Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Этот протокол описывает подробную, низковходную пробоподготовку для секвенирования с одним ядром, включая рассечение верхних цервикальных и звездчатых ганглиев мыши, диссоциацию клеток, криоконсервацию, выделение ядра и штрих-кодирование хэштегов.
Сердечная вегетативная нервная система имеет решающее значение для контроля сердечной функции, такой как частота сердечных сокращений и сократимость сердца, и делится на симпатическую и парасимпатическую ветви. Как правило, существует баланс между этими двумя ветвями для поддержания гомеостаза. Однако состояния сердечных заболеваний, такие как инфаркт миокарда, сердечная недостаточность и гипертония, могут вызывать ремоделирование клеток, участвующих в сердечной иннервации, что связано с неблагоприятным клиническим исходом.
Хотя существует огромное количество данных о гистологической структуре и функции сердечной вегетативной нервной системы, ее молекулярно-биологическая архитектура в здоровье и болезнях все еще загадочна во многих аспектах. Новые технологии, такие как секвенирование одноклеточной РНК (scRNA-seq), обещают генетическую характеристику тканей с одноклеточным разрешением. Однако относительно большой размер нейронов может препятствовать стандартизированному использованию этих методов. Здесь этот протокол использует секвенирование одноядерной РНК на основе капель (snRNA-seq), метод характеристики биологической архитектуры сердечных симпатических нейронов в здоровье и болезни. Продемонстрирован поэтапный подход для выполнения snRNA-seq двустороннего верхнего шейного (SCG) и звездчатого ганглия (StG), рассеченных у взрослых мышей.
Этот метод обеспечивает долгосрочное сохранение образцов, поддерживая адекватное качество РНК, когда образцы от нескольких людей / экспериментов не могут быть собраны все сразу в течение короткого периода времени. Штрих-кодирование ядер с помощью хэштегов oligos (HTO) позволяет демультиплексировать и отслеживать отдельные ганглионные образцы после секвенирования. Последующие анализы выявили успешный захват ядер нейрональных, спутниковых глиальных и эндотелиальных клеток симпатических ганглиев, что подтверждается snRNA-seq. Таким образом, этот протокол обеспечивает поэтапный подход к snRNA-seq симпатических внешних сердечных ганглиев, метод, который имеет потенциал для более широкого применения в исследованиях иннервации других органов и тканей.
Вегетативная нервная система (ВНС) является важнейшей частью периферической нервной системы, которая поддерживает гомеостаз организма, включая адаптацию к условиям окружающей среды и патологии1. Он участвует в регуляции нескольких систем органов по всему телу, таких как сердечно-сосудистая, дыхательная, пищеварительная и эндокринная системы. ВНС делится на симпатическую и парасимпатическую ветви. Спинномозговые ветви симпатической нервной системы синапс в ганглиях симпатической цепи, расположенные двусторонне в паравертебральном положении. Двусторонние шейные и грудные ганглии, особенно StG, являются важными компонентами, участвующими в сердечной симпатической иннервации. При болезненных состояниях, таких как ишемия сердца, может произойти ремоделирование нейронов, что приводит к симпатическому овердрайву2. Ремоделирование нейронов было продемонстрировано в нескольких гистологических исследованиях на людях и нескольких других видах животных 3,4,5,6. Подробная биологическая характеристика ремоделирования нейронов, вызванного ишемией сердца, в сердечных симпатических ганглиях в настоящее время отсутствует, а фундаментальные биологические характеристики специализированных типов нейрональных клеток или подтипов в сердечной симпатической нервной системе (SNS) еще не полностью определены при здоровье и заболевании7.
Новые технологии, такие как scRNA-seq, открыли шлюзы для генетической характеристики мелких тканей на одноклеточном уровне 8,9. Однако относительно большой размер нейронов может препятствовать оптимизированному использованию этих одноклеточных методов у людей10. Кроме того, секвенирование одной клетки требует высокой пропускной способности клеток для восстановления достаточного количества клеток из-за высоких потерь в процессе секвенирования. Это может оказаться сложной задачей при изучении небольших тканей, которые трудно захватить за один сеанс и требуют нескольких образцов для введения достаточного количества одиночных клеток для секвенирования. Недавно разработанная технология snRNA-seq на основе капель (то есть платформа 10x Chromium) позволяет изучать биологические различия между одиночными ядрами11,12. snRNA-seq имеет преимущество перед scRNA-seq для крупных клеток (>30 мкм), которые не могут быть захвачены в Gel Bead in Emulsions (GEMs), а также улучшенную совместимость с обширной диссоциацией и/или длительным сохранением 13,14,15.
