The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
This translation into Norwegian was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages
1Buck Institute for Research on Aging, 2Department of Physiology & Biophysics, University of Washington
Flynn, J. M., Santana, L. F., Melov, S. Single Cell Transcriptional Profiling of Adult Mouse Cardiomyocytes. J. Vis. Exp. (58), e3302, doi:10.3791/3302 (2011).
Mens mange studier har undersøkt genuttrykk endringer fra homogenates hjerte vev, hindrer dette studere iboende stokastiske variasjonen mellom celler i en vev. Isolering av rene cardiomyocyte populasjoner gjennom en collagenase perfusjon av mus hjerter forenkler generasjonen av encellede microarrays for hele transkriptom genuttrykk, eller qPCR av spesifikke mål med nanofluidic arrays. Vi beskriver her en prosedyre for å undersøke enkelt celle genuttrykk profiler av cardiomyocytes isolert fra hjertet. Dette paradigmet gir mulighet for vurdering av beregninger av interesse som ikke er avhengig av gjennomsnittet (for eksempel avvik mellom celler i en vev) som ikke er mulig ved bruk av konvensjonelle hele vev arbeidsflyter for evaluering av genuttrykk (Figur 1). Vi har oppnådd solide forsterkning av encellede transkriptom gir mikrogram dobbelt strandet cDNA som forenkler bruken av mikromatriser på individual celler. I prosedyren beskriver vi bruk av NimbleGen arrays som var valgt for sin brukervennlighet og evne til å tilpasse sine design. Alternativt kan en omvendt transkriptase - lar bestemt mål forsterkning (RT-STA) reaksjon, for qPCR hundrevis av mål med nanofluidic PCR. Ved hjelp av en av disse metodene, er det mulig å undersøke variasjonen av uttrykk mellom celler, samt undersøke uttrykket profiler av sjeldne celletyper fra et vev. Samlet sett, gir enkelt celle genuttrykk tilnærming for generering av data som potensielt kan identifisere idiosynkratiske uttrykk profiler som er typisk gjennomsnitt ut når undersøke uttrykk av millioner av celler fra typiske homogenates generert fra hele vev.
1. Trinn 1 - Cardiomyocyte isolasjon
| Endelig Kons. | g / L | g/500 mL | 10x løsning g / L | |
| NaCl | 130 mm | 7.597 | 3.3 | 75.97 |
| KCl | 5 mm | 0.4 | 0.2 | 4.0 |
| Pyruvic syre | 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 |
| Dekstrose | 22 mm | 3,96 | 1,98 | 39,6 |
Fordøyelse Buffer A (Lag tre alikvoter av denne løsninger)
Fordøyelse Buffer B (Lag en av disse)
Innsamling Buffer (Lag en av disse)
Nøytralisering vaskebuffer (Lag en av disse)
** Avhengig av kilde og batch av collagenase kan enzymaktiviteten variere. Det kan være nødvendig å optimalisere mengden av enzym lagt til denne buffer for å unngå over-fordøyelsen.
2. Trinn 2 - Isolering av enkeltceller
3. Trinn 3A - Single celle qPCR genekspresjon
For å utføre qPCR på enkeltceller ansette en protokoll tilpasset fra en utviklet for enkelt celle genuttrykk ved Fluidigm Corporation for sine Biomark nanofluidic qPCR arrays (Fluidigm - Advance Development Protocol # 30) 3,4.
| Reagens | Volum i mL (per reaksjon) |
| CellsDirect 2x Reaction mix | 5.0 |
| Hevet III RT Plantinum Taq mix | 0.2 |
| RT-STA Primer mix (200 nM hver analyse) | 2.5 |
| Nukleasefritt Free H 2 O (eller 1x DNA suspensjon buffer) | 1.3 |
| Total | 9.0 |
3. Trinn 3B - Hele transkriptom forsterkning og microarray av enkeltceller
Utvinning og Amplification
Merking og NimbleGen Gene Expression Arrays
Hvis hjertet perfusjon fungerte bra det bør være en høy prosentandel av sunt hjerte celler som beholder sine typiske rektangulær morfologi på isolasjon. Hvis perfusjon ikke gå bra da blir det en stor andel av døde celler (se bilder i Figur 5). Hvis cellene er riktig forsterkes ved hjelp av enten WTA2 eller RT-STA metoder den sluttproduktene skal passere etterfølgende kvalitetskontroll tester for kvaliteten av mRNA prøver med NanoDrop og BioAnalyser (figur 6). For microarray arbeidsflyt, dette er fullført etter WTA forsterkning hvor mRNA er testet av både NanoDrop og Bioanalyzer. Representant positive resultater for denne analysen er vist i Figur 6. Den WTA2 prøvene skal vise en robust forsterkning med både NanoDrop spektrofotometer lesing, samt electropherogram avlesning fra Bioanalyzer (BA) chip (figur 6). En tabell av gener som var stabilt oppdaget via microarray av enkeltceller inngår som et eksempel (tabell S1). For qPCR prosessen, kan kvaliteten på data vurderes ved å utføre en smelte steg på slutten av PCR reaksjonen for å sikre at primer sett er forsterke ønsket produkt (figur 7). Hvis den er riktig, bør dette smelte trinnet generere en bestemt smelte peak. For å illustrere dette poenget, er en undergruppe av nanofluidic qPCR data vist i en heatmap av peak smelte temperature (Figur 8) 8. Det er mulig å vurdere kvaliteten av et PCR produkt av sin smelte temperatur for å sikre fravær av ikke-spesifikke produkter 5. Hver rad av dette kartet representerer en celleprøve (S1-S40) testet i 43 separate qPCR assays (A1-A43). I dette tallet er det klart at enkelte analysene er ganske variabel, og er trolig mindre pålitelige enn de mer stabile analyser med høyere PCR spesifisitet.

