Tek hücreli/tek çekirdekli transkriptomiklerin ve multi-omiklerin başarısı büyük ölçüde hücrelerin/çekirdeklerin kalitesine bağlıdır. Bu nedenle, hücrelerin/çekirdeklerin dokudan izole edilmesi ve saflaştırılması yüksek düzeyde standartlaştırılmalıdır. Bu protokol, aşağı akış tek çekirdekli multiom testi için beyin ve kemik iliğinden çekirdeklerin hazırlanmasını açıklar.
Tek hücreli analiz, tek hücreli çözünürlük ile tedaviye veya enfeksiyona bireysel hücresel yanıtların değişkenliğini değerlendirmeyi gerektiren biyolojik süreçlerin karmaşıklığını çözmek için tercih edilen yaklaşım haline gelmiştir.
Son 10 yılda tek hücreli moleküler profilleme için birçok teknik geliştirildi ve birkaç özel teknoloji ticarileştirildi. 10X Genomik damlacık tabanlı tek hücreli profilleme, transkriptomik ve multi-omik tek hücreli profilleme için kullanıma hazır reaktifler sunan yaygın bir teknolojidir. Teknoloji, tek hücreli ve tek çekirdekli RNA dizilimi (sırasıyla scRNA-Seq ve snRNA-Seq), scATAC-Seq, tek hücreli bağışıklık profili oluşturma (BCR/TCR dizilimi) ve multiom için iş akışlarını içerir. İkincisi, aynı hücreden gelen transkripsiyonel (scRNA-Seq) ve epigenetik bilgiyi (scATAC-Seq) birleştirir.
Dokulardan izole edilen ve bu yaklaşımlardan herhangi biri ile analiz edilen tek hücreli veya tek çekirdekli süspansiyonların kalitesi (canlılığı, bütünlüğü, saflığı), yüksek kaliteli veriler üretmek için kritik öneme sahiptir. Bu nedenle, numune hazırlama protokolleri her biyolojik dokunun özelliklerine uyarlanmalı ve yüksek kaliteli hücre ve çekirdek süspansiyonlarının üretilmesini sağlamalıdır.
Bu makalede, aşağı akış multiomlu 10X Genomik boru hattı için beyin ve kemik iliği örneklerinin hazırlanmasına yönelik iki protokol açıklanmaktadır. Protokoller aşamalı olarak gerçekleştirilir ve hücre bölümleme ve barkodlama, kütüphane hazırlama ve dizileme için başlangıç materyali olarak kullanılan doku ayrışmasını, hücre sıralamasını, çekirdek izolasyonunu ve hazırlanmış çekirdek süspansiyonunun kalite kontrolünü kapsar. Bu standartlaştırılmış protokoller, yüksek kaliteli çekirdek kitaplıkları ve sağlam ve güvenilir veriler üretir.
Uzun yıllar boyunca, tek hücreli teknikler biyolojik süreçlerin analizi için altın standart olmuştur. Başlangıçta mikroskopi, akış sitometrisi ve benzeri tahliller yoluyla tek hücreli fenotipleme ile sınırlıydılar. Tek hücreli analizde bir atılım, tek hücreli moleküler profilleme, özellikle tek tek hücrelerin tüm transkriptomunun karakterize edilmesini sağlayan tek hücreli RNA dizilimi (scRNA-Seq) yaklaşımlarının geliştirilmesiyle geldi. Son derece güçlü olan scRNA-Seq, belirli bir koşul ve zaman noktasındaki bir hücrenin transkripsiyonel durumu hakkında bilgi üretir. Bununla birlikte, transkripsiyonu yönlendiren gen regülasyonu veya zaman içinde meydana gelen moleküler modifikasyonlar hakkında görünürlük sağlamaz. Bu sınırlamanın üstesinden gelmek için, aynı hücreden birden fazla faktörün ve işleminanalizini sağlayan tek hücreli multi-omik tahlillerin geliştirilmesine birçok çaba harcanmıştır 1,2,3,4. Tek hücreler içindeki iki modalitenin ilk başarılı ölçümü, CITE-Seq yaklaşımında5 tek tek hücrelerin tam transkriptomu ile multipleks yüzey protein ekspresyon modellerinin bağlanmasıyla geldi. Daha yeni evrimler, gen ekspresyonunu kromatin erişilebilirliği ile birleştirir (Dizileme kullanarak Transpozaz Erişilebilir Kromatin Testi, ATAC-Seq), böylece aynı hücrelerde (örneğin, sci-CAR) aynı anda transkriptomik ve epigenomik modaliteleri yakalar6. Transkriptomiklerin hücre fenotipi veya aynı hücrenin epigenetik değişiklikleri ile ilişkilendirilmesine izin veren ilk ticari çözümler 10X Genomics'ten geldi.
Tek hücreli moleküler profilleme deneyleri aşağıdaki adımları içerir: (1) doku ayrışması veya tek hücreli süspansiyonların hazırlanması; (2) hücre saflaştırma ve/veya çekirdek izolasyonu; (3) bölümleme ve barkodlama; (4) kütüphane inşaatı ve kalite kontrolü; (5) yeni nesil dizileme; (6) veri analizi. Adımlar (3)-(6) kullanılan teknolojiye bağlı olarak önemli ölçüde değişebilse de, ilk adımlar genellikle hepsi için ortaktır. Hazırlanan hücre/çekirdek süspansiyonunun kalitesi, deneyin genel sonucunu belirleyecektir. Doku tipine bağlı olarak, yüksek kaliteli tek hücreli/çekirdek süspansiyonları elde etmek zor olabilir. Kalp, kas, beyin, akciğer, bağırsak ve diğerleri gibi bazı dokuların özellikleri, moleküler analiz için yüksek kaliteli çekirdeklerin üretimini garanti etmek için her bir numune tipine uyarlanmış doku bozulması ve çekirdek izolasyonu için yöntemler gerektirir 7,8,9,10. Doku parçalama yöntemleri ve ayrışma protokolleri mekanik, enzimatik (örneğin, kollajenaz ve DNaz karışımı) veya ikisinin bir kombinasyonu olabilir ve manuel olarak veya aletlerle (örneğin, Qiagen DSC-400, gentleMACS) gerçekleştirilebilir.
Tek hücreli teknikler, biyomedikal araştırmalar için tercih edilen bir araç haline gelmiştir. Nörobiyolojide, beyindeki hücre çeşitliliği ve işlevlerinin karmaşıklığı, nadir hücre popülasyonlarının görselleştirilmesi ve heterojenliklerinin değerlendirilmesi için yüksek çözünürlüklü ve yüksek verimli analiz gerektirir 11,12,13,14. Bireysel hücrelerin hücresel kimliğini ve gen düzenleyici mekanizmalarını birbirine bağlamak, beyin gelişimi ve fizyolojisi hakkında fikir verir. Başka bir örnek, güçlü bir şekilde tek hücreli analizlere dayanan enfeksiyöz, otoimmün veya kanser hastalıkları bağlamında bağışıklık tepkisi çalışmalarıdır. İmmün hücre alt kümelerinin heterojenliği ve aktivitelerinin karmaşıklığı ve diğer hücre tipleri ile etkileşimleri, immün yanıtın altında yatan mekanizmaların deşifre edilmesinde tek hücreli çözünürlük gerektirir. Bağışıklık hücreleri, hematopoietik progenitörlerin, kemik iliğinden periferdeki eve çıkmadan önce aşamalı bir süreç boyunca hücre yüzey belirteçlerini alan ve kaybeden kademeli olarak farklılaşan hücrelerden oluştuğu kemik iliğinden kaynaklanır. Tek hücreli analiz, hücresel gelişim aşamalarının dakika karakterizasyonuna izin verir. Geleneksel olarak çok parametreli akış sitometrisi ile gerçekleştirilen tek hücreli fenotipleme yoluyla elde edilebilir. Bununla birlikte, tek hücreli transkriptomik imzaların, progenitör hücre alt tiplerinin daha kesin bir şekilde tanımlanmasını ortaya çıkardığı gösterilmiştir, çünkü bu hücreler birbirine düşen kümeler halinde dağılmıştır ve bu nedenle kaba bir hücre yüzeyi işaretleyici yaklaşımı kullanıldığında yanlış tanımlanabilir15. Artan sayıda çalışma, hematopoietik kök ve progenitör hücrelerin (HSPC'ler) çeşitli ajanlara maruz kalmaktan elde edebileceği epigenetik modifikasyonları ortaya çıkarmakta ve bu da bağışıklık sisteminin uzun vadeli duyarlılığı üzerinde önemli bir etkiye yol açmaktadır 16,17,18,19. Yeni multi-omik teknolojileri, bu süreçlerin tek hücreli çözünürlükle incelenmesini sağlar.
Beyin 11,20,21,22 ve kemik iliği örnekleri23,24 için hücre ve çekirdek izolasyonu için birçok protokol tanımlanmıştır. Deneysel değişkenlikten kaynaklanan yanlılığı en aza indirmek için, ortak tek hücreli transkriptomik ve epigenomik dizileme için optimize edilmiş tek çekirdekli hazırlama protokollerini doğrulamak ve böylece tek hücreli multiomik testlerin tekrarlanabilirliğini sağlamak gerekir.
Burada, (1) taze dondurulmuş beyin dokusundan ve (2) aşağı akış tek hücreli Multiom analizi için taze kemik iliği HSPC'lerinden çekirdek hazırlığı için iki sağlam protokol açıklanmaktadır (Şekil 1).
Şekil 1: Taze dondurulmuş beyin ve kemik iliği dokularından çekirdek izolasyonu için protokollerin şematik gösterimi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Deneysel prosedürler, Hayvan Deneylerinde Etik Komitesi (CETEA) tarafından onaylanan protokollerin sıkı mevzuata uygunluğu altında yürütülmüştür. Beyin çekirdeği izolasyonu için 3 aylık C57BL/6 fareler kullanıldı. Kemik iliği izolasyonu için 18 g ağırlığındaki 8 haftalık dişi C57BL/6J fareler kullanıldı.
1. Fare beyninden çekirdeklerin saflaştırılması
NOT: İşlem sırasında her zaman lateks veya nitril eldiven giyin. Deneyi iki kişinin yapması, 1'den 3'e kadar olan adımların (yani, tek çekirdek süspansiyonunun hazırlanması) bir kişi tarafından gerçekleştirilmesi ve 4. adımın (yani ayıklayıcının hazırlanması) başka bir kişi tarafından paralel olarak gerçekleştirilmesi şiddetle tavsiye edilir. Protokol zamana son derece duyarlı olduğundan, tek çekirdek süspansiyonu hazırlanır hazırlanmaz sıralayıcıyı hazır bulundurarak numune işleme süresini en aza indirmek çok önemlidir.
2. Fare kemik iliği, hematopoietik kök ve progenitör hücrelerden (HSPC'ler) çekirdeklerin saflaştırılması
NOT: Bu protokol, kemik iliği HSPC'lerinin üç alt kümesinden çekirdeklerin saflaştırılmasını açıklar: soy-c-Kit+Sca-1+ hematopoietik kök hücreler (HSC), soy-c-Kit+Sca-1-CD34+FcγR- ortak miyeloid progenitörler (CMP) ve soy- c-Kit+Sca-1-CD34+FcγR+ granülosit-monosit progenitörleri (GMP). İşlem sırasında her zaman lateks veya nitril eldiven giyin. Bu protokol, 10X Genomik Gösterilmiş Protokol - Tek Hücreli Çoklu ATAC + GEX dizilimi için Çekirdek İzolasyonu (CG000365 - Rev C)27'nin bir uyarlamasıdır. Çekirdek geri kazanımını en üst düzeye çıkarmak için orijinal protokolde değişiklikler yapılmıştır. Deneyi iki kişinin yapması, 1. adımların olması şiddetle tavsiye edilir. 3'e kadar. (yani, tek hücreli çözeltinin hazırlanması) bir kişi tarafından gerçekleştirilir ve adım 4 (yani, sıralayıcının hazırlanması) başka bir kişi tarafından paralel olarak gerçekleştirilir. Protokol zamana son derece duyarlı olduğundan, tek hücreli süspansiyon hazırlanır hazırlanmaz sıralayıcıyı hazır hale getirerek numune işleme süresini en aza indirmek çok önemlidir.
Yukarıda açıklanan iki protokol, iki farklı doku türünden başlayarak çekirdeklerin izolasyonunu detaylandırır. İki protokol arasındaki farklılıklar ve benzerlikler Şekil 1'de şematik olarak gösterilmiştir.
Fare beyninden çekirdeklerin saflaştırılması
Burada açıklanan protokolde, beyin örneklerinden çekirdek hazırlığı için nazik bir yöntem öneriyoruz. Beyin dokusunun bir lizis tamponunda mekanik olarak ayrışması ile başlar, ardından kalan dokuyu süspansiyondan çıkaran yıkama ve süzgeç filtreleme adımları ile devam eder. Enkazın, parçalanmamış hücrelerin ve küçük parçacıkların daha sonra uzaklaştırılması, aşağı akış Multiome protokolü için yalnızca saflaştırılmış çekirdeklerin yüklenmesini garanti etmek için FACS tarafından sağlanır. Şekil 2 , sıralamadan önce ve sonra çekirdeklerin profilini göstermektedir. Filtrelemeden sonra ve çekirdek tasnifinden önce, numune yüksek miktarda enkaz içerir ve "singletlerin" %99'undan fazlası nükleer leke (7-AAD) için pozitiftir ve bu da optimal hücre lizizini gösterir (Şekil 2A). Çekirdekler, 7-AAD pozitif kapısına göre sıralanır. Hazırlanan çekirdeklerin saflığını doğrulamak için sıralanmış malzemenin bir kısmı elde edilir. Şekil 2B , sıralamadan sonra beyin çekirdeğinin profilini göstermektedir. Çekirdek sıralaması, çekirdek saflığında başlangıçtaki %36'dan (Şekil 2A) neredeyse %100'e (Şekil 2B) bir artışa izin verdi.
Şekil 2: Çekirdek ayıklama ve ayırma sonrası saflık testi için geçit stratejisi. Çekirdekler 7-AAD ile boyandı ve hücre sıralayıcısı tarafından elde edildi. (A) Çekirdekler ilk olarak boyutlarına ve taneciklerine göre kapılanır (sırasıyla FSC-A ve SSC-A). Tek parçacıklar daha sonra FSC-A / FSC-H özelliklerine ve 7-AAD boyamalarına göre seçilir. (B) Hücre tasnifinden sonra, toplama tüpünden alınan çekirdeklerin bir kısmı, A'dakiyle aynı geçit stratejisi kullanılarak saflık açısından test edilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Fare kemik iliği hematopoetik kök hücre progenitörlerinin (HSPC'ler) saflaştırılması
Kemik iliğinden izole edildikten sonra, Şekil 3A'da gösterilen geçit stratejisine göre 2 x 105 HSPC'ye kadar FACS ile sıralanır. Ayıklama etkinliği ve numune saflığı değerlendirilir (Şekil 3B).
Şekil 3: Kemik iliği HSPC'lerinin sınıflandırılması için geçit stratejisi. (A) Çekirdek izolasyonu için canlı LKS+ hematopoietik kök hücreleri ve CD34+ miyeloid progenitörleri sıralamak için temsili bir FACS geçit stratejisi. (B) Sıralanmış hücre popülasyonu saflığının doğrulanması için kullanılan temsili FACS grafikleri. Gösterilen, ana popülasyona göre farklı hücre alt kümelerinin oranlarıdır. *Sıralanan iki popülasyon. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
"Düşük Hücre Girdili Çekirdek İzolasyonu" protokolü, maksimum 105 hücreli numunelerden çekirdek izolasyonuna izin verir. Az sayıda santrifüj adımı içerir, böylece hücre/çekirdek kaybını en aza indirir. Lizis ve yıkama tamponlarının hacmini hücre girdisiyle orantılı olarak ayarladık ve maksimum çekirdek geri kazanımı için santrifüj süresini artırdık. Geri kazanılan çekirdeklerin miktarını sayarak ve kalitelerini akış sitometrisi ve mikroskopi görüntüleme ile değerlendirmek için bir pilot deney gerçekleştirdik. Şekil 4 , hücre lizizinden sonra HSPC örneğini göstermektedir. Bu protokol, Şekil 5A'da gözlemlendiği gibi, aşağı akış multiom protokolünü etkileyebilecek herhangi bir kalıntı olmaksızın yüksek kaliteli çekirdekler üretti.
Şekil 4: İzole kemik iliği HSPC çekirdeklerinin saflık testi sıralaması. Çekirdekler 7-AAD ile boyandı ve hücre sıralayıcısı tarafından elde edildi. Çekirdekler, numunenin saflığını değerlendirmek için önce boyutlarına ve tanecikliklerine (sırasıyla FSC-A ve SSC-A) göre kapılandı. Çekirdeklerin oranı, ana popülasyona göre belirtilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Tüp numarası | Tüp adı | Lekeli varlık | Lekeli varlık miktarı | Antikor/boya (μL) | Toplama Tamponu (μL) |
1 | Lekesiz | Hücre | 5,00,000 | YOK | 200 |
2 | CANLI/ÖLÜ Sabitlenebilir Aqua Ölü Hücre Lekesi | Hücre | 5,00,000 | 0.5 | |
3 | APC/Siyanin 7 anti-fare CD16/32 (FcγR) | OneComp eBoncuklar | 15 μL | 1 | |
4 | Pasifik Mavisi anti-fare Lineage Kokteyli | OneComp eBoncuklar | 15 μL | 1 | |
5 | PE anti-fare Ly-6A/E (Sca-1) | OneComp eBoncuklar | 15 μL | 1 | |
6 | APC anti-fare CD117 (c-Kit) | OneComp eBoncuklar | 15 μL | 1 | |
7 | FITC anti-fare CD34 | OneComp eBoncuklar | 15 μL | 1 |
Tablo 1: Akış sitometresindeki kompanzasyon ayarları için tek leke kontrolleri. Gerekli tek leke kontrolleri, boyanacak hücre veya boncuk sayısı ve antikor miktarları belirtilir.
Ana Karışım | Reaktif | Son seyreltme | Antikor/boya (μL) | Tampon tipi | Tampon (μL) |
Karışım 1 | APC/Siyanin 7 anti-fare CD16/32 (FcγR) | 1/500 | 1.2 | DPBS (DPBS) | 300 |
CANLI/ÖLÜ Sabitlenebilir Aqua Ölü Hücre Lekesi | 1/250 | 2.4 | |||
Karışım 2 | Pasifik Mavisi anti-fare Lineage Kokteyli | 1/20 | 30 | FACS arabelleği | 300 |
PE anti-fare Ly-6A/E (Sca-1) | 1/200 | 3 | |||
APC anti-fare CD117 (c-Kit) | 1/200 | 3 | |||
FITC anti-fare CD34 | 1/50 | 12 | |||
Toplam boyama hacmi | 600 |
Tablo 2: Kemik iliği HSPC'leri için boyama karışımının bileşimi. 40 milyon hücre içeren bir numunenin boyanması için gerekli olan reaktif hacimleri gösterilmiştir. Daha fazla sayıda numuneyi boyamak için, belirtilen hacmi gerekli numune sayısıyla çarpın ve yeterli miktarda ana karışım sağlamak için fazladan numune hacminin yarısını ekleyin.
Ek Şekil 1: Kemik iliği hücre izolasyon protokolü. (A) Peritonu açın. Beyaz noktalı çizgiler kesilecek çizgiyi gösterir. (B) Arka bacağın derisini soyduktan sonra, uyluk kemiğini kesmeden bacağı kesmek için makası kalça ekleminde omurga boyunca hizalayın. (C) Kasın çıkarılmasından önce bacağın vücuttan ayrılmış görünümü. (D) Kasın çıkarılmasından sonra bacağın görünümü. (E) Femuru diz ekleminde, daha sonra kalça ekleminde, femurun kesilmemesine dikkat edilerek ayırma prosedürü. Beyaz kavisli oklar gerekli hareketi gösterir. Beyaz noktalı oklar, sıkıştırmak için makas kullanarak nazikçe ayrılacak alanı gösterir. (F) Kıkırdak ve distal epifizi makasla güvenli bir şekilde yakalayarak ve kemik iliğini ortaya çıkarmak için geri çevirerek femurun distal kısmını (yani diz ekleminde daha önce tibiaya bağlı olan kısmı) açma prosedürü. (G) Siyah oklarla gösterilen dört çıkıntı, açıkta kalan fizis ucunda görünür olmalıdır. (H) 150 μL FACS tamponu içeren 1,5 mL'lik bir tüpün içine yerleştirilmiş hazırlanmış 0,5 mL'lik tüpe açık ucu aşağı bakacak şekilde bir femurun görünümü. (I) 12.000 x g'da hızlı santrifüjlemeden sonra peletlenmiş kemik iliği hücrelerinin ve şimdi beyaz olan femurun görünümü. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Yüksek kaliteli hücre veya çekirdek süspansiyonunun hazırlanması, tek hücreli veya tek çekirdekli RNA-Seq ve tek hücreli multi-omik analizlerin başarısı için çok önemlidir 29,30,31. Burada, beyin ve kemik iliği olmak üzere iki tip dokudan multiom tahlilleri için numune hazırlama ve çekirdek izolasyonu protokollerini tanımladık.
Bu yazıda açıklanan beyin protokolü, taze dondurulmuş beyin dokusundan yüksek kaliteli çekirdeklerin geri kazanılmasına izin verir. Aşağıdaki adımları içerir: donmuş doku bozulması, çekirdeklerin izolasyonu, çekirdeklerin saflaştırılması ve hazırlanan materyalin kalite kontrolü. Beyin dokusu birçok farklı hücre tipinden oluşur ve doku ayrışması ve çekirdek izolasyonu prosedürü, ilk dokuda bulunan hücre popülasyonlarının oranlarını korumalıdır. Burada, lizis tamponu bileşimi ve inkübasyon süresi, dokuyu oluşturan tüm hücre popülasyonlarının tam ve nazik bir şekilde parçalanmasını sağlamak için optimize edildi.
