Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Bu protokol, fare üstün servikal ve yıldız gangliyonunun diseksiyonu, hücre ayrışması, kriyoprezervasyon, çekirdek izolasyonu ve hashtag barkodlaması dahil olmak üzere tek çekirdekli dizileme için ayrıntılı, düşük girişli numune hazırlığını açıklar.
Kardiyak otonom sinir sistemi, kalp atış hızı ve kardiyak kontraktilitesi gibi kardiyak fonksiyonların kontrolünde çok önemlidir ve sempatik ve parasempatik dallara ayrılır. Normalde, homeostazı korumak için bu iki dal arasında bir denge vardır. Bununla birlikte, miyokard enfarktüsü, kalp yetmezliği ve hipertansiyon gibi kalp hastalığı durumları, olumsuz bir klinik sonuçla ilişkili olan kardiyak innervasyonda rol oynayan hücrelerin yeniden şekillenmesine neden olabilir.
Kardiyak otonom sinir sisteminin histolojik yapısı ve işlevi için çok miktarda veri olmasına rağmen, sağlık ve hastalıktaki moleküler biyolojik mimarisi birçok açıdan hala gizemlidir. Tek hücreli RNA dizilimi (scRNA-seq) gibi yeni teknolojiler, dokuların tek hücreli çözünürlükte genetik karakterizasyonu için umut vaat etmektedir. Bununla birlikte, nispeten büyük nöron boyutu, bu tekniklerin standartlaştırılmış kullanımını engelleyebilir. Burada, bu protokol, sağlık ve hastalıkta kardiyak sempatik nöronların biyolojik mimarisini karakterize etmek için bir yöntem olan damlacık bazlı tek çekirdekli RNA dizilimini (snRNA-seq) kullanır. Yetişkin farelerden disseke edilen bilateral superior servikal (SCG) ve stellat ganglionların (StG) snRNA-sekik'ini gerçekleştirmek için kademeli bir yaklaşım gösterilmiştir.
Bu yöntem, birden fazla bireyden/deneyden alınan örneklerin kısa bir süre içinde bir kerede toplanamadığı durumlarda yeterli RNA kalitesini koruyarak uzun süreli numune muhafazasını sağlar. Çekirdeklerin hashtag oligolarla (HTO'lar) barkodlanması, çoklamanın giderilmesini ve dizileme sonrası farklı gangliyonik örneklerin geri izlenmesini sağlar. Daha sonraki analizler, snRNA-seq tarafından doğrulandığı gibi, sempatik ganglionların nöronal, uydu glial ve endotel hücrelerinin başarılı çekirdek yakalamasını ortaya koydu. Özetle, bu protokol, sempatik ekstrinsik kardiyak gangliyonların snRNA-seksi için, diğer organ ve dokuların innervasyonu çalışmalarında daha geniş uygulama potansiyeline sahip bir yöntem olan kademeli bir yaklaşım sağlar.
Otonom sinir sistemi (ANS), çevresel koşullara ve patolojiye adaptasyon da dahil olmak üzere vücut homeostazını koruyan periferik sinir sisteminin çok önemli bir parçasıdır1. Kardiyovasküler, solunum, sindirim ve endokrin sistemler gibi vücuttaki çoklu organ sistemlerinin düzenlenmesinde rol oynar. ANS sempatik ve parasempatik dallara ayrılmıştır. Sempatik sinir sisteminin spinal dalları, sempatik zincirin ganglionlarında, iki taraflı olarak paravertebral pozisyonda bulunan sinapstır. İki taraflı servikal ve torasik ganglionlar, özellikle StG, kardiyak sempatik innervasyona katılan önemli bileşenlerdir. Kardiyak iskemi gibi hastalık durumlarında, nöronal yeniden yapılanma meydana gelebilir ve bu da sempatik bir aşırı hızlanmaile sonuçlanır 2. Nöronal yeniden yapılanma, insanlarda ve diğer bazı hayvan türlerinde 3,4,5,6 yapılan birçok histolojik çalışmada gösterilmiştir. Kardiyak sempatik gangliyonlarda kardiyak iskemiye bağlı nöronal remodellemenin ayrıntılı bir biyolojik karakterizasyonu şu anda eksiktir ve kardiyak sempatik sinir sistemi (SNS) içindeki özelleşmiş nöronal hücre tiplerinin veya alt tiplerinin temel biyolojik özellikleri sağlık ve hastalıkta henüz tam olarak belirlenmemiştir7.
ScRNA-seq gibi yeni teknolojiler, küçük dokuların tek hücre seviyesindegenetik karakterizasyonu için kapılar açmıştır 8,9. Bununla birlikte, nöronların nispeten büyük boyutu, bu tek hücreli tekniklerin insanlarda optimize edilmiş kullanımını engelleyebilir10. Ek olarak, tek hücreli dizileme, sıralama işlemindeki yüksek bir kayıp nedeniyle yeterli bir hücre sayısını geri kazanmak için yüksek verimli bir hücre gerektirir. Bu, bir seansta yakalanması zor olan ve dizileme için yeterli tek hücreyi tanıtmak için birden fazla örnek gerektiren küçük dokuları incelerken zor olabilir. Yakın zamanda geliştirilen damlacık bazlı snRNA-seq teknolojisi (yani, 10x Krom platformu), tek çekirdekler arasındaki biyolojik farklılıkların incelenmesine izin verir11,12. snRNA-seq, Emülsiyonlarda (GEM'ler) Jel Boncuk'ta yakalanamayan büyük hücreler (>30 μm) için scRNA-seq'e göre bir avantaja sahiptir, ayrıca kapsamlı ayrışma ve / veya uzun süreli koruma ile gelişmiş uyumluluk13,14,15.
Heterojenlik, nöronal hücrelerin sayısı ve kardiyak SNS'de zenginleştirilmiş diğer hücreler, sağlık ve hastalık durumlarında ANS'nin karakterizasyonu için önemli hususlardır. Ek olarak, her sempatik ganglionun organa veya bölgeye özgü innervasyonu, SNS'nin karmaşıklığına katkıda bulunur. Ayrıca, sempatik zincirin servikal, stellat ve torasik ganglionlarının kalbin farklı bölgelerini innerve ettiği gösterilmiştir16. Bu nedenle, biyolojik mimarilerini incelemek için bireysel ganglionlardan türetilen gangliyonik hücrelerin tek çekirdekli analizini yapmak gerekir.
Damlacık bazlı snRNA-seq, plaka tabanlı dizileme platformlarından daha düşük maliyetlerle aynı anda birden fazla numuneden binlerce hücreden oluşan bir havuz için transkriptom çapında ekspresyon profillemesine izin verir. Bu yaklaşım, damlacık bazlı snRNA-sek'in hücresel fenotip sınıflandırması ve SCG ve StG içindeki hücrelerin yeni alt popülasyon tanımlaması için daha uygun olmasını sağlar. özellikle, bu protokol, sempatik ekstrinsik kardiyak ganglionların tanımlanması, izolasyonu ve tek çekirdekli RNA dizilimi için kısa ve kademeli bir yaklaşım sağlar; bu, diğer ilgili organ ve dokuları innerve eden ganglionların karakterizasyonu çalışmalarında geniş bir uygulama potansiyeline sahip bir yöntemdir. sağlık ve hastalık.