Figur 1. Oversikt over én celle isolasjon og genekspresjonsanalyse. Prosedyren vil demonstrere kirurgisk fjerning av mus hjertet og isolering av individuelle cardiomyocytes. Metodene diskutert i denne prosedyren omfatter metoder for enten qPCR eller microarray analyse etter hele transkriptom forsterkning (WTA). WTA prosedyre begynner med lysis (A) da bindingen av Sigma universelle primere (B) til mRNAbassenget. Utvidelsen av disse primere (C) og forsterkning (D) fase skape mikrogram forsterket materiale. Denne forsterkningen er da gjentas (E) for å generere nok materiale for microarray prosedyren.

Figur 2. Representasjon av plasseringen av snittene å fjerne hjertet fra musen. Skjær langs laterale veggen av brystkassen (A), deretter klippe langs underlegne margin på brystkassen (B). Cutting fartøy over og under hjertet tillater fjerning samtidig forlater nok av aorta til cannulate hjertet. Bilder tilpasset fra MJ Cook seks.

Figur 3. Diagram av thorax av musen. De stiplede linjene indikerer plasseringen av snittene (A) for excising hjertet fra brysthula uten å skade h Mullen Fire vev. Bilder tilpasset fra MJ Cook seks.

Figur 4. Bilde av aorta bue og dets grener. Den grå linjen viser den ideelle plasseringen av hvor du skal trimme hovedpulsåren (A). De resterende aorta festet til hjertet er cannulated slik at tuppen av kanylen (B) går til riktig nivå i aorta (C). Bilder tilpasset fra F. Gaillard 7.

Figur 5. Utvelgelse av enkeltceller for genekspresjonsanalyse. Hvert panel viser cardiomyocytes fotografert under lysmikroskop viser typisk morfologi cardiomyocytes. Sunn cardiomyocytes er merket med de grønne pilene. Celler som er døde eller døende er vist med røde piler. Disse døde cellene må ikke brukes i analysen.
iles/ftp_upload/3302/3302fig6.jpg "alt =" Figur 6 "/>
Figur 6. Kvalitetskontroll WTA resultater for enkelt celle forsterkning. (A) Bilde av en NanoDrop spektrofotometer avlesning som passer for den forsterkede karakterutskrifter fra WTA reaksjon. (B) Den avlesning fra BioAnalyzer chip viser resultater fra tre forsterket celler.

Figur 7.. QPCR forsterkning kurver (Venstre diagram) og peak smelte temperaturkurver (Høyre diagram). (A) Uttrykket resultater fra en kvalitet analysen er vist med en enkelt smelte peak tross for ulike forsterkning kurver. (B) Smelt kurver for en fattig primer sett, som har svært variabel smelte topper som ikke er ideelt for uttrykk analyse.

Figur 8. Kvalitetskontroll resultater for enkelt celle qPCR reagereioner. Denne varmen kartet ble opprettet for å vise smelte temperaturer som en fargeskala. Toppen smelte temperatur for hver qPCR analysen (A1-A43) er vist for 40 individuelle celler (S1-40). Analysene ble gruppert etter deres smelte temperatur. Ved å se nedover kolonnen for hver analyse er det mulig å se variasjonen smelte på tvers av alle prøvene. Dette tallet viser at noen qPCR analysene er svært spesifikke, mens andre er svært variabel og dermed er ikke egnet for enkelt celle analyse.
Tabell S1. Supplemental bordet av microarray data. Disse genene er oppført i henhold til robusthet hvor de er påvist i én cardiomyocytes over et større datasett. Dette genet Listen indikerer sensitivitet for deteksjon for en rekke gener som er typisk uttrykt i single cardiomyocytes.
Denne metoden har muligheten til å generere cardiomyocytes for en rekke funksjonelle samt genuttrykk studier. Undersøkelse av enkeltceller er et gryende område i genekspresjonsanalyse. Fordelen med å undersøke transcriptional nivåer på nivået av enkelt celle er at det tillater undersøkelse av en ren celle befolkning, som ikke er mulig fra hele vevspreparater. I tillegg gir enkelt celle analyse for undersøkelse av stokastiske variasjon av mRNA nivåer i individuelle celler for å definere celle populasjoner som tidligere ble antatt å være homogen 8,9. I tillegg til å identifisere gener som er potensielt stokastiske i sin genekspresjon 10,11,12, gjør at metoden også for identifisering av sjeldne celle populasjoner definert av sine genuttrykk profiler.
Selv om denne metoden gir en rekke spennende potensielle bruker i genekspresjonsanalyse, det er Some begrensninger og hensyn i bruken av enkeltceller. Den primære begrensning til enkelt celle analyse, er samlingen av nok celler i forsøket for å oppnå statistisk signifikans med hensyn til det metriske av interesse, for eksempel varians. I tilfeller der antall celler isolert fra vev i området er ikke en begrensning, kan man undersøke hundrevis av celler per gruppe, med tilnærminger som neste generasjons sekvensering, eller nanofluidic arrays. Men i noen tilfeller kan det være problemer med å skaffe tilstrekkelig celler fra vev av interesse. Dette kan delvis være forårsaket av idiosynkratiske tidkrevende prosedyrer for innsamling av målrettede celletype. Kan imidlertid nøye planlegging og forberedelse før du fortsetter med enkelt celle kolleksjon fortsatt tillate for strenge enkelt celle analyse med begrenset teknisk feil. Når undersøke resultatene må det vurderes, at selv om denne prosedyren for å isolere cellene har vært brukt i utallige studies (inkludert mikroskopi, elektrofysiologi, etc.), kan isolasjon selv potensielt effekt genuttrykk. Som med enhver metode som manipulerer biologiske prøver, bør resultatene av dine funn nøye kontrollert for å sikre den enkelt celle uttrykket er representativ for vevet selv og ikke teknisk bias. Metoder som in situ hybridisering kan vise seg nyttig å verifisere disse resultatene i intakt vev. Endelig er det avgjørende å sikre at data generert blir nøye sjekket for kvalitetskontroll. Dataene er vist i Figur 8 viser at qPCR analyser kan være svært robust i spesifisitet sine, som for eksempel analysen # 13 (A13) eller har en høy grad av variasjon som kan føre til tekniske varians som assay # 34 (A34).
Forfatterne ønsker å takke teknisk assistanse av C. Zambataro under filmingen av denne protokollen. Vi ønsker å takke for støtte av Glenn Foundation for Medical Research (SM), The Hillblom foundation, og National Institutes of Health for en Nathan Shock senter award (P30AG025708) og PO1AG025901. JMF ble støttet av T32AG000266 tildelt Buck Institute for Research on Aging.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| NaCl | Sigma-Aldrich | 71378 | |
| KCl | Sigma-Aldrich | 60128 | |
| Pyruvic Acid | Sigma-Aldrich | P4562 | |
| Hepes | Sigma-Aldrich | 54457 | |
| MgCl2 | Sigma-Aldrich | M1020 | |
| NaH2PO4 monobasic | Sigma-Aldrich | P9791 | |
| Dextrose | Sigma-Aldrich | G6721 | |
| NaOH | Sigma-Aldrich | 72068 | |
| EGTA | Sigma-Aldrich | O3777 | |
| CaCl2 | Sigma-Aldrich | 21115 | |
| Protease, Type XIV | Sigma-Aldrich | P5147 | |
| Collagenase, Type I | Worthington Biochemical | C9891 | |
| 1x DNA Suspension Buffer (10 mM Tris, pH 8.0, 0.1 mM EDTA) | TEKnova, Inc. | PN T0221 | |
| BSA | Sigma-Aldrich | B8667 | |
| Sodium Pentobarbital | Henry Schein | Contact supplier for ordering | *must be procured through a Veterinarian or lab animal professional |
| ExoSAP IT | Affymetrix | 78201 | |
| CellsDirect 2x Rxn Mix | Invitrogen | 11737-030 | |
| SuperScript III RT Platinum Taq Mix | Invitrogen | 10928-042 | |
| RT-STA Primer Mix | IDT | Custom | |
| Nuclease Free water | Sigma-Aldrich | W4502 | |
| WTA2 | Sigma-Aldrich | WTA2-50rxn | |
| Qiaquick PCR purification kit | Qiagen | 28104 | |
| Qiacube | Qiagen | 9001292 | |
| NanoDrop Spectrophotometer | NanoDrop | 2000c | |
| BioAnalyzer DNA 7500 kit | Agilent Technologies | 7500 kit | |
| One Color Labeling kit | Roche Group | 5223555001 | |
| Mus Musculus 12x135k array | Roche Group | 5543797001 | |
| GenePix 4200A Scanner | Molecular Devices | 4200A | |
| TransPlex Complete Whole Transcriptome Amplification Kit (WTA2 Kit) | Sigma-Aldrich | WTA2-50RXN |
As a retired physicist your site best exemplfies the exponential growth of technology-for useful and benefical purposes! Of course duality applies and the potential for misuse cannot be overestimated ! Envy greed and ego are primitive impulses :)
1
ReplyPosted by: Frank LipskyDecember 31, 2011, 12:09 AM