix Rxn | Invitrogen | 11737-030 | |
SuperScript III Platinum Taq Mix RT | Invitrogen | 10928-042 | |
Mélange d'amorces de RT-STA | IDT | Personnalisé | |
Nucléase l'eau libre | Sigma-Aldrich | W4502 | |
WTA2 | Sigma-Aldrich | WTA2-50rxn | |
Kit QIAquick PCR Purification | Qiagen | 28104 | |
QIAcube | Qiagen | 9001292 | |
Spectrophotomètre NanoDrop | NanoDrop | 2000c | |
BioAnalyzer DNA kit 7500 | Agilent | 7500 Kit | |
Un kit de marquage couleur | Roche-NimbleGen | 5223555001 | |
Mus musculus 12x135k array | Roche-NimbleGen | 5543797001 | |
GenePix 4200A Scanner | Molecular Devices | 4200A | |
Transplex Complete kit complet d'amplification du transcriptome (WTA2 Kit) | Sigma-Aldrich | WTA2-50RXN |
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