Bu protokol, murin servikal ve / veya servikotorasik (stellat) gangliyonların snRNA-seksi için gerekli tüm adımları açıklar. Dişi ve erkek C57BL/6J fareler (15 haftalık, her cinsiyet için n=2) kullanıldı. Ek bir Wnt1-Cre; mT / mG fare, ganglionları diseksiyon amacıyla görselleştirmek için kullanıldı17,18. Bu ek fare, bir B6.Cg-Tg(Wnt1-cre)2Sor/J fare ve bir B6.129(Cg)-Gt(ROSA)26Sortm4(ACTB-tdTomato,-EGFP)Luo/J farenin melezlenmesiyle oluşturuldu. Tüm hayvan deneyleri, NIH tarafından yayınlanan ve Leiden Üniversitesi Hayvan Etik Komitesi tarafından onaylanan Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Kılavuzu'na göre gerçekleştirilmiştir (Lisans numarası AVD1160020185325, Leiden, Hollanda). Protokolde kullanılan tüm malzemeler, ekipmanlar, yazılımlar ve hayvanlarla ilgili ayrıntılar için Malzeme Tablosu'na bakın.
1. Hazırlıklar
NOT: Tüm adımlar bir hücre kültürü akış kabininde gerçekleştirilir.
2. Yetişkin fare superior servikal ganglionların (SCG) diseksiyonu
3. Yetişkin fare yıldız ganglionlarının (StG) diseksiyonu
4. Fare gangliyonik hücrelerinin izolasyonu ve kriyoprezervasyonu
4-6 arası adımlar Şekil 2'de özetlenmiştir.
5. Çekirdek izolasyonu
NOT: Dört fareden izole edilen sol ve sağ SCG (toplam 8 örnek), aşağıdaki çekirdek izolasyonu ve dizileme hazırlığında örnek olarak kullanılmıştır. Tüm prosedür boyunca her şeyi buz üzerinde tutun. Küçük çekirdek peletlerinin görünmezliği nedeniyle, tüm prosedür boyunca süpernatant giderimini kolaylaştırmak için sallanan kovalara sahip bir santrifüj şiddetle tavsiye edilir.
6. Hashtag oligos (HTO'lar) ve çoklama ile çekirdek barkodlama
NOT: HTO boyama basamakları, Gaublomme ve ark.15 tarafından kortikal dokuda önceki uygulamaya göre çok düşük miktarlarda (ganglionik) çekirdeğin nükleer etiketlenmesi için modifiye edilmiş ve optimize edilmiştir.
Tek çekirdekli cDNA kütüphanesi hazırlığı ve snRNA-seq kalite kontrol analizi
Temsili sonuçlar, 25.000 okuma / çekirdek gen ekspresyon kütüphanesi ve 5.000 okuma / çekirdek hashtag kütüphanesi ile tek bir havuzda yakalanan 10.000 çekirdeğin dizileme sonuçlarını açıklamaktadır. Şekil 3B , Biyoanalizör ile kontrol edilen 1. iplik cDNA, gen ekspresyonu (GEX) kütüphanesi ve HTO kütüphanesinin kalite kontrol sonuçlarını göstermektedir.
Burada, i) yetişkin fare üstün servikal ve sempatik gangliyonlarının diseksiyonu, ii) gangliyonik hücrelerin izolasyonu ve kriyoprezervasyonu, iii) çekirdek izolasyonu ve iv) çoklama amacıyla HTO etiketleme ile nükleus barkodlaması ve snRNA-sek konularına odaklanan ayrıntılı bir protokol açıklanmaktadır.
Bu protokolle, yaygın olarak kullanılan tripsin ve kollajenaz kullanılarak bireysel gangliyonların ayrıştırılmasıyla sempatik gangliyonik hücreler kolayca elde edil...
Yazarların açıklayacağı bir çıkar çatışması yoktur.
Susan L. Kloet'e (İnsan Genetiği Bölümü, LUMC, Leiden, Hollanda) deneysel tasarımdaki ve faydalı tartışmalardaki yardımları için teşekkür ederiz. Emile J. de Meijer'e (İnsan Genetiği Bölümü, LUMC, Leiden, Hollanda) tek çekirdekli RNA izolasyonu ve dizileme için kütüphane hazırlığı konusundaki yardımları için teşekkür ederiz. Bu çalışma Hollanda Bilimsel Araştırma Örgütü (NWO) [016.196.346 to M.R.M.J.] tarafından desteklenmektedir.
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 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır