Method Article
Singoli profili di espressione delle cellule consente la dettagliata analisi di espressione genica di cellule singole. Noi descrivere i metodi per l'isolamento dei cardiomiociti, e preparare il lisati risultante sia per microarray intero trascrittoma o qPCR di obiettivi specifici.
Mentre numerosi studi hanno esaminato i cambiamenti di espressione genica da omogenati di tessuto cardiaco, questo impedisce studiando la variazione inerente stocastica tra le cellule all'interno di un tessuto. Isolamento delle popolazioni di cardiomiociti pura attraverso una perfusione collagenasi dei cuori del mouse facilita la generazione di microarray singola cella per tutta l'espressione genica trascrittoma, o qPCR di obiettivi specifici utilizzando gli array nanofluidic. Descriviamo qui una procedura per esaminare le singole cellule profili di espressione genica dei cardiomiociti isolati dal cuore. Questo paradigma permette per la valutazione delle metriche di interesse che non dipendono dalla media (per esempio la varianza tra le cellule all'interno di un tessuto) che non è possibile quando si utilizza tessuti tradizionali flussi di lavoro intero per la valutazione dell'espressione genica (Figura 1). Abbiamo raggiunto l'amplificazione robusta del trascrittoma microgrammi singola cellula cedimento di cDNA doppio filamento che facilita l'uso di microarray su icellule ndividual. Nella procedura viene descritto l'uso di array NimbleGen che sono stati selezionati per la loro facilità d'uso e possibilità di personalizzare il loro design. In alternativa, un trascrittasi inversa - amplificazione del target specifico (RT-STA) di reazione, permette di qPCR di centinaia di obiettivi da parte nanofluidic PCR. Utilizzando uno di questi due approcci, è possibile esaminare la variabilità di espressione tra le cellule, così come l'esame di profili di espressione di tipi di cellule rare all'interno di un tessuto. Nel complesso, il singolo gene approccio cellula espressione permette la generazione di dati che sono potenzialmente in grado di identificare profili di espressione idiosincratica che sono tipicamente mediati in sede di esame l'espressione di milioni di cellule da omogenati tipici generati dai tessuti interi.
1. Fase 1 - Isolamento Cardiomyocyte
Conc. finale. | g / L | g/500 ml | 10x soluzione g / L | |
NaCl | 130 mm | 7,597 | 3,3 | 75,97 |
KCl | 5 mM | 0,4 | 0,2 | 4.0 |
L'acido piruvico | 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 |
Destrosio | 22 mm | 3,96 | 1,98 | 39,6 |
Digestion Buffer A (Fai tre aliquote di questa soluzione)
Digestione del buffer B (fare uno di questi)
Collezione Buffer (Fai uno di questi)
Neutralizzazione tampone di lavaggio (fare uno di questi)
** A seconda della sorgente e lotto di collagenasi, l'attività degli enzimi può variare. Potrebbe essere necessario ottimizzare la quantità di enzima aggiunto a questo buffer per evitare sovra-digestione.
2. Fase 2 - isolamento di singole cellule
3. Fase 3A - Singola cellula qPCR espressione genica
Per eseguire qPCR su singole cellule utilizzano un protocollo adattato da quello sviluppato per la singola espressione genica su cellule di Fluidigm Corporation per il loro BioMark nanofluidic array qPCR (Fluidigm - Protocollo per lo sviluppo Advance # 30) 3,4.
Reagente | Volume in microlitri (per reazione) |
CellsDirect 2x mix di reazione | 5.0 |
SuperScript III RT Plantinum Taq miscelare | 0,2 |
RT-STA mix Primer (200 nM ogni test) | 2,5 |
Nucleasi gratuito H 2 O (o 1x buffer di sospensione del DNA) | 1,3 |
Totale | 9.0 |
3. Punto 3B - amplificazione intero trascrittoma e microarray di singole cellule
Estrazione e amplificazione
Etichettatura e NimbleGen array di espressione genica
Se la perfusione cardiaca lavorato bene ci dovrebbe essere una percentuale di cellule del cuore sano che conservano la loro morfologia tipica forma rettangolare su di isolamento. Se la perfusione non ha proceduto bene allora ci sarà una grande percentuale di cellule morte (vedi immagini in Figura 5). Se le cellule sono correttamente amplificato utilizzando i metodi WTA2 o RT-STA l'n il prodotto finale dovrebbe passare le successive prove di controllo di qualità per la qualità dei campioni di mRNA da NanoDrop e BioAnalyser (Figura 6). Per il flusso di lavoro microarray, questo è completata dopo l'amplificazione WTA in cui viene testata l'mRNA sia NanoDrop e Bioanalyzer. Rappresentante risultati positivi per questa analisi sono mostrati in figura 6. Il WTA2 campioni dovrebbe mostrare un robusto amplificazione sia con la lettura dello spettrofotometro NanoDrop, così come la lettura elettroferogramma dal (BA) Chip Bioanalyzer (Figura 6). Una tabella di geni che sono stati rilevati in modo stabile tramite microarray di singole cellule è incluso come un esempio (Tabella S1). Per il processo qPCR, la qualità dei dati può essere valutata eseguendo un passo di fusione alla fine della reazione PCR per garantire che il set di primer sono amplificando il prodotto desiderato (Figura 7). Se è corretta, questo passo si fondono dovrebbe generare un picco specifico sciogliere. Per illustrare questo punto, un sottoinsieme di dati nanofluidic qPCR è esposta in una heatmap picco di fondere temperatura (Figura 8) 8. E 'possibile valutare la qualità di un prodotto di PCR per la sua temperatura di fusione per garantire l'assenza di prodotti non specifici 5. Ogni riga di questa mappa rappresenta un campione delle cellule (S1-S40) testati in 43 saggi qPCR separato (A1-A43). In questa figura, è chiaro che alcuni test sono molto variabili e sono probabilmente meno affidabili i test più stabile con una maggiore specificità della PCR.
Figura 1. Panoramica della singola cella di isolamento e analisi di espressione genica. La procedura dimostrerà la rimozione chirurgica del cuore mouse e l'isolamento dei singoli cardiomiociti. I metodi discussi in questa procedura sono i metodi sia per qPCR o analisi microarray dopo amplificazione intero trascrittoma (WTA). La procedura WTA inizia con la lisi (A), quindi il legame del primer Sigma universale (B) per l'mRNApiscina. L'estensione di questi primer (C) e la (D) Fase di amplificazione creare microgrammi di materiale amplificato. Questa amplificazione viene quindi ripetuto (E) per generare abbastanza materiale per la procedura di microarray.
Figura 2. Rappresentazione della posizione delle incisioni per rimuovere il cuore dal mouse. Tagliare lungo la parete laterale della gabbia toracica (A), quindi tagliare lungo il margine inferiore della gabbia toracica (B). Taglio i vasi sopra e sotto il cuore consentire la rimozione pur lasciando abbastanza dell'aorta cannulate per il cuore. Immagini adattato da MJ Cook 6.
Figura 3. Schema del torace del mouse. Le linee tratteggiate indicano le posizioni delle incisioni (A) per asportare il cuore dalla cavità toracica senza danneggiare la h eart tessuti. Immagini adattato da MJ Cook 6.
Figura 4. Immagine dell'arco aortico e dei suoi rami. La linea grigia indica il luogo ideale dove tagliare l'aorta (A). L'aorta che rimangono aderenti al cuore è cannulata modo che la punta della cannula (B) va al livello appropriato all'interno dell'aorta (C). Immagini adattato da F. Gaillard 7.
Figura 5. Selezione delle singole cellule per l'analisi di espressione genica. Ogni pannello mostra cardiomiociti fotografato al microscopio ottico che mostra morfologia tipica dei cardiomiociti. Cardiomiociti sano sono indicate dalle frecce verdi. Cellule che sono morti o morenti sono indicati con frecce rosse. Queste cellule morte non deve essere utilizzato per l'analisi.
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Figura 6. Controllo della qualità dei risultati WTA per l'amplificazione singola cella. (A) Immagine di una lettura spettrofotometro NanoDrop che è appropriato per le trascrizioni amplificato dalla reazione WTA. (B) La lettura dal chip Bioanalyzer mostra i risultati di tre cellule amplificate.
Figura 7. Curve di amplificazione qPCR (grafico a sinistra) e il picco si fondono curve di temperatura (grafico a destra). (A) L'espressione di un test di qualità vengono visualizzati con un unico picco sciogliere, nonostante le curve di amplificazione diverse. (B) Sciogliere le curve per un set fondo poveri, che ha picchi di sciogliersi molto variabile, che non è l'ideale per l'analisi di espressione.
Figura 8. Controllo dei risultati di qualità per la singola cellula qPCR reagireioni. Questa mappa di calore è stato creato per visualizzare la temperatura del fuso come una scala di colori. La temperatura di fusione di picco per ogni dosaggio qPCR (A1-A43) è indicato per 40 celle singole (S1-40). I saggi sono stati raggruppati secondo la loro temperatura di fusione. Guardando verso il basso la colonna per ogni test è possibile vedere la variazione di fondere in tutti i campioni. Questo dato dimostra che alcuni saggi qPCR sono molto specifici, mentre altri sono molto variabili e quindi non sono adatti per l'analisi singola cella.
S1 tavolo. tabella supplementare dei dati di microarray. Questi geni sono elencati in base alla robustezza in cui vengono rilevati in cardiomiociti solo attraverso un set di dati di grandi dimensioni. Questa lista gene indica la sensibilità di rilevazione per una serie di geni che sono di solito espresse in cardiomiociti singolo.
Questo metodo ha la possibilità di generare cardiomiociti per una serie di funzionali e studi di espressione genica. L'esame di singole cellule è una zona fiorente in analisi di espressione genica. Il vantaggio di esaminare i livelli di trascrizione a livello della singola cellula è che permette l'esame di una popolazione di cellule pure, che non è possibile dal preparazioni tessuto intero. Inoltre, l'analisi singola cella consente per l'esame di variazione stocastica dei livelli di mRNA nelle cellule individuali per definire popolazioni di cellule che in precedenza erano ritenuti omogenei 8,9. Oltre a identificare i geni che sono potenzialmente stocastici nella loro espressione genica 10,11,12, il metodo consente anche per l'identificazione delle popolazioni cellulari rari definito dai profili gene loro espressione.
Mentre questo metodo fornisce una serie di entusiasmanti possibilità di utilizzo in analisi di espressione genica, ci sono somavvertimenti e considerazioni e nell'uso di singole cellule. Il limite principale ad analisi singola cella, è la raccolta di cellule sufficiente per l'esperimento di raggiungere una significatività statistica per quanto riguarda la metrica di interesse, per esempio varianza. Nei casi in cui il numero di cellule isolate dal tessuto di interessi non è una limitazione, si può esaminare centinaia di cellule per gruppo, utilizzando approcci come sequenziamento di prossima generazione, o array nanofluidic. Tuttavia, in alcuni casi, ci possono essere difficoltà a ottenere cellule sufficienti dal tessuto di interesse. Questo può in parte essere causato da procedure momento idiosincratico intensivo per la raccolta del tipo di cellula bersaglio. Tuttavia, un'attenta pianificazione e la preparazione prima di procedere con la raccolta singola cellula può ancora consentire una rigorosa analisi singola cellula con limitato errore tecnico. Quando l'esame dei risultati deve essere considerato, che anche se questa procedura per le celle di isolamento è stato utilizzato in numerose Studies (tra cui microscopia, elettrofisiologia, ecc), lo stesso isolamento potrebbe potenzialmente effetto di espressione genica. Come per qualsiasi metodo che manipola i campioni biologici, i risultati delle indagini svolte deve essere attentamente convalidato per garantire l'espressione singola cella è rappresentativo del tessuto stesso e pregiudizi non tecnico. Metodi come ibridazione in situ può risultare utile per verificare questi risultati nel tessuto intatto. Infine, è fondamentale per garantire che i dati generati viene accuratamente controllato per il controllo qualità. I dati riportati in figura 8 dimostra che i test qPCR può essere molto robusti nella loro specificità, come il saggio # 13 (A13) o hanno un elevato livello di variabilità che possono portare a variazioni tecniche come test # 34 (A34).
Accesso libero e la produzione di questo di questo articolo è sponsorizzato Sigma-Aldrich.
Gli autori desiderano ringraziare per l'assistenza tecnica di C. Zambataro durante le riprese di questo protocollo. Noi riconosciamo con gratitudine il sostegno della Fondazione Glenn for Medical Research (SM), La fondazione Hillblom, e il National Institutes of Health per un premio Centro Shock Nathan (P30AG025708) e PO1AG025901. JMF è stato sostenuto da T32AG000266 assegnato al Buck Institute for Research on Aging.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nome del reagente | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
NaCl | Sigma-Aldrich | 71378 | |
KCl | Sigma-Aldrich | 60128 | |
L'acido piruvico | Sigma-Aldrich | P4562 | |
Hepes | Sigma-Aldrich | 54457 | |
MgCl 2 | Sigma-Aldrich | M1020 | |
NaH 2 PO 4 monobasico | Sigma-Aldrich | P9791 | |
Destrosio | Sigma-Aldrich | G6721 | |
NaOH | Sigma-Aldrich | 72068 | |
EGTA | Sigma-Aldrich | O3777 | |
CaCl 2 | Sigma-Aldrich | 21115 | |
Proteasi, Tipo XIV | Sigma-Aldrich | P5147 | |
Collagenase, Tipo I | Worthington | C9891 | |
1x Sospensione tampone del DNA (10 mM Tris, pH 8.0, 0.1 mM EDTA) | TEKnova, | PN T0221 | |
BSA | Sigma-Aldrich | B8667 | |
Sodio pentobarbital | Henry Schein Vet. Alimentazione * | Contattare il fornitore per l'ordinazione | * Deve essere acquistato attraverso un laboratorio veterinario o animale professionale |
ExoSAP IT | Affymetrix / USB | 78201 | |
CellsDirect 2x Mix RXN | Invitrogen | 11737-030 | |
SuperScript III RT Platinum Taq Mix | Invitrogen | 10928-042 | |
RT-STA Primer Mix | IDT | Costume | |
Nucleasi acqua gratis | Sigma-Aldrich | W4502 | |
WTA2 | Sigma-Aldrich | WTA2-50rxn | |
QIAquick PCR kit di purificazione | Qiagen | 28104 | |
Qiacube | Qiagen | 9001292 | |
NanoDrop Spettrofotometro | NanoDrop | 2000c | |
Bioanalyzer DNA 7500 Kit | Agilent | 7500 kit | |
Un colore kit etichettatura | Roche-NimbleGen | 5223555001 | |
Mus musculus 12x135k serie | Roche-NimbleGen | 5543797001 | |
GenePix 4200A Scanner | Molecular Devices | 4200A | |
TransPlex Completa intero kit di amplificazione trascrittoma (WTA2 Kit) | Sigma-Aldrich | WTA2-50RXN |
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