A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
כאן, אנו מקימים פרוטוקול המשתמש בכמויות מינימליות של מקטעי רקמת מוח קפואים טריים ושיטת צנטריפוגה נגישה במהירות גבוהה יחד עם כרומטוגרפיה של אי הכללת גודל כדי להשיג שלפוחיות חוץ-תאיות קטנות כמקורות לסמנים ביולוגיים של מיקרו-RNA (miRNA) להפרעות נוירולוגיות.
שלפוחיות חוץ-תאיות קטנות (sEVs) הן מתווכות חיוניות בתקשורת תא-תאי, ומעבירות מטענים מגוונים כמו חלבונים, שומנים וחומצות גרעין (microRNA, mRNA, DNA). למטען ה-microRNA sEV יש תועלת פוטנציאלית כסמן ביולוגי רב עוצמה לא פולשני למחלות בשל יכולתו של sEV לחצות מחסומים ביולוגיים (למשל, מחסום דם-מוח) ולהיות נגיש באמצעות נוזלי גוף שונים. למרות מחקרים רבים על סמנים ביולוגיים של sEV בנוזלי גוף, זיהוי תת-אוכלוסיות sEV ספציפיות לרקמות או לתאים נותר מאתגר, במיוחד מהמוח. המחקר שלנו מתמודד עם אתגר זה על ידי התאמת שיטות קיימות לבידוד sEVs מכמויות מינימליות של חלקי מוח אנושיים קפואים באמצעות כרומטוגרפיה של אי הכללת גודל (SEC).
לאחר אישור אתי, כ-250 מיקרוגרם של רקמת מוח אנושית קפואה טרייה (שהושגה מבנק המוח של מנצ'סטר [בריטניה]) נחתכה מ-3 רקמות התורם והודגרה בתמיסת קולגנאז מסוג 3/Hibernate-E, עם תסיסה ביניים, ואחריה צנטריפוגה סדרתית ושלבי סינון. לאחר מכן, sEVs בודדו בשיטת SEC ואופיינו על ידי ביצוע הנחיות MISEV. לפני בידוד RNA מתוך sEVs אלה, התמיסה טופלה ב-Proteinase-K ו-RNase-A כדי להסיר כל RNA חוץ-תאי שאינו sEV. כמות ואיכות ה-RNA נבדקו ועובדו עוד עבור qPCR וניסויי ריצוף RNA קטנים.
נוכחותם של sEVs אושרה באמצעות ניתוח מעקב אחר ננו-חלקיקים פלואורסצנטיים (fNTA) וכתם מערבי לסמני פני השטח (CD9, CD63, CD81). התפלגות הגודל (50-200 ננומטר) אושרה על ידי NTA ומיקרוסקופ אלקטרונים. ריכוז ה-RNA הכולל בתוך sEVs שעברו ליזה נע בין 3-9 ננוגרם/מיקרוליטר ושימש לכימות מוצלח על ידי qPCR עבור מיקרו-רנ"א מועמדים נבחרים. ריצוף RNA קטן ב-MiSeq סיפק נתונים באיכות גבוהה (Q >32) עם 1.4-5 מיליון קריאות לדגימה.
שיטה זו מאפשרת בידוד ואפיון יעיל של sEVs מנפח מינימלי של רקמת המוח, מקלה על מחקר סמנים ביולוגיים לא פולשני וטומנת בחובה הבטחה למחקרי סמנים ביולוגיים שוויוניים של מחלות, המציעים תובנות לגבי מחלות ניווניות והפרעות אחרות.
שלפוחיות חוץ-תאיות (EVs) הן אחד משחקני המפתח בתקשורת בין-תאית בכל האורגניזמים הרב-תאיים1. EVs הם חלקיקי ממברנה דו-שכבתית של שומנים שמקורם בתאים שיכולים להקל על העברת מגוון עומסי מטען, כגון חלבונים, ליפידים וחומצות גרעין, לתאים המקבלים. לרכבים חשמליים יכול להיות טווח גדלים רחב שנע בין 30 ננומטר ל-1 מיקרומטר. לרכבים חשמליים קטנים (sEVs), המוגדרים כשלפוחיות קשורות לליפידים עם גודל קוטר ממוצע של <200 ננומטר, יש את היכולת לחצות את מחסום הדם-מוח; לכן, הם היו מעורבים בהתפשטות דמוית פריון והחמרה של מחלות ניווניות ומצבים אחרים כגון מחלת אלצהיימר (AD), דמנציה פרונטו-טמפורלית (FTD), מחלת פרקינסון (PD) וסרטן 2,3. יתר על כן, מכיוון שניתן למצוא sEVs במגוון נוזלים ביולוגיים כגון דם, נוזל מוחי (CSF), רוק ואפילו שתן, השימוש המועיל בהם יכול להתפרש על פני תחום הסמנים הביולוגיים והאבחון הלא פולשני. לדוגמה, מחקר AD עשוי להצביע על שימוש ביחסי חלבון פתוגניים ביו-נוזליים, כגון tau/Aβ, או אפילו Aβ42/Aβ404.
מטען ידוע אחד של sEVs הוא microRNA (miRNA), קבוצה של מולקולות RNA קטנות שאינן מקודדות באורך של כ-22 נוקלאוטידים הנקשרות לאזורי 3'-UTR של mRNA ובדרך כלל מווסתות באופן שלילי את ביטוי החלבון. מעורבים בתפקידים תאיים רבים, miRNAs היו מעורבים גם בפתוגנזה של מחלות שונות, כולל סרטן ומחלות ניווניות. Cheng et al. ערכו ניתוח ריצוף בתפוקה גבוהה של חתימות ביטוי sEV miRNA שמקורן בסרום מחולי אלצהיימר5. לאחר שילוב עם רשומות הדמיה מוחית וגורמי סיכון ידועים של גיל, מין והצגת אלל APOE ε4, נמצא כי התוצאות מנבאות אלצהיימר עם רגישות של 87% וספציפיות של 77%. יתר על כן, מחקרים זיהו שני miRNAs CSF מווסתים (miR-151a-3p, let-7f-5p) ו-3 miRNAs מווסתים (miR-27a-3p, miR-125a-5p ו-miR-423-5p) שיכולים לאבחן PD6 בשלב מוקדם. במחלות פתולוגיות, המצב הפתולוגי עשוי להקדים תסמינים אופייניים מסוימים של מחלות, ואילו בניוון עצבי, הצטברות סימני היכר פתולוגיים מתרחשת הרבה יותר מוקדם מירידה קוגניטיבית.
מיקרו-רנ"א הם סמן ביולוגי יעיל יותר מחלבונים, בשל תפקידיהם המגוונים, וויסות אפיגנטי מסדר גבוה יותר. באמצעות רקמת מוח, חוקרים יכולים לזהות חתימות miRNA ספציפיות של sEV (BDsEV) שמקורן במוח עבור מחלות ותת-הסוגים שלהן. לדוגמה, sEVs עם סמני עצב וגליה יכולים להציג מטען miRNA שונה, והניתוח יכול לגרום לשיטות מדויקות יותר לזיהוי מחלות. יתר על כן, מוצע כי BDsEVs ממלאים תפקיד גדול בהתפשטות הטרנס-סינפטית של חלבונים נוירופתוגניים7. דיווחים קודמים הציעו אולטרה-צנטריפוגה של משקעים חיסוניים ושיפוע צפיפות (שיפוע סוכרוז) כדי להשיג sEVs מרקמת מוח קפואה טרייה 8,9. עם זאת, גישות אלו דורשות תשתית ספציפית עם אולטרה-צנטריפוגה ושיטות טיהור במורד הזרם כדי להשיג דגימות sEV באיכות גבוהה10. דיווחים עדכניים יותר הציעו מספר שינויים ושיפורים בגישה 11,12,13; עם זאת, למרות זאת, בידוד ומחקר של מיקרו-RNA שמקורו ב-sEV מרקמות אנושיות עדיין אינם מיושמים באופן נרחב. הגישה המתוארת בפרוטוקול זה נועדה לספק פרוטוקול מעודן צעד אחר צעד למחקר sEV שמקורו במוח כדי לשפר את הנגישות לטכניקה זו. הקמנו פרוטוקול המשתמש בכמויות מינימליות של רקמת מוח, שממנו בודדנו sEVs טהורים באמצעות כרומטוגרפיה של אי הכללת גודל ומציגים נתוני ריצוף באיכות גבוהה מהדור הבא ממטען המיקרו-RNA של ה-sEVs הללו.
העבודה אושרה מבחינה אתית על ידי בנק המוח של מנצ'סטר (הפניה ל-REC 09/H0906/52) ועל ידי ועדת האתיקה באוניברסיטת סלפורד (מזהה יישום: 3408).
1. פירוק מטריצה תוך-תאית באמצעות קולגנאז על קטעי רקמת מוח קפואים
2. הכנת עמודות כרומטוגרפיה של אי הכללת גודל
3. בידוד שלפוחיות חוץ-תאיות קטנות באמצעות כרומטוגרפיה של אי הכללת גודל
4. אישור סמני שלפוחית חוץ-תאיים קטנים על ידי כתמים מערביים
5. אישור שלפוחיות חוץ-תאיות קטנות על ידי ניתוח מעקב אחר ננו-חלקיקים (NTA)
6. אישור שלפוחיות חוץ-תאיות קטנות על ידי מיקרוסקופ אלקטרונים שידור (TEM)
הערה: פרוטוקול זה בוצע על ידי מתקן המיקרוסקופיה הביו-רפואית באוניברסיטת ליברפול.
7. טיפול בפרוטאינאז K ו-RNase A
8. בידוד RNA מוחלט משלפוחיות חוץ-תאיות קטנות
9. ריצוף RNA קטן
כדי לאשר את נוכחותם של BDsEVs, נעשה שימוש בשלוש טכניקות: כתמים מערביים, NTA ו-TEM (איור 3). תוצאות הכתם המערבי (איור 3A וקובץ משלים 1) מראות את נוכחותם של כל חמשת הסמנים החיוביים (CD9, CD63, CD81, Flot-1 ו-TSG101) והיעדר קלנקסין ב-sEVs (המשמש כבקרה שלילית), מה...
פרוטוקול שונה ומשופר זה לבידוד שלפוחיות חוץ-תאיות קטנות שמקורן במוח ומטען המיקרו-RNA שלהן מדגים את ההיתכנות של שימוש ברקמה מינימלית מבלי לפגוע באיכות ובכמות המוצרים במורד הזרם. בתחום גילוי הסמנים הביולוגיים, זיהוי מזהים מולקולריים ספציפיים לסוגי תאים ורקמות יכול להובי?...
אין ניגודי אינטרסים לאף אחד מהכותבים.
עבודה זו מומנה על ידי מלגת הדוקטורט של ג'וזף מורגן מאגודת האלצהיימר בבריטניה (מענק מספר 549/SERA-52) ועל ידי קרנות אסטרטגיית החדשנות של אוניברסיטת סלפורד (מענק SEFA-39). רקמת המוח התקבלה מבנק המוח של מנצ'סטר (REC Reference 09/H0906/52) של רשת המוח לדמנציה.
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