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Method Article
Este protocolo descreve a preparação detalhada e de baixa entrada da amostra para sequenciamento de núcleo único, incluindo a dissecção de gânglios cervicais e estelares superiores do rato, dissociação celular, criopreservação, isolamento do núcleo e bar codificação de hashtag.
O sistema nervoso autônomo cardíaco é crucial no controle da função cardíaca, como frequência cardíaca e contralidade cardíaca, e é dividido em ramos simpáticos e parassimpáticos. Normalmente, há um equilíbrio entre esses dois ramos para manter a homeostase. No entanto, estados de doenças cardíacas como infarto do miocárdio, insuficiência cardíaca e hipertensão podem induzir a remodelação de células envolvidas na inervação cardíaca, o que está associado a um desfecho clínico adverso.
Embora existam grandes quantidades de dados para a estrutura histológica e função do sistema nervoso autônomo cardíaco, sua arquitetura biológica molecular em saúde e doença ainda é enigmática em muitos aspectos. Novas tecnologias como o sequenciamento de RNA unicelular (scRNA-seq) são promissoras para a caracterização genética de tecidos na resolução unicelular. No entanto, o tamanho relativamente grande dos neurônios pode impedir o uso padronizado dessas técnicas. Aqui, este protocolo explora o sequenciamento de RNA de núcleo único baseado em gotículas (snRNA-seq), um método para caracterizar a arquitetura biológica dos neurônios simpáticos cardíacos na saúde e na doença. Uma abordagem stepwise é demonstrada para realizar snRNA-seq do cervical superior bilateral (SCG) e gânglios estelares (StG) dissecados de camundongos adultos.
Este método permite a preservação da amostra a longo prazo, mantendo uma qualidade adequada de RNA quando amostras de múltiplos indivíduos/experimentos não podem ser coletadas de uma só vez em um curto período de tempo. A barificação dos núcleos com hashtag oligos (HTOs) permite a desmultiplexação e o rastreamento de amostras gangliônicas distintas pós sequenciamento. Análises subsequentes revelaram a captura bem-sucedida de núcleos de células neuronais, gliais por satélite e endoteliais das gânglios simpáticos, validadas pelo snRNA-seq. Em resumo, este protocolo fornece uma abordagem passo a passo para o snRNA-seq de gânglios cardíacos extrínsecos simpáticos extrínsecos, um método que tem potencial para uma aplicação mais ampla em estudos da inervação de outros órgãos e tecidos.
O sistema nervoso autônomo (ANS) é uma parte crucial do sistema nervoso periférico que mantém a homeostase corporal, incluindo a adaptação às condições ambientais e patologia1. Está envolvida na regulação de múltiplos sistemas de órgãos em todo o corpo, como os sistemas cardiovascular, respiratório, digestivo e endócrino. A ANS é dividida em ramos simpáticos e parassimpáticos. Ramos espinhais da simpática sinapse do sistema nervoso em gânglios da cadeia simpática, situados bilateralmente em posição paravertebral. Os gânglios colossais e torácicos bilaterais, especialmente os StG, são componentes importantes que participam da inervação cardíaca. Em estados de doenças, como isquemia cardíaca, a remodelagem neuronal pode ocorrer, resultando em um overdrivesimpático 2. A remodelagem neuronal foi demonstrada em múltiplos estudos histológicos em humanos e várias outras espécies animais 3,4,5,6. Atualmente, falta uma caracterização biológica detalhada da remodelação neuronal induzida pela isquemia cardíaca na gânglios simpáticos cardíacos, e as características biológicas fundamentais dos tipos ou subtipos especializados das células neuronais dentro do sistema nervoso simpático cardíaco (SNS) ainda não estão totalmente determinadas na saúde e na doença7.
Novas tecnologias, como a scRNA-seq, abriram portas para a caracterização genética de pequenos tecidos em um nível unicelular 8,9. No entanto, o tamanho relativamente grande dos neurônios pode impedir o uso otimizado dessas técnicas unicelulares em humanos10. Além disso, o sequenciamento unicelular requer um alto rendimento de células para recuperar um número celular suficiente devido a uma alta perda no processo de sequenciamento. Isso pode ser desafiador ao estudar pequenos tecidos difíceis de capturar em uma sessão e exigir várias amostras para introduzir células únicas suficientes para sequenciamento. A recém-desenvolvida tecnologia snRNA-seq baseada em gotículas (ou seja, a plataforma 10x Chromium) permite o estudo de diferenças biológicas entre núcleos únicos11,12. o snRNA-seq tem uma vantagem sobre o scRNA-seq para células grandes (>30 μm), que não pode ser capturado em Gel Bead em Emulsões (GEMs), bem como melhor compatibilidade com dissociação extensiva e/ou preservação prolongada 13,14,15.
A heterogeneidade, o número de células neuronais e outras células enriquecidas no SNS cardíaco são aspectos importantes para a caracterização da ANS em estados de saúde e doenças. Além disso, a inervação específica de órgãos ou região por cada gânglio simpático contribui para a complexidade do SNS. Além disso, gânglios cervicais, estelares e torácicos da cadeia simpática têm sido mostrados para inervar diferentes regiões do coração16. Portanto, é necessário realizar a análise de núcleo único de células gangliônicas derivadas de gânglios individuais para estudar sua arquitetura biológica.
O snRNA-seq baseado em gotícula permite o perfil de expressão em toda a transcrição para um conjunto de milhares de células de várias amostras ao mesmo tempo com custos mais baixos do que plataformas de sequenciamento baseadas em placas. Essa abordagem permite que o snRNA-seq baseado em gotículas seja mais adequado para a classificação do fenótipo celular e a nova identificação de subpopulação de células dentro do SCG e do StG. Notavelmente, este protocolo fornece uma abordagem concisa para a identificação, isolamento e sequenciamento de RNA de núcleo único de gânglios cardíacos extrínsecos simpáticos, um método que tem potencial para uma ampla aplicação em estudos da caracterização de gânglios inervando outros órgãos e tecidos relacionados em saúde e doença.
Este protocolo descreve todas as etapas necessárias para o snRNA-seq de murine cervical e/ou colocothoracic (estelar) gânglio. Foram utilizados camundongos C57BL/6J femininos e masculinos (15 semanas de idade, n = 2 para cada sexo). Um mouse Wnt1-Cre;mT/mG adicional foi usado para visualizar o gânglio para fins de dissecção17,18. Este mouse adicional foi gerado pela cruzamento de um mouse B6.Cg-Tg(Wnt1-cre)2Sor/J e um mouse B6.129(Cg)-Gt(ROSA)26Sortm4 (ACTB-tdTomato,-EGFP)Luo/J. Todos os experimentos em animais foram realizados de acordo com o Guia de Cuidado e Uso de Animais de Laboratório publicado pelo NIH e aprovado pelo Comitê de Ética Animal da Universidade de Leiden (Número de Licença AVD1160020185325, Leiden, Holanda). Consulte a Tabela de Materiais para obter detalhes sobre todos os materiais, equipamentos, softwares e animais utilizados no protocolo.
1. Preparativos
NOTA: Todas as etapas são executadas em um gabinete de fluxo de cultura celular.
2. Dissecção de gânglios cervicais superiores de camundongos adultos (SCG)
3. Dissecção de gânglios estelares de camundongos adultos (StG)
4. Isolamento e criopreservação de células gangliônicas de camundongos
As etapas 4-6 são resumidas na Figura 2.
5. Isolamento do núcleo
NOTA: O SCG esquerdo e direito isolado de quatro camundongos (no total de 8 amostras) foram utilizados como exemplo na seguinte preparação de isolamento e sequenciamento do núcleo. Mantenha tudo no gelo durante todo o procedimento. Devido à invisibilidade de pequenas pelotas de núcleo, uma centrífuga com baldes balançando é altamente recomendada para facilitar a remoção de supernascimento durante todo o procedimento.
6. Codificação de núcleo com hashtag oligos (HTOs) e multiplexing
NOTA: As etapas de coloração do HTO foram modificadas e otimizadas para rotulagem nuclear de quantidades muito baixas de núcleos (gangliônicos) de acordo com a aplicação anterior em tecido cortical por Gaublomme et al.15.
Análise de controle de qualidade da preparação da biblioteca cDNA de núcleo único e snRNA-seq
Os resultados representativos descrevem os resultados de sequenciamento de 10.000 núcleos capturados em um único pool com uma biblioteca de expressão genética de 25.000 leituras/núcleo e uma biblioteca de hashtags de 5.000 leituras/núcleos. A Figura 3B ilustra os resultados de controle de qualidade do CDNA de1º fio, biblioteca de expressão genética (GEX) ...
Aqui, descreve-se um protocolo detalhado que se concentra em i) a dissecção de gânglios cervicais superiores do camundongo adulto e gânglios simpáticos, ii) o isolamento e a criopreservação das células gânnicas, iii) isolamento do núcleo e iv) codificação de núcleos com rotulagem de HTO para fins multiplexais e snRNA-seq.
Com este protocolo, células gangliônicas simpáticas podem ser facilmente obtidas dissolvendo gânglios individuais usando trippsina e colagem comumente usadas...
Os autores não têm conflitos de interesse para divulgar.
Agradecemos a Susan L. Kloet (Departamento de Genética Humana, LUMC, Leiden, Holanda) por sua ajuda no design experimental e discussões úteis. Agradecemos a Emile J. de Meijer (Departamento de Genética Humana, LUMC, Leiden, Holanda) pela ajuda com o isolamento do RNA de núcleo único e a preparação da biblioteca para o sequenciamento. Este trabalho é apoiado pela Organização Holandesa de Pesquisa Científica (NWO) [016.196.346 para M.R.M.J.].
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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