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Method Article
이 프로토콜은 우수한 자궁경부 및 성상 신경절, 세포 해리, 동결보존, 핵 분리 및 해시태그 바코딩을 포함하는 단일 핵 시퀀싱을 위한 상세하고 낮은 입력 샘플 준비를 설명합니다.
심장 자율 신경계는 심박수 및 심장 수축과 같은 심장 기능을 제어하는 데 중요하며 교감 신경과 부교감 신경 가지로 나뉩니다. 일반적으로 항상성을 유지하기 위해이 두 가지 사이에는 균형이 있습니다. 그러나 심근 경색, 심부전 및 고혈압과 같은 심장 질환 상태는 불리한 임상 결과와 관련된 심장 신경 과민에 관여하는 세포의 리모델링을 유도 할 수 있습니다.
심장 자율 신경계의 조직 학적 구조와 기능에 대한 방대한 양의 데이터가 있지만, 건강과 질병에서의 분자 생물학적 구조는 여전히 많은 측면에서 수수께끼입니다. 단일 세포 RNA 시퀀싱 (scRNA-seq)과 같은 새로운 기술은 단일 세포 분해능에서 조직의 유전 적 특성화에 대한 약속을 지닙니다. 그러나, 상대적으로 큰 크기의 뉴런은 이들 기술의 표준화된 사용을 방해할 수 있다. 여기서, 이 프로토콜은 건강 및 질병에서 심장 교감 신경세포의 생물학적 구조를 특성화하는 방법인 액적 기반 단일 핵 RNA 시퀀싱(snRNA-seq)을 이용한다. 단계적 접근법이 성인 마우스로부터 해부된 양측 우월한 자궁경부(SCG) 및 성상 신경절(StG)의 snRNA-seq를 수행하는 것으로 입증된다.
이 방법은 장기간 시료 보존을 가능하게 하여 단기간 내에 여러 개인/실험의 샘플을 한꺼번에 수집할 수 없을 때 적절한 RNA 품질을 유지합니다. 해시태그 올리고(HTO)로 핵을 바코딩하면 역다중화 및 시퀀싱 후 별개의 신경절 샘플의 추적이 가능합니다. 후속 분석은 snRNA-seq에 의해 검증 된 교감 신경절의 신경, 위성 신경교 및 내피 세포의 성공적인 핵 포획을 밝혀 냈습니다. 요약하면, 이 프로토콜은 교감신경성 외인성 심장 신경절의 snRNA-seq 에 대한 단계적 접근법을 제공하며, 이는 다른 기관 및 조직의 신경과민에 대한 연구에서 보다 광범위하게 응용될 수 있는 잠재력을 갖는 방법이다.
자율 신경계 (ANS)는 환경 조건 및 병리학에 대한 적응을 포함하여 신체 항상성을 유지하는 말초 신경계의 중요한 부분입니다1. 그것은 심혈관, 호흡기, 소화 및 내분비 시스템과 같은 신체 전체의 여러 장기 시스템의 조절에 관여합니다. ANS는 교감 신경과 부교감 신경으로 나뉩니다. 교감 신경계의 척추 분지는 교감 신경절의 신경절에서 시냅스, 부추 동맥 위치에 양측으로 위치. 양측 자궁 경부 및 흉부 신경절, 특히 StG는 심장 교감 신경에 참여하는 중요한 구성 요소입니다. 심장 허혈과 같은 질병 상태에서, 뉴런 리모델링이 발생할 수 있고, 교감신경성 과잉구동(sympathetic overdrive)을 초래한다2. 뉴런 리모델링은 인간 및 몇몇 다른 동물 종 3,4,5,6에서 다수의 조직학적 연구에서 입증되었다. 심장 교감신경절에서 심장 허혈 유발 뉴런 리모델링의 상세한 생물학적 특성화는 현재 결여되어 있으며, 심장 교감신경계(SNS) 내의 특수화된 뉴런 세포 유형 또는 아형의 근본적인 생물학적 특성은 건강 및 질환에서 아직 완전히 결정되지 않았다7.
scRNA-seq와 같은 새로운 기술은 단일 세포 수준 8,9에서 작은 조직의 유전 적 특성화를위한 게이트웨이를 열었습니다. 그러나, 비교적 큰 크기의 뉴런은 인간(10)에서 이러한 단세포 기술의 최적화된 사용을 방해할 수 있다. 또한, 단일 세포 시퀀싱은 시퀀싱 과정에서 높은 손실로 인해 충분한 세포 수를 회수하기 위해 높은 처리량의 세포를 필요로 한다. 이것은 한 세션에서 포착하기 어렵고 시퀀싱을 위해 충분한 단일 세포를 도입하기 위해 여러 샘플이 필요한 작은 조직을 연구 할 때 어려울 수 있습니다. 최근에 개발된 액적 기반 snRNA-seq 기술(즉, 10x 크롬 플랫폼)은 단일 핵11,12 사이의 생물학적 차이에 대한 연구를 가능하게 한다. snRNA-seq 는 에멀젼 (GEMs)의 겔 비드에서 포획되지 않을 수 있는 큰 세포 (>30 μm)에 대한 scRNA-seq 보다 유리할 뿐만 아니라 광범위한 해리 및/또는 연장된 보존과의 향상된 상용성13,14,15를 보유한다.
이질성, 신경 세포의 수, 및 심장 SNS에 풍부해진 다른 세포는 건강 및 질병 상태에서 ANS의 특성화를 위한 중요한 측면이다. 또한, 각 교감신경절에 의한 기관 또는 부위별 신경과민은 SNS의 복잡성에 기여한다. 더욱이, 교감 신경계의 자궁 경부, 별자리 및 흉부 신경절은 심장의 다른 영역(16)을 신경질적으로 하는 것으로 나타났다. 따라서, 그들의 생물학적 구조를 연구하기 위해 개별 신경절로부터 유래된 신경절 세포의 단핵 분석을 수행할 필요가 있다.
액적-기반 snRNA-seq 는 플레이트 기반 시퀀싱 플랫폼보다 저렴한 비용으로 한 번에 여러 샘플로부터 수천 개의 세포 풀에 대한 전사체 전체 발현 프로파일링을 가능하게 한다. 이러한 접근법은 액적 기반 snRNA-seq 가 SCG 및 StG 내의 세포의 세포 표현형 분류 및 새로운 하위집단 확인에 더 적합할 수 있게 한다. 주목할 만하게, 이 프로토콜은 교감신경 외인성 심장 신경절의 식별, 분리 및 단핵 RNA 시퀀싱을 위한 간결한 단계적 접근법을 제공하며, 이는 다른 관련 기관 및 조직을 신경과민하는 신경절의 특성화에 대한 연구에서 광범위한 응용을 위한 잠재력을 갖는 방법이다. 건강과 질병.
이 프로토콜은 뮤린 자궁 경부 및 / 또는 자궁 경부 흉부 (스텔레이트) 신경절의 snRNA-seq에 필요한 모든 단계를 설명합니다. 암컷 및 수컷 C57BL/6J 마우스(15주령, 각 성별에 대해 n=2)를 사용하였다. 1개의 추가적인 Wnt1-Cre;mT/mG 마우스가 해부 목적을 위해 신경절을 시각화하는데 사용되었다(17,18). 이 추가 마우스는 B6.Cg-Tg(Wnt1-cre)2Sor/J 마우스와 B6.129(Cg)-Gt(ROSA)26Sortm4(ACTB-tdTomato,-EGFP)Luo/J 마우스의 교배에 의해 생성되었다. 모든 동물 실험은 NIH가 발표하고 라이덴 대학의 동물 윤리위원회 (라이센스 번호 AVD1160020185325, Leiden, 네덜란드)의 승인을 받아 실험실 동물의 관리 및 사용 가이드에 따라 수행되었습니다. 프로토콜에 사용되는 모든 재료, 장비, 소프트웨어 및 동물에 대한 자세한 내용은 자료표를 참조하십시오.
1. 준비
주: 모든 단계는 세포 배양 흐름 캐비닛에서 수행됩니다.
2. 성인 마우스 우수한 자궁 경부 신경절 (SCG)의 해부
3. 성인 마우스 별자리 신경절 (StG)의 해부
4. 마우스 신경절 세포의 분리 및 냉동 보존
단계 4-6은 도 2에 요약되어 있다.
5. 핵 분리
참고: 네 마리의 마우스(총 8개의 샘플에서)로부터 분리된 좌측 및 우측 SCG를 다음의 핵 분리 및 시퀀싱 제제에서 예로서 사용하였다. 전체 절차 중에 모든 것을 얼음 위에 보관하십시오. 작은 핵 펠릿이 보이지 않기 때문에 전체 절차 전반에 걸쳐 상층액 제거를 용이하게하기 위해 스윙 버킷이있는 원심 분리기를 적극 권장합니다.
6. 해시태그 올리고(HTO)를 사용한 핵 바코딩 및 멀티플렉싱
참고: HTO 염색 단계는 Gaublomme et al.15에 의해 피질 조직에서의 이전 적용에 따라 매우 낮은 양의 (신경절성) 핵의 핵 표지를 위해 변형되고 최적화되었다.
단핵 cDNA 라이브러리 제제 및 snRNA-seq의 품질관리 분석
대표적인 결과는 25,000개의 판독/핵 유전자 발현 라이브러리와 5,000개의 판독/핵 해시태그 라이브러리가 있는 단일 풀에서 10,000개의 포획된 핵의 시퀀싱 결과를 설명합니다. 도 3B 는 Bioanalyzer로 체크한1st 가닥 cDNA, 유전자 발현(GEX) 라이브러리, 및 HTO 라이브러리의 품질 관리 결과를 도시한다. HTO 유?...
여기서, 상세한 프로토콜은 i) 우수한 자궁경부 및 성상 교감신경절의 해부, ii) 신경절이온성 세포의 분리 및 동결보존, iii) 핵 단리, 및 iv) 핵-다중화 목적을 위한 HTO 표지를 이용한 바코딩 및 snRNA-seq에 초점을 맞추는 것을 기술한다.
이 프로토콜로, 교감 신경절 이온성 세포는 일반적으로 사용되는 트립신과 콜라게나제를 사용하여 개별 신경절을 해리시킴으로써 쉽게 얻을 수...
저자는 공개 할 이해 상충이 없습니다.
Susan L. Kloet (Department of Human Genetics, LUMC, Leiden, the Netherlands)에게 실험 설계 및 유용한 토론에 도움을 주신 것에 감사드립니다. 우리는 Emile J. de Meijer (인간 유전학과, LUMC, Leiden, 네덜란드)에게 단일 핵 RNA 분리 및 시퀀싱을위한 라이브러리 준비에 도움을 주신 것에 감사드립니다. 이 연구는 네덜란드 과학 연구기구 (NWO) [016.196.346 ~ M.R.M.J.]의 지원을 받습니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Chemicals and reagents | |||
0.25% Trypsin-EDTA | Thermo Fisher Scientific | 25200056 | |
0.4% trypan blue dye | Bio-Rad | 1450021 | |
Antibiotic-Antimycotic | Gibco | 15240096 | |
B-27 | Gibco | A3582801 | |
Collagenase type 2 | Worthington | LS004176 | use 1,400 U/mL |
Dimethyl sulfoxide | Sigma Aldrich | 67685 | |
Ethanol absolute ≥99.5% | VWR | VWRC83813.360 | |
Fetal bovine serum (low endotoxin) | Biowest | S1810-500 | |
L-glutamine | Thermo Fisher Scientific | 25030024 | |
Neurobasal Medium | Gibco | 21103049 | |
Bovine Serum Albumin 10% | Sigma-Aldrich | A1595-50ML | Cell wash buffer |
DPBS (Ca2+, Mg2+free) | Gibco | 14190-169 | Cell wash buffer |
Magnesium Chloride Solution, 1 M | Sigma-Aldrich | M1028 | Nucleus Lysis buffer |
Nonidet P40 Substitute (nonionic detergent) | Sigma-Aldrich | 74385 | Nucleus Lysis buffer |
Nuclease free water (not DEPC-treated) | Invitrogen | AM9937 | Nucleus Lysis buffer |
Protector RNase Inhibitor, 40 U/µL | Sigma-Aldrich | 3335399001 | Nucleus Lysis buffer |
Sodium Chloride Solution, 5 M | Sigma-Aldrich | 59222C | Nucleus Lysis buffer |
Trizma Hydrochloride Solution, 1 M, pH 7.4 | Sigma-Aldrich | T2194 | Nucleus Lysis buffer |
Bovine Serum Albumin 10% | Sigma-Aldrich | A1595-50ML | Nucleus wash |
DPBS (Ca2+, Mg2+free) | Gibco | 14190-169 | Nucleus wash |
Protector RNase Inhibitor,40 U/µL | Sigma-Aldrich | 3335399001 | Nucleus wash |
Bovine Serum Albumin 10% | Sigma-Aldrich | A1595-50ML | ST staining buffer (ST-SB) |
Calcium chloride solution, 1 M | Sigma-Aldrich | 21115-100ML | ST staining buffer (ST-SB) |
Magnesium Chloride Solution, 1 M | Sigma-Aldrich | M1028 | ST staining buffer (ST-SB) |
Nuclease free water (not DEPC treated) | Invitrogen | AM9937 | ST staining buffer (ST-SB) |
Sodium Chloride Solution, 5M | Sigma-Aldrich | 59222C | ST staining buffer (ST-SB) |
Trizma Hydrochloride Solution, 1M, pH 7.4 | Sigma-Aldrich | T2194 | ST staining buffer (ST-SB) |
Tween-20 | Merck Millipore | 822184 | ST staining buffer (ST-SB) |
TotalSeq-A0451 anti-Nuclear Pore Complex Proteins Hashtag 1 Antibody | Biolegend | 682205 | Hashtag antibody |
TotalSeq-A0452 anti-Nuclear Pore Complex Proteins Hashtag 2 Antibody | Biolegend | 682207 | Hashtag antibody |
TotalSeq-A0453 anti-Nuclear Pore Complex Proteins Hashtag 3 Antibody | Biolegend | 682209 | Hashtag antibody |
TotalSeq-A0461 anti-Nuclear Pore Complex Proteins Hashtag 11 Antibody | Biolegend | 682225 | Hashtag antibody |
TotalSeq-A0462 anti-Nuclear Pore Complex Proteins Hashtag 12 Antibody | Biolegend | 682227 | Hashtag antibody |
TotalSeq-A0463 anti-Nuclear Pore Complex Proteins Hashtag 13 Antibody | Biolegend | 682229 | Hashtag antibody |
TotalSeq-A0464 anti-Nuclear Pore Complex Proteins Hashtag 14 Antibody | Biolegend | 682231 | Hashtag antibody |
TotalSeq-A0465 anti-Nuclear Pore Complex Proteins Hashtag 15 Antibody | Biolegend | 682233 | Hashtag antibody |
TruStain FcX (human) | Biolegend | 422302 | FC receptor blocking solution |
Equipment and consumables | |||
Bright-Line Hemacytometer | Merck | Z359629-1EA | |
Centrifuge 5702/R A-4-38 | Eppendorf | EP022629905 | |
CoolCell LX Cell Freezing Container | Corning | CLS432003-1EA | |
Cryovial | Thermo Scientific | 479-6840 | |
DNA LoBind 0.5 mL Eppendorf tube | Eppendorf | EP0030108035-250EA | |
Eppendorf Safe-Lock Tubes 1.5 mL | Eppendorf | 30121872 | |
Falcon 35 mm Not TC-treated Petri dish | Corning | 351008 | |
Falcon 15 mL Conical Centrifuge Tubes | Fisher scientific | 10773501 | |
Forceps Dumont #5 | Fine science tools | 11252-40 | |
Hardened Fine Scissors | Fine science tools | 14091-09 | |
Ice Pan, rectangular 4 L Orange | Corning | CLS432106-1EA | |
Leica MS5 | Leica | Microscope | |
Moria MC50 Scissors | Fine science tools | 15370-50 | |
Noyes Spring Scissors | Fine science tools | 15012-12 | |
Olympus CK2 ULWCD | Olympus | Microscope | |
P10 | Gilson | F144802 | |
P1000 | Gilson | F123602 | |
P200 | Gilson | F123601 | |
Preseparation Filters (30 µm) | Miltenyi biotec | Miltenyi biotec130-041-407 | |
Shaking water bath | GFL | 1083 | |
Silicon plate | RubberBV | 3530 | Dissection board |
Software and packages | |||
Cell ranger | V4.0.0 | ||
R programming | V4.1.1 | ||
R sudio | V1.3.1073 | ||
Seurat | V4.0 | ||
tydiverse | V1.3.1 | ||
Animals | |||
B6.Cg-Tg(Wnt1-cre)2Sor/J mouse | The Jackson Laboratory | JAX stock #022501 | |
B6.129(Cg)-Gt(ROSA)26Sortm4(ACTB-tdTomato,-EGFP)Luo/J mouse | The Jackson Laboratory | JAX stock #007576 | |
C57BL/6J mice | Charles River | ||
Code for the data analysis | |||
https://github.com/rubenmethorst/Single-cell-SCG_JoVE |
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