Génération et analyse en aval de transcriptomes unicellulaires et mononucléiaux dans des organoïdes cérébraux

Résumé

Ici, nous présentons un protocole complet pour la génération et l’analyse en aval d’organoïdes cérébraux humains à l’aide du séquençage de l’ARN unicellulaire et mononucléique.

Résumé

Au cours de la dernière décennie, la transcriptomique unicellulaire a considérablement évolué et est devenue une méthode de laboratoire standard pour l’analyse simultanée des profils d’expression génique de cellules individuelles, permettant de capturer la diversité cellulaire. Afin de surmonter les limites posées par les types de cellules difficiles à isoler, une approche alternative visant à récupérer des noyaux uniques au lieu de cellules intactes peut être utilisée pour le séquençage, ce qui rend le profilage du transcriptome des cellules individuelles universellement applicable. Ces techniques sont devenues une pierre angulaire dans l’étude des organoïdes cérébraux, les établissant comme des modèles du cerveau humain en développement. Exploitant le potentiel de la transcriptomique unicellulaire et mononucléus dans la recherche sur les organoïdes cérébraux, ce protocole présente un guide étape par étape englobant des procédures clés telles que la dissociation des organoïdes, l’isolement d’une cellule unique ou de noyaux, la préparation de banques et le séquençage. En mettant en œuvre ces approches alternatives, les chercheurs peuvent obtenir des ensembles de données de haute qualité, permettant l’identification de types de cellules neuronales et non neuronales, de profils d’expression génique et de trajectoires de lignées cellulaires. Cela facilite l’étude approfondie des processus cellulaires et des mécanismes moléculaires qui façonnent le développement du cerveau.

Introduction

Au cours des dernières années, les technologies des organoïdes sont apparues comme un outil prometteur pour la culture de tissus semblables à des organes ^1,2,3. En particulier pour les organes qui ne sont pas facilement accessibles, comme le cerveau humain, les organoïdes offrent la possibilité d’obtenir des informations sur le développement et la manifestation de la maladie⁴. En tant que tels, les organoïdes cérébraux ont été largement utilisés comme modèle expérimental pour étudier divers troubles du cerveau humain, y compris les maladies développeme....

Protocole

Le protocole décrit est réalisé dans un laboratoire de biosécurité de niveau 1 du Centre Max Delbrück de médecine moléculaire (numéro d’approbation : 138/08), conformément aux exigences et aux règles européennes et nationales en matière d’éthique de la recherche.

1. Dérivation d’organoïdes du cerveau antérieur à partir de cellules souches pluripotentes induites (iPSC)

REMARQUE : Ce protocole a été testé pour plusieurs lignées iPSC différentes cultivées dans une variété de milieux de cellules souches de différentes sociétés (tableau 1). La génération d’organoïdes du cerveau antérieu....

Discussion

L’analyse transcriptomique de cellules uniques et de noyaux uniques est apparue comme un outil essentiel pour comprendre les mécanismes de régulation des gènes dans les tissus complexes. Les deux méthodes permettent d’étudier le transcriptome des organoïdes cérébraux. Pour garantir le succès global de l’expérience, la qualité du matériau de départ est d’une grande importance. Par conséquent, il est nécessaire de couper régulièrement les organoïdes pour éviter la formation d’un noyau nécrotiq.......

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
1,4-DITHIO-DL-THREIT-LSG., F. D. MOL.-BIOL., ~1 M IN H2O (DTT)	Sigma	43816-10ML
1.5 ml DNA low binding tubes	VWR	525-0130	microcentrifuge tube
10x Cellranger pipeline			analysis pipline
15 ml Falcon	Falcon		Centrifuge tube
2-Mercaptoethanol (BME)	Life Technologies	21985023
50 ml Falcon	Falcon		Centrifuge tube
A83-01	Bio Technologies	379762
Antibiotic/Antimycotic Solution (100X)	Life Technologies	15240062
B-27 Plus Supplement	Life Technologies	17504044
B-27 Supplement without vitamin A	Life Technologies	12587010
Bovine serum albumin, fatty acid free (BSA)	Sigma Aldrich	A8806-5G
cAMP	Biogems	6099240
cAMP	Biogems	6099240
C-CHIP NEUBAUER IMPROVED	VWR	DHC-N01
Cell strainer 40 µm	Neolab	352340
Cell strainer 70 µm (white) Nylon	Sigma	CLS431751-50EA
Chromium Controller & Next GEM Accessory Kit	10X Genomics	1000204
Chromium Next GEM Chip G Single Cell Kit, 16 rxns	10X Genomics	1000127
Chromium Next GEM Single Cell 3' Kit v3.1	10X Genomics	1000268
Complete,  EDTA-free Protease Inhibitor Cocktaill	Roche	11873580001
DAPI	MERCK Chemicals	0000001722
DMEM/F12	Life Technologies	11320074
Dounce tissue grinder set 2 mL complete	Sigma Aldrich	10536355
Essential E8 Flex Medium	Life Technologies	A2858501
EVE Cell Counting Slides	VWR	EVS-050 ( 734-2676)
Foetal bovine serum tetracycline free (FBS)	PAN Biotech	P30-3602
Geltrex LDEV-Free (coating)	Life Technologies	A1413302
gentleMACS	Miltenyi Biotec		dissociation maschine
GlutaMAX supplements	Life Technologies	35050038
Heparin sodium cell culture tested	Sigma	H3149-10KU
human recombinant BDNF	StemCell Technologies	78005.3
human recombinant GDNF	StemCell Technologies	78058.3
Insulin Solution Human	Sigma Aldrich	I2643-25MG
Knockout serum replacement	Life Technologies	10828028
LDN193189 Hydrochloride 98%	Sigma Aldrich	130-106-540
MEM non-essential amino acid (100x)	Sigma Aldrich	M7145-100ml
MgCl2 Magnesium Chloride (1M) RNAse free	Thermo Scientific	AM9530G
mTeSR Plus	StemCell Technologies	100-0276	stem cell medium
mTeSR1	StemCell Technologies	85850	stem cell medium
N2 Supplement	StemCell Technologies	17502048
Neural Tissue Dissociation Kit	Miltenyi Biotec B.V. & Co. KG	130-092-628
Neurobasal Plus	Life Technologies	A3582901
NextSeq500 system	Illumina		Sequencer
NP-40 Surfact-Amps Detergent Solution	Life Technologies	28324
PBS Dulbecco’s	Invitrogen	14190169
PenStrep (Penicillin - Streptomycin)	Life Technologies	15140122
Percoll	Th. Geyer	10668276
Pluronic (R) F-127	Sigma Aldrich	P2443-1KG
RiboLock RNase Inhibitor	Life Technologies	EO0382
Rock Inhibitor (Y-27632 dihydrochloride) SB	Biomol	Cay10005583-10
SB 431542	Biogems	3014193
Sodium chloride NaCl (5M), RNase-free-100 mL	Invitrogen	AM9760G
StemFlex Medium	Thermo Scientific	A3349401	stem cell medium
StemMACS iPS-Brew XF	Miltenyi Biotec	130-104-368	stem cell medium
TC-Platte 96 Well, round bottom	Sarstedt	83.3925.500
TISSUi006-A	TissUse GmbH	https://hpscreg.eu/cell-line/TISSUi006-A
Trypan Blue	T8154-20ml	Sigma
TrypLE Express Enzyme, no phenol red	Life Technologies	12604013	Trypsin-based reagent
UltraPure 1M Tris-HCl Buffer, pH 7.5	Life Technologies	15567027
XAV939	Enzo Life sciences	BML-WN100-0005