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Perfil de expressão única célula permite a análise detalhada de expressão gênica de células individuais. Descrevemos métodos para o isolamento dos cardiomiócitos, e preparar a lisados resultando tanto para microarray transcriptoma todo ou qPCR de metas específicas.
Enquanto numerosos estudos têm examinado as mudanças de expressão gênica de homogenatos de tecido do coração, isso impede de estudar a variação estocástica inerente entre as células dentro de um tecido. Isolamento de populações puras de cardiomiócitos através de uma perfusão colagenase de corações de camundongos facilita a geração de microarrays única célula para a expressão do gene toda transcriptoma, ou qPCR de metas específicas usando arrays nanofluidic. Descrevemos aqui um procedimento para examinar única célula perfis de expressão gênica dos cardiomiócitos isolados do coração. Este paradigma permite a avaliação das métricas de interesse que não são dependentes da média (por exemplo, entre variância células dentro de um tecido) que não é possível ao usar fluxos de trabalho convencionais tecido inteiro para a avaliação da expressão gênica (Figura 1). Temos conseguido amplificação robusta do microgramas única célula transcriptoma rendendo cDNA de dupla fita que facilita o uso de microarrays na icélulas INDIVIDUAIS. No procedimento que descrevem o uso de matrizes NimbleGen que foram escolhidos devido a sua facilidade de uso e capacidade de personalizar o seu design. Alternativamente, uma transcriptase reversa - amplificação do alvo específico (RT-STA) reação, permite qPCR de centenas de alvos por nanofluidic PCR. Usando um desses enfoques, é possível examinar a variabilidade de expressão entre as células, bem como examinar perfis de expressão de tipos de células raras a partir de um tecido. No geral, o único celular abordagem a expressão do gene permite a geração de dados que podem potencialmente identificar perfis de expressão idiossincrática que normalmente são em média para fora quando examinar expressão de milhões de células de homogenatos típicos gerados a partir de tecidos todo.
1. Passo 1 - isolamento dos cardiomiócitos
Conc final. | g / L | g/500 mL | 10x solução g / L | |
NaCl | 130 mM | 7,597 | 3,3 | 75,97 |
KCl | 5 mM | 0,4 | 0,2 | 4,0 |
Ácido pirúvico | 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 |
Dextrose | 22 mM | 3,96 | 1,98 | 39,6 |
Tampão de digestão A (Faça três alíquotas deste soluções)
Tampão de digestão B (Faça um desses)
Coleta de Buffer (Faça um desses)
Tampão de Neutralização Wash (Faça um desses)
** Dependendo da fonte e lote de colagenase, a atividade enzimática pode variar. Pode ser necessário para otimizar a quantidade de enzima adicionado a este tampão para impedir que mais de digestão.
2. Passo 2 - Isolamento de células individuais
3. Etapa 3A - Single celular expressão gênica qPCR
Para executar qPCR em células individuais empregar um protocolo adaptado de um desenvolvido para única expressão génica em células pela Corporação Fluidigm para suas matrizes Biomark nanofluidic qPCR (Fluidigm - Protocolo de Desenvolvimento Avanço # 30) 3,4.
Reagente | Volume em mL (reação per) |
CellsDirect mix Reação 2x | 5,0 |
SuperScript III RT Plantinum Taq mix | 0,2 |
RT-STA mix Primer (200 nM cada ensaio) | 2,5 |
Nuclease grátis H 2 O (ou tampão suspensão 1x DNA) | 1,3 |
Total | 9 |
3. Etapa 3B - amplificação transcriptoma inteiros e microarray de células individuais
Extração e amplificação
Rotulagem e Arrays NimbleGen Expressão Gênica
Se a perfusão do coração funcionava bem deve haver uma elevada percentagem de células cardíacas saudáveis que mantêm a sua morfologia típica retangular no isolamento. Se a perfusão não proceder bem, então vai haver uma grande percentagem de células mortas (veja imagens na Figura 5). Se as células estão corretamente amplificada usando os métodos WTA2 ou RT-STA on o produto final deve passar por testes de qualidade para controle posterior da qualidade de amostras de mRNA por NanoDrop e BioAnalyser (Figura 6). Para o fluxo de trabalho microarray, este é concluída após WTA de amplificação onde o mRNA é posta à prova com NanoDrop e Bioanalyzer. Representante resultados positivos para esta análise são mostrados na Figura 6. O WTA2 amostras deve mostrar uma amplificação robusta, com tanto a leitura do espectrofotômetro NanoDrop, bem como a leitura do chip electrofograma Bioanalyzer (BA) (Figura 6). Uma tabela de genes que foram detectados de forma estável através de microarray de uma única célula é incluído como um exemplo (Tabela S1). Para o processo de qPCR, a qualidade dos dados pode ser avaliada através da realização de uma etapa de fusão, no final da reação de PCR para garantir que os conjuntos de primers estão ampliando o produto desejado (Figura 7). Se correto, esta etapa de fusão deve gerar um pico específico derreter. Para ilustrar este ponto, um subconjunto de dados nanofluidic qPCR é mostrado em um mapa de calor de derreter pico temperatura (Figura 8) 8. É possível avaliar a qualidade de um produto de PCR pela sua temperatura de fusão para garantir a ausência de produtos não específicos 5. Cada linha deste mapa representa uma amostra de células (S1-S40) testaram em 43 ensaios de qPCR separado (A1-A43). Nesta figura, é claro que alguns ensaios são bastante variáveis e são provavelmente menos confiável do que os ensaios mais estável com maior especificidade da PCR.
Figura 1. Visão geral do isolamento de células individuais e análise de expressão gênica. O procedimento irá demonstrar a remoção cirúrgica do coração do rato e do isolamento dos cardiomiócitos individual. Os métodos discutidos neste processo incluem métodos para qualquer qPCR ou análise de microarray após amplificação transcriptoma completo (WTA). O procedimento começa com o WTA de lise (A), em seguida, a ligação dos primers Sigma é universal (B) para o mRNApiscina. A extensão destes primers (C) ea ampliação de fase (D) criar microgramas de material amplificado. Esta amplificação é então repetido (E) para gerar material suficiente para o procedimento de microarray.
Figura 2. Representação da localização das incisões para remover o coração do mouse. Corte ao longo da parede lateral da caixa torácica (A), em seguida, corte ao longo da margem inferior da caixa torácica (B). Cortar os vasos acima e abaixo do coração permitir a remoção ao mesmo tempo deixando o suficiente da aorta para canulação do coração. Imagens adaptado do MJ Cozinhe 6.
Figura 3. Diagrama do tórax do mouse. As linhas pontilhadas indicam os locais das incisões (A) para excisão do coração da cavidade torácica sem danificar a h tecido eart. Imagens adaptado do MJ Cozinhe 6.
Figura 4. Imagem do arco aórtico e seus ramos. A linha cinza indica a localização ideal de onde se pode cortar a aorta (A). Restante da aorta junto ao próprio coração é canulados de modo que a ponta da cânula (B) vai para o nível apropriado dentro da aorta (C). Imagens adaptado de F. Gaillard 7.
Figura 5. Seleção de células individuais para análise de expressão gênica. Cada painel mostra cardiomiócitos fotografada ao microscópio óptico mostrando a morfologia típica de cardiomiócitos. Cardiomiócitos saudáveis são indicados pelas setas verdes. Células que são mortas ou a morrer são mostradas com setas vermelhas. Essas células mortas não devem ser utilizados na análise.
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Figura 6. Resultados de controle de qualidade WTA para a amplificação única célula. (A) Imagem de um espectrofotômetro de leitura NanoDrop que é apropriado para as transcrições amplificado a partir da reação WTA. (B) A leitura do chip de Bioanalyzer mostra os resultados de três células amplificado.
Figura 7. Curvas de amplificação de qPCR (gráfico à esquerda) e pico de derreter curvas de temperatura (gráfico à direita). (A) A expressão resulta de um ensaio de qualidade são mostrados com um único pico de fusão, apesar de curvas de amplificação diferente. (B) Melt curvas para um conjunto de primers pobres, que tem picos de fusão altamente variável que não é ideal para a análise de expressão.
Figura 8. Qualidade resultados do controlo para o único celular qPCR reagiríons. Este mapa de calor foi criado para mostrar as temperaturas derretem como uma escala de cores. A temperatura de fusão de pico para cada ensaio qPCR (A1-A43) é mostrada por 40 células individuais (S1-40). Os ensaios foram agrupados de acordo com sua temperatura de fusão. Ao olhar para baixo na coluna para cada ensaio, é possível ver a variação derreter em todas as amostras. Este número demonstra que alguns ensaios qPCR são muito específicos, enquanto outros são altamente variáveis e, portanto, não são adequados para a análise única célula.
S1 mesa. Suplementar tabela de dados de microarrays. Estes genes são listados de acordo com a robustez em que são detectados em cardiomiócitos única através de um grande conjunto de dados. Esta lista gene indica a sensibilidade de detecção para um número de genes que normalmente são expressos em cardiomiócitos único.
Este método tem a possibilidade de gerar cardiomiócitos para um número de funcionais, bem como estudos de expressão gênica. O exame de células individuais é uma área crescente na análise de expressão gênica. A vantagem de examinar os níveis de transcrição ao nível da célula é que ela permite o exame de uma população celular pura, que não é possível a partir de preparações de tecido inteiro. Além disso, a análise única célula permite a análise de variação estocástica dos níveis de mRNA em células individuais para definir populações de células que foram previamente pensado para ser 8,9 homogênea. Além de identificar genes que são potencialmente estocásticos em sua expressão genética 10,11,12, o método também permite a identificação de populações de células raras definidos por seus perfis de expressão gênica.
Embora este método oferece uma série de emocionantes usos potenciais em análise de expressão gênica, há somressalvas e considerações e na utilização de células individuais. A principal limitação para a análise única célula, é a coleção de células suficientes no experimento para alcançar significância estatística em relação à métrica de interesse, por exemplo variância. Nos casos em que o número de células isoladas do tecido de interesse não é uma limitação, pode-se examinar centenas de células por grupo, utilizando abordagens como a próxima geração de sequenciamento, ou matrizes nanofluidic. No entanto, em alguns casos, pode haver dificuldade na obtenção de células suficientes a partir do tecido de interesse. Isso pode em parte ser causada por procedimentos intensivos tempo idiossincrática para a recolha do tipo de célula-alvo. No entanto, um planejamento cuidadoso e preparação antes de prosseguir com a coleta de células individuais podem ainda permitir a análise de células rigorosa único com erro técnico limitado. Ao examinar os resultados deve-se considerar, que, apesar de este procedimento para isolar células tem sido utilizado em inúmeros Studies (incluindo microscopia, eletrofisiologia, etc), o isolamento em si poderia potencialmente efeito a expressão do gene. Como acontece com qualquer método que manipula as amostras biológicas, os resultados de suas descobertas devem ser cuidadosamente validada para garantir a expressão única célula é representativa do próprio tecido e viés não técnicos. Métodos, tais como a hibridização in situ pode ser útil para verificar esses resultados no tecido intacto. Por último, é fundamental para garantir que os dados gerados é cuidadosamente verificado para controle de qualidade. Os dados mostrados na Figura 8 demonstra que as análises de qPCR pode ser muito robusto em sua especificidade, como o ensaio # 13 (A13) ou ter um alto nível de variabilidade que pode levar a variância técnicas, tais como ensaio # 34 (A34).
Acesso livre e produção deste deste artigo é patrocinado Sigma-Aldrich.
Os autores gostariam de agradecer a assistência técnica da C. Zambataro durante as filmagens do presente protocolo. Agradecemos o apoio da Fundação Glenn de Pesquisa Médica (SM), a Fundação Hillblom, e os Institutos Nacionais de Saúde para um prêmio Centro de Choque Nathan (P30AG025708) e PO1AG025901. JMF foi apoiada por T32AG000266 adjudicado ao Instituto Buck de Pesquisa sobre o Envelhecimento.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nome do reagente | Companhia | Número de catálogo | Comentários |
NaCl | Sigma-Aldrich | 71378 | |
KCl | Sigma-Aldrich | 60128 | |
Ácido pirúvico | Sigma-Aldrich | P4562 | |
Hepes | Sigma-Aldrich | 54457 | |
MgCl 2 | Sigma-Aldrich | M1020 | |
NaH 2 PO 4 monobásico | Sigma-Aldrich | P9791 | |
Dextrose | Sigma-Aldrich | G6721 | |
NaOH | Sigma-Aldrich | 72068 | |
EGTA | Sigma-Aldrich | O3777 | |
CaCl 2 | Sigma-Aldrich | 21115 | |
Protease, Tipo XIV | Sigma-Aldrich | P5147 | |
Collaoxigenase, Tipo I | Worthington | C9891 | |
1x tampão Suspensão DNA (10 mM Tris, pH 8,0, 0,1 mM EDTA) | TEKnova, | PN T0221 | |
BSA | Sigma-Aldrich | B8667 | |
Pentobarbital sódico | Henry Schein Vet. * Oferta | Contactar com fornecedor para encomendar | * Devem ser adquiridos através de um veterinário ou animais de laboratório profissional |
ExoSAP TI | Affymetrix / USB | 78201 | |
CellsDirect Mix Rxn 2x | Invitrogen | 11737-030 | |
SuperScript III RT Platinum Taq Mix | Invitrogen | 10928-042 | |
RT-Mix STA Primer | IDT | Personalizado | |
Água livre de nuclease | Sigma-Aldrich | W4502 | |
WTA2 | Sigma-Aldrich | WTA2-50rxn | |
QIAquick kit de purificação de PCR | Qiagen | 28104 | |
Qiacube | Qiagen | 9001292 | |
Espectrofotômetro NanoDrop | NanoDrop | 2000c | |
Bioanalyzer DNA kit 7500 | Agilent | 7500 kit | |
Um kit Labeling Cor | Roche-NimbleGen | 5223555001 | |
Mus musculus série 12x135k | Roche-NimbleGen | 5543797001 | |
GenePix 4200A Scanner | Dispositivos moleculares | 4200A | |
TransPlex Kit Completo Amplification Whole Transcriptoma (WTA2 Kit) | Sigma-Aldrich | WTA2-50RXN |
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