Kemik iliği HSPCs protokolü biraz farklıdır, çünkü deneyin başlangıcında ilgilenilen hücre popülasyonunu heterojen bir hücresel süspansiyondan izole etmek için ek bir adım gerektirir. Taze doku toplandıktan sonra, kırmızı kan hücreleri parçalanır ve numune, ilgilenilen hücre alt kümesi için zenginleştirilir. Hedeflenen hücreler parçalanır, çekirdekler izole edilir ve hazırlanan malzemenin kalitesi kontrol edilir.
10X Genomics, çok sayıda farklı dokuda çekirdek izolasyonu için doğrulanmış çeşitli protokoller sağlar32,33. Şirket ayrıca, çekirdekleri doğrulanmış dokulardan izole etmek için basit bir boru hattına sahip bir çekirdek izolasyon kitini ticarileştirmektedir34. Bununla birlikte, bu protokollerin belirli örneklerin özelliklerini uyarlamak için ek optimizasyona ihtiyacı vardır. Bir örnek, düşük hücre girdisi ile çalışmayı gerektiren örneklerdir. Bu numuneler için en zorlu adımlar, numuneyi temizlemek için yeterince katı ve hücre/çekirdek kaybını önlemek için yeterince yumuşak olması gereken santrifüjlerdir. Burada açıklanan protokolle, bu iki gereksinim arasında ince bir denge bulmak için 10X Genomik Gösterilmiş Protokolü - Tek Hücreli Çoklu ATAC + GEX Dizileme (CG000365 - Rev C)27 için Çekirdek İzolasyonu'nu uyarladık. Sıralanmış HSPC'lerden çekirdeklerin hazırlanması örneğinde gösterildiği gibi, numunenin kalitesi üzerinde hiçbir etkisi olmadan çekirdek geri kazanımını iyileştirdik.
Ek bir zorluk, çekirdek izolasyonu için saflaştırılmış hücrelerin parçalanması adımıdır. Daha sert lizis koşulları ve daha uzun inkübasyon süreleri çekirdeklere zarar verebilir ve böylece dizileme verilerinin kalitesini etkileyebilir. Şekil 5 , lizis tamponu ile farklı inkübasyon süreleri üzerine kemik iliği örneklerinden temsili çekirdek görüntülemeyi gösterir ve hücre lizizine bağlı olarak çekirdeklerin durumunun ne kadar farklı olabileceğini gösterir. HSPC'ler örneğinde, sağlıklı görünümlü, sağlam çekirdeklerin en yüksek oranı ve hasarlı çekirdeklerin en düşük oranı ile sonuçlanan durum olarak 3 dakikalık lizizi belirledik. Lizis inkübasyon süreleri, her yeni numune türü için optimize edilmelidir.
Şekil 5: Mikroskopi ile çekirdek kalite kontrolü. Fare kemik iliğinden izole edilmiş çekirdeklerin (A) sağlam ve (B) hasarlı çekirdeklere sahip temsili parlak alan görüntüleri gösterilmiştir. Ölçek çubuğu 5 μm. Görüntüler, 40x ELWD NA 0.60 objektif ve 1.5x dijital zoom kullanılarak ters mikroskopla çekildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Bu çalışmada detaylandırılan her iki protokol de, hedeflenen hücrelerin veya çekirdeklerin yüksek verimli FACS cihazları ile saflaştırılmasına dayanır. Bu adım, nadir hücre alt kümelerinin heterojen süspansiyonlardan izole edileceği tek hücreli/çekirdek hazırlama protokolleri için çok önemlidir. Bunlarda, HSPC'lerin sınıflandırılması için burada gösterilen örnekte olduğu gibi, ilgilenilen hücre popülasyonu üzerinde "geçitlemeyi" etkinleştirmek için yüksek boyutlu bir akış sitometri paneli gerekebilir. Sıralama son derece hızlı ve doğrudur, bu da sıralanan hücre alt kümelerinin %95'in üzerinde saflığa yol açar. Bu yaklaşım, hücresel süspansiyonu 70 psi'ye kadar bir basınca maruz bırakır ve bu nedenle, hücre zarlarının yırtılmasına neden olabileceğinden, kırılgan hücrelerin (örneğin, dendritik hücreler, nötrofiller) sınıflandırılması için sınırlayıcı olabilir. Bu durumlarda, manyetik ayıklama, yeni nesil aletlerin uygulanması (örneğin, CellenOne, Cellenion; MACSQuant Tyto, Miltenyi)35,36 veya damlacık tabanlı sistemler (ör. ODIN, Sensific)37. Bununla birlikte, dakikalar yerine saatlerce süren hücre sıralaması ile bu teknolojilerin yavaş sıralama hızı, bu yaklaşımların Multiome ve büyük hücre sayılarının analizine dayanan diğer tek hücreli uygulamalar için canlı hücrelerin hazırlanmasında uygulanması için güçlü bir sınırlayıcı faktördür.