Гетерогенность, количество нейрональных клеток и других клеток, обогащенных сердечными СНС, являются важными аспектами для характеристики ВНС в состояниях здоровья и заболевания. Кроме того, органная или региональная иннервация каждым симпатическим ганглием способствует усложнению СНС. Кроме того, было показано, что шейные, звездчатые и грудные ганглии симпатической цепи иннервируют различные области сердца16. Поэтому необходимо выполнить одноядерный анализ ганглионарных клеток, полученных из отдельных ганглиев, для изучения их биологической архитектуры.
SnRNA-seq на основе капель позволяет профилировать экспрессию транскриптома для пула из тысяч клеток из нескольких образцов одновременно с более низкими затратами, чем платформы секвенирования на основе пластин. Этот подход позволяет snRNA-seq на основе капель быть более подходящим для классификации клеточного фенотипа и новой субпопуляционной идентификации клеток в SCG и StG. Примечательно, что этот протокол обеспечивает краткий поэтапный подход к идентификации, выделению и секвенированию одноядерной РНК симпатических внешних сердечных ганглиев, метод, который имеет потенциал для широкого применения в исследованиях характеристик ганглиев, иннервирующих другие связанные органы и ткани в здоровье и болезни.
Этот протокол описывает все этапы, необходимые для snRNA-seq цервикальных и/или шейно-цервикоторакальных (звездчатых) ганглиев. Использовались самки и самцы мышей C57BL/6J (15 недель, n = 2 для каждого пола). Одна дополнительная мышь Wnt1-Cre;mT/mG была использована для визуализации ганглиев в целях рассечения17,18. Эта дополнительная мышь была получена путем скрещивания мыши B6.Cg-Tg(Wnt1-cre)2Sor/J и мыши B6.129(Cg)-Gt(ROSA)26Sortm4(ACTB-tdTomato,-EGFP)Luo/J мыши. Все эксперименты на животных проводились в соответствии с Руководством по уходу и использованию лабораторных животных, опубликованным NIH и одобренным Комитетом по этике животных Лейденского университета (номер лицензии AVD1160020185325, Лейден, Нидерланды). Смотрите Таблицу материалов для получения подробной информации обо всех материалах, оборудовании, программном обеспечении и животных, используемых в протоколе.
1. Препараты
ПРИМЕЧАНИЕ: Все этапы выполняются в шкафу для клеточного культивирования.
2. Рассечение верхних шейных ганглиев взрослой мыши (SCG)
3. Рассечение звездчатых ганглиев взрослых мышей (StG)
4. Выделение и криоконсервация ганглионарных клеток мыши
Шаги 4-6 обобщены на рисунке 2.
5. Изоляция ядра
ПРИМЕЧАНИЕ: Левый и правый SCG, выделенные из четырех мышей (в общей сложности 8 образцов), были использованы в качестве примера в следующей подготовке к выделению ядра и секвенированию. Держите все на льду в течение всей процедуры. Из-за невидимости мелких гранул ядра настоятельно рекомендуется центрифуга с качающимися ведрами для облегчения удаления супернатанта на протяжении всей процедуры.
6. Штрих-кодирование ядра с хэштегом oligos (HTO) и мультиплексирование
ПРИМЕЧАНИЕ: Этапы окрашивания HTO были модифицированы и оптимизированы для ядерной маркировки очень низких количеств (ганглионарных) ядер в соответствии с предыдущим применением в кортикальной ткани Gaublomme et al.15.
Анализ контроля качества подготовки библиотеки одноядерных кДНК и snRNA-seq
Репрезентативные результаты описывают результаты секвенирования 10 000 захваченных ядер в одном пуле с библиотекой 25 000 считываний / экспрессии генов ядра и библиотекой хэштегов 5000 чтений / ядра.
Здесь описан подробный протокол, который фокусируется на i) рассечении верхних шейных и звездчатых симпатических ганглиев взрослой мыши, ii) изоляции и криоконсервации ганглионарных клеток, iii) выделении ядра и iv) штрих-кодировании ядра с маркировкой HTO для целей мультиплексирования и snRN...
У авторов нет конфликта интересов для раскрытия.
Мы благодарим Сьюзан Л. Клоэт (Департамент генетики человека, LUMC, Лейден, Нидерланды) за ее помощь в экспериментальном проектировании и полезных дискуссиях. Мы благодарим Emile J. de Meijer (Департамент генетики человека, LUMC, Лейден, Нидерланды) за помощь в выделении одноядерной РНК и подготовке библиотеки к секвенированию. Эта работа поддерживается Нидерландской организацией научных исследований (NWO) [016.196.346 to 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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены