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単一細胞の発現プロファイリングは、個々の細胞の詳細な遺伝子発現解析が可能になります。我々は心筋細胞の単離のための方法を説明し、特定のターゲットの全トランスクリプトームのマイクロアレイや定量PCRのどちらかの結果のライセートを調製した。
多くの研究は、心臓組織のホモジネートからの遺伝子発現の変化を検討してきたが、これは組織内の細胞間の固有の確率的変動を研究する防ぎます。マウスの心臓のコラゲナーゼ灌流を通して純粋な心筋細胞集団の分離は、全トランスクリプトーム遺伝子発現、またはナノ流体アレイを使用して特定のターゲットの定量PCRのための単一細胞マイクロアレイの生成を促進する。ここでは、心臓から単離された心筋細胞の単一細胞の遺伝子発現プロファイルを調べるために手順を説明します。このパラダイムでは、遺伝子発現の評価(図1)ため、従来の全組織のワークフローを使用する場合は不可能である(組織内の細胞の間に例の分散のための)意味に依存していない関心のメトリックの評価することができます。我々は、iのマイクロアレイの利用を促進する二本鎖cDNAの単セルのトランスクリプトーム収量マイクログラムの堅牢な増幅を実現していますndividual細胞。手順では、使用すると、そのデザインをカスタマイズする機能の容易さのために選択されたNimbleGen社配列を使用する方法を説明します。また、逆転写酵素 - 特定のターゲットの増幅(RT - STA)反応は、ナノ流体PCRによるターゲットの数百の定量PCRが可能になります。これらのアプローチのいずれかを使用して、それは細胞間の発現の変動だけでなく、組織内から珍しい種類の細胞の発現プロファイルを調べることを検討することが可能です。全体的に、単一細胞の遺伝子発現のアプローチは、潜在的に全体の組織から生成される典型的なホモジネートから細胞の数百万の発現を調べるときに典型的に平均化されている特異な発現プロファイルを識別できるデータを生成することができます。
1。ステップ1 - 心筋細胞の分離
最終濃度。 | G / L | g/500 mLの | 10x溶液g / Lの | |
NaClを | 130mMの | 7.597 | 3.3 | 75.97 |
塩化カリウム | 5mMの | 0.4 | 0.2 | 4.0 |
ピルビン酸 | 3nmの | 0.33 | 0.165 | 3.30 |
HEPES | 25 mMの | 5.96 | 2.85 | 59.6 |
MgCl 2の | 0.5mMの | 0.101 | 0.05 | 1.01 |
のNaH 2PO 4monobasic | 0.33 mMの | 0.04 | 0.02 | 0.40 |
デキストロース | 22 mmの | 3.96 | 1.98 | 39.6 |
消化バッファ(このソリューションの三アリコートを作る)
消化バッファーB(これらのいずれかを確認)
収集バッファ(これらのいずれかを確認)
中和洗浄バッファー(これらのいずれかを確認)
**ソースとコラゲナーゼのバッチ処理に応じて、酵素活性は異なる場合があります。それは、過剰消化を防ぐために、このバッファに追加された酵素の量を最適化する必要があるかもしれません。
2。ステップ2 - 単一細胞の単離
3。ステップ3A - 単一細胞の定量PCR遺伝子発現
( -アドバンス開発のプロトコル#30フリューダイム)3,4つのセルで定量PCRを実行するには、そのBiomarkナノ流体定量PCRアレイ用のフリューダイム株式会社によって単一細胞の遺伝子発現のために開発されたものから適応プロトコルを採用しています。
試薬 | μLの体積(あたり反応) |
2倍の反応ミックスをCellsDirect | 5.0 |
スーパースクリプトIII RT Plantinum Taqポリメラーゼミックス | 0.2 |
RT - STAのプライマーミックス(200 nMの各アッセイ) | 2.5 |
ヌクレアーゼフリーH 2 O(または1x DNA懸濁液のバッファー) | 1.3 |
総 | 9.0 |
3。 3Bステップ - 単一細胞の全トランスクリプトーム増幅とマイクロアレイを
抽出と増幅
ラベリングとNimbleGen社の遺伝子発現アレイ
心臓の血流がよく働いていた場合、分離の際、典型的な長方形の形態を維持する健康な心臓の細胞の割合が高いがあるはずです。血流がうまく進行しなかった場合には、死細胞の割合が大きい(図5の画像を参照)が存在します。細胞が正しくWTA2またはRT - STAのメソッドのいずれかを用いて増幅している場合nの最終製品は、光度計とBioAnalyser(図6)によるmRNAサンプルの品質のために、その後の品質管理テストを渡す必要があります。マイクロアレイのワークフローでは、これはmRNAの光度計とバイオアナライザの両方でテストされているWTA増幅の後に完了する。この分析のための代表的な正の結果を図6に示されています。 WTA2サンプルは、光度計分光光度計の読み取りだけでなく、バイオアナライザ(BA)チップ(図6)からの電気泳動図の読み出しの両方で堅牢な増幅を示す必要があります。安定して単一細胞のマイクロアレイによって検出された遺伝子のテーブルは、例(表S1)として含まれています。定量PCRプロセスの場合は、データの品質は、プライマーセットは、所望の生成物(図7)を増幅していることを保証するためにPCR反応の終了時に溶融工程を実施することにより評価することができる。正しい場合、この溶融ステップは、1つの特定の融解ピークを生成する必要があります。この点を説明するために、ナノ流体定量PCRのデータのサブセットがピーク溶融tのヒートマップに示されていますemperature(図8)8。非特異的な製品5の不在を確保するために、その溶融温度でPCR産物の品質を評価することが可能です。このマップの各行は43別のqPCRアッセイ(A1 - A43)でテストされた一つの細胞のサンプル(S1 - S40)を表します。この図では、それはいくつかのアッセイは、非常に可変であり、より高いPCR特異性を有する、より安定したアッセイよりも、おそらく信頼性が低いことは明らかである。
図1単セルの単離と遺伝子発現解析の概要。手順は、マウスの心臓の外科的切除と、個々の心筋細胞の分離のデモンストレーションを行います。この手順で説明した方法は、全トランスクリプトーム増幅(WTA)の後に定量PCRやマイクロアレイ解析のいずれかの方法が挙げられる。 WTAの手順は、シグマのユニバーサルプライマーの結合(B)mRNAに溶解()で始まり、プール。これらのプライマー(C)と増幅(D)相の延長は、増幅された材料のマイクログラムを作成します。この増幅は、マイクロアレイの手続きのための十分な材料を生成する(E)繰り返されます。
図2マウスから心臓を削除するには、切開の位置の表現。胸郭の側壁()に沿って切断して、胸郭の下縁(B)に沿ってカット。それでも心のカニューレを挿入するのに十分な大動脈のを残しつつ、上記と心臓下血管をカットすることは取り外しが可能になります。画像はMJクック6から適応。
図3マウスの胸部の図。点線は、hを損傷することなく、胸腔から心臓を摘出のために切開(A)の位置を示している eartの組織。画像はMJクック6から適応。
図4大動脈弓とその枝のイメージ。灰色の線は、大動脈を()トリミングする場所の理想的な位置を示している。心臓に接続されている残りの大動脈カニューレ(B)の先端が大動脈内の適切なレベル(C)になるようにカニューレを挿入される。画像は、F.ガイヤール7から適応。
図5。遺伝子発現解析のための単一細胞の選択。各パネルには、心筋細胞の典型的な形態を示す光学顕微鏡イメージング心筋細胞を示しています。健康な心筋細胞は、緑色の矢印で示されます。死んだか死んでいる細胞は、赤の矢印で示されています。これらの死細胞は、分析では使用しないでください。
iles/ftp_upload/3302/3302fig6.jpg"altが="図6"/>
図6。単セルの増幅のための品質制御WTAの結果。 WTAの反応から増幅された転写産物に適した光度計分光光度計の読み出しの()のイメージ。 (B)バイオアナライザのチップからの読み出しは、次の3つの増幅された細胞からの結果を示しています。
図7。定量PCRの増幅曲線(左図)とピークは、温度曲線(右図)を溶かす。 (A)品質の分析から、式の結果は、異なる増幅曲線にもかかわらず、単一の融解ピークが示されています。 (B)の発現解析のための理想的ではない非常に可変溶融ピークを持っている貧しい人々のプライマーセット、のカーブを溶かす。
図8。単セルの定量PCR反応させるための品質管理結果をイオン。このヒートマップは、カラースケールなどの溶融温度を表示するために作成されました。各定量PCRアッセイ(A1 - A43)のピーク融解温度は、40個のセル(S1 - 40)のために示されています。アッセイは、その溶融温度応じてクラスタリングされた。各アッセイのための列を下に見ることによってそれは変化がすべてのサンプル間の溶融を確認することが可能です。この図は、他人の変動が大きいため、単一細胞解析に適していない間に、いくつかのqPCRアッセイは非常に特異的であることを示しています。
表のS1。 マイクロアレイのデータの補足テーブル。これらの遺伝子は、それらが大規模なデータセット間で、単一心筋細胞で検出された堅牢性に応じて表示されます。この遺伝子リストは通常、単一心筋細胞に発現する遺伝子の数の検出の感度を示している。
このメソッドは、機能の数だけでなく、遺伝子発現研究のための心筋細胞を生成する可能性があります。単一細胞の検査は、遺伝子発現解析で急成長領域です。単一細胞のレベルでの転写レベルを調べることの利点は、全体の組織調製物から可能ではない純粋な細胞集団の検査を、できることです。さらに、単一細胞の分析は、以前に8,9均質であると考えられていた細胞集団を定義するために個々の細胞におけるmRNAレベルの確率的変動の検討が可能になります。それらの遺伝子発現10,11,12で潜在的に確率的な遺伝子を同定に加えて、この方法はまた、それらの遺伝子発現プロファイルで定義されている希少細胞集団の同定が可能になります。
このメソッドは、遺伝子発現解析でエキサイティングな潜在的な用途の数を提供する一方で、SOMがあります単一細胞の使用中の電子の注意点と考慮事項。単一細胞解析の主な制約は、例えば分散のために、関心のメトリックに関しては統計的有意性を達成するために実験に十分な細胞の集まりです。関心の組織から単離された細胞の数が制限されていない場合は、いずれかがこのような次世代シーケンシング、またはナノ流体アレイなどのアプローチを使用して、グループごとに細胞数百を調べることができます。しかし、いくつかのケースでは、関心の組織からの十分な細胞を得ることが困難があるかもしれません。これは、部分的に標的細胞のタイプの収集のための特異な時間集約的な手続きによって引き起こされる場合があります。しかし、単一のセルのコレクションを進めるために慎重な計画と事前の準備はまだ限られた技術的なエラーと厳密な単一細胞解析のためにできる可能性があります。結果を検査する際には、細胞を単離するために、この手順は、多数のstudieで使用されているにもかかわらずこと、を考慮する必要がありますsは(顕微鏡、電気生理学、等を含む)、分離自体は潜在的に遺伝子発現に影響ことができます。生物学的サンプルを操作する任意のメソッドと同様に、あなたの調査結果の結果は慎重に、単一細胞の発現を確実に検証しなければなりません組織自体ではなく、技術的なバイアスの代表です。このようなin situハイブリダイゼーションなどのメソッドは、無傷の組織でこれらの結果を検証するために有用であろう。最後に、生成されたデータは慎重に品質管理のために選択されていることを確認することが重要です。図8に示すデータは、qPCRアッセイはそのようなアッセイ#13(A13)として、その特異性に非常に堅牢であることまたはそのようなアッセイ#34(A34)のような技術的な分散につながることができる可変性の高いレベルを持っている可能性があることを示しています。
フリーアクセスと生産はSigma - Aldrich後援される。
著者らは、このプロトコルの撮影の間にC. Zambataroの技術支援に感謝します。我々は感謝グレンネイサンショックセンター賞のための医学研究(SM)、Hillblom基礎、および国立衛生研究所財団(P30AG025708)とPO1AG025901のサポートを認める。 JMFは、老化研究のためにバック研究所に授与T32AG000266によってサポートされていました。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
試薬の名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
NaClを | シグマアルドリッチ | 71378 | |
塩化カリウム | シグマアルドリッチ | 60128 | |
ピルビン酸 | シグマアルドリッチ | P4562 | |
HEPES | シグマアルドリッチ | 54457 | |
MgCl 2の | シグマアルドリッチ | M1020 | |
のNaH 2 PO 4一塩基 | シグマアルドリッチ | P9791 | |
デキストロース | シグマアルドリッチ | G6721 | |
NaOHで | シグマアルドリッチ | 72068 | |
EGTA | シグマアルドリッチ | O3777 | |
CaCl 2で | シグマアルドリッチ | 21115 | |
プロテアーゼ、タイプXIV | シグマアルドリッチ | P5147 | |
コーラgenaseは、タイプI | ワージントン | C9891 | |
1XのDNAのSuspension Buffer(10 mMトリス、pH 8.0、0.1mMのEDTA) | TEKnova、 | PN T0221 | |
BSA | シグマアルドリッチ | B8667 | |
ペントバルビタールナトリウム | ヘンリーシャインの獣医。供給* | 発注するときはサプライヤーにお問い合わせください | *獣医師や実験動物専門家を通じて調達する必要があります。 |
ITをExoSAP | アフィメトリクス/ USB | 78201 | |
2倍RXNミックスをCellsDirect | インビトロジェン | 11737-030 | |
スーパースクリプトIII RTプラチナTaqポリメラーゼミックス | インビトロジェン | 10928-042 | |
RT - STAのプライマーミックス | IDT | カスタム | |
ヌクレアーゼフリー水 | シグマアルドリッチ | W4502 | |
WTA2 | シグマアルドリッチ | WTA2 - 50rxn | |
QIAクイックPCR精製キット | キアゲン | 28104 | |
Qiacube | キアゲン | 9001292 | |
光度計分光光度計 | 光度計 | 2000C | |
バイオアナライザDNA 7500キット | アジレント | 7500キット | |
Oneカラーラベリングキット | ロシュ、NimbleGen社 | 5223555001 | |
ハツカネズミ12x135kの配列 | ロシュ、NimbleGen社 | 5543797001 | |
GenePix 4200Aスキャナ | 分子デバイス | 4200A | |
TransPlex完全に全トランスクリプトーム増幅キット(WTA2キット) | シグマアルドリッチ | WTA2 - 50RXN |
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