Dokudan izole edilen çekirdeklerin saflaştırılması için FACS, verimi ve izole edilen materyalin saflığı nedeniyle tercih edilen yöntemdir. Çekirdekler basınca duyarlı değildir ve filtrelenmiş doku izolatları hücre sıralayıcısı aracılığıyla kolayca saflaştırılabilir. Laboratuvarda bir FACS cihazı yoksa, biraz daha az verimli ancak yeterince iyi olan başka alternatifler de mevcuttur. Örnekler arasında ultrasantrifüjleme veya akustik dalgalar kullanarak parçacıkları boyut farklılıklarına göre ayıran MARS (Uygulamalı Hücre) gibi küçük ekipmanların kullanımı; Hücre/çekirdek süspansiyonlarının hidrofobik özelliklerini kullanan CURIOX laminer yıkayıcı; veya hücrelerin enkazdan ayrılması için fiziksel özelliklerine (levitasyon) dayanan LEVITAS bio.
Burada, çok sayıda çekirdek ve aşağı akış Multiome protokolü için en iyi saflığı elde etmek için protokolleri açıklıyoruz. FACS ayıklama ve tekrarlanan santrifüj adımları, ilk malzemenin önemli ölçüde kaybolmasına neden olur. Bu nedenle, burada tarif ettiğimiz beyinden çekirdek hazırlama protokolünde, FACS sıralamasından sonra en az 500.000 çekirdeğin toplanmasıyla sonuçlanacak kadar bol miktarda başlangıç materyali gerekir. Bu kriterin karşılanamaması durumunda alternatif protokoller uygulanmalıdır. Nadir hücre popülasyonları veya küçük doku bölümleri ile çalışırken, mevcut başlangıç materyali miktarı sınırlayıcı bir faktör olabilir. Bu sorunu çözmek için, (a) lizis hacmini azaltarak, (b) yıkama hacmini azaltarak, (c) düşük hücre girdili çekirdek izolasyonu için 10X Genomik protokollerinde belirtildiği gibi geri kazanımı iyileştirmeye çalışmak için uzatılmış santrifüj süresine sahip tek bir yıkama kullanarak çekirdek geri kazanımını iyileştirmek mümkündür. Düşük içerikli malzemenin multiomik analizi için, çok daha az girdi numunesi gerektiren scNMT, SNARE-seq ve Paired-seq38 gibi plaka tabanlı uygulamaları dikkate almaya değer.
Özetle, beyinden çekirdeklerin hazırlanması ve aşağı akış Multiom analizi için kemik iliği HSPC'leri için iki sağlam protokol tanımladık. Bu protokoller, sorulan bilimsel sorudan bağımsız olarak, bu iki doku türünden yüksek kaliteli tek çekirdekli süspansiyonlar gerektiren herhangi bir bilimsel projede uygulanabilir. Grubumuz, çeşitli hedeflenen genlerin inaktivasyonu üzerine beyin gelişimi çalışmalarında ve nörolojik hastalıklar bağlamında immün yanıt çalışmalarında beyin çekirdeği izolasyon protokolünü uygulamaktadır. Kemik iliği çekirdeği izolasyon protokolünü çeşitli hematopoietik alt popülasyonların immün sistemin oluşumuna katılımını deşifre etmek için kullanıyoruz.
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yok.
Ana Jeemin Choi, Pasteur - Paris Üniversitesi (PPU) Uluslararası Doktora Programı'ndan bir bursla desteklendi.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
18 G x 1 ½ (1.2 mm x 38 mm) Agani needles | Terumo | AN*1838S1 | |
15 mL tubes | Falcon | 352097 | |
5 mL round bottom FACS tube with cell strainer cap 35 µm | falcon | 352235 | |
50 mL tubes | Falcon | 352070 | |
7-AAD | BD pharmagen | 559925 | |
ACK Lysing Buffer | Gibco | A10492-01 | |
APC anti-mouse CD117 (c-Kit) | BioLegend | 105812 | Clone: 2B8 |
APC/Cyanine 7 anti-mouse CD16/32 (FcγR) | BioLegend | 101328 | Clone: 93 |
BD FACSAria III | BD Biosciences | non-applicable | |
BD FACSDiva Software v8.0.1 | BD Biosciences | non-applicable | |
Bovine Serum Albumin stock solution 10% | Miltenyi Biotec | 130-091-376 | |
Cell staining buffer | Biolegend | 420201 | |
CFI Suprplan Fluor ELWD 40XC ON 0.6 | Nikon | non-applicable | |
CMOS camera Prime 95B 25 mm | Photometrix | non-applicable | |
Countess II FL Automated Cell Counter | Invitrogen | AMQAF1000 | |
Countess cell counting chamber slide | Invitrogen | C10283 | |
Coverglass 24 mm x 24 mm 0.13-0.17 mm | Brand | BR470819 | |
Digitonine 5% | Invitrogen | BN2006 | |
Disposable Scalpels | Swann-Morton | 0508 | |
DMEM (1x) + GlutaMAX-I | Gibco | 31966-021 | |
DPBS (10x) | Gibco | 14200-067 | |
DTT | Sigma aldrich | 646563 | |
Epifluorescence inverted microscope Nikon Ti2 -E | Nikon | non-applicable | |
Eppendorf Safe-Lock Tubes 0.5 mL | Eppendorf | 30123603 | |
Ethanol 70% | VWR | 83801.290 | |
FITC anti-mouse CD34 | Invitrogen | 11-0341-85 | Clone: RAM34 |
Forceps for dissection | FST | 11152-10 | |
Heat-inactivated Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco | 11533387 | |
Dounce Homogeniser 2 mL | Bellco glass | 1984-10002 | Pestle “A” Large Clearance: .0030-.0050″ and Pestle “B” Small Clearance: .0005-.0025″ |
LIVE/DEAD fixable aqua dead cell stain kit | Invitrogen | L34957 | |
Magnesium chloride solution 1 M | Sigma aldrich | M1028 | |
Microcentrifuge | Eppendorf | 5424R | |
Mounting medium Fluoromount-G | invitrogen | 00-4958-02 | |
Nonidet P40 substitute | Sigma aldrich | 74385 | |
Nuclease free water | ThermoFischer | AM9932 | |
Nuclei buffer 20x | 10X Genomics | 2000153/2000207 | |
Nuclei isolation kit EZ prep | Sigma Aldrich | NUC-101 | |
OneComp eBeads compensation beads | Invitrogen | 01-1111-41 | |
Pacific Blue anti-mouse lineage cocktail (including anti-mouse CD3, Ly-6G/Ly-6C, CD11b, CD45R/B220, TER-119) | BioLegend | 133310 | Clones (in the same order as the antibodies listed): 17A2, RB6-8C5, M1/70, RA3-6B2, Ter-119 |
PCR Tube Strips 0.2 mL | Eppendorf | 951010022 | |
PE anti-mouse Ly-6A/E (Sca-1) | BioLegend | 122507 | Clone: E13-161.7 |
Petri dish 100 mm x 20 mm OPTILUX | Falcon | 353003 | |
Ply-L-lysine 0.01% sterile-filtered suitable for cell culture | Sigma | P4707 | |
Printed microscope slides 8 well 6 mm numbered | Epredia | ER-301B-CE24 | |
Protein LoBind Tubes 1.5 mL | Eppendorf | 30108116 | |
Recombinant Rnase inhibitor 5000 U | Takara | 2313A | |
Scissors for dissection | FST | 14090-09 | |
Sodium chloride solution 5 M | Sigma aldrich | 59222C | |
Syringe filters, PES, 0.2 µm | Fisher Scientific | 15206869 | |
Transparent nail polish | any | non-applicable | |
Trizma Hydrochloride solution pH 7.4 | Sigma aldrich | T2194 | |
Trypan Blue 0.4% | gibco | 15250061 | |
Tween 20 | Biorad | 1662404 | |
UltraPure Distilated Water Dnase/Rnase Free | Invitrogen | 10977-035 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiDaha Fazla Makale Keşfet
This article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır