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 Dutch 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).
Terwijl talrijke studies hebben onderzocht genexpressie verandert van homogenaten van hartweefsel, dit voorkomt dat het bestuderen van de inherente stochastische variatie tussen cellen in een weefsel. Isolatie van pure cardiomyocyte de bevolking door middel van een collagenase perfusie van de muis harten vergemakkelijkt de generatie van de cel-microarrays voor hele transcriptoom genexpressie, of qPCR van specifieke doelen met behulp van nanofluidic arrays. We beschrijven hier een procedure om enkele cel genexpressie profielen van cardiomyocyten geïsoleerd uit het hart te onderzoeken. Dit paradigma kan voor de evaluatie van de statistieken van belang die niet afhankelijk zijn van het gemiddelde (bijvoorbeeld variantie tussen de cellen binnen een weefsel), wat niet mogelijk is wanneer met behulp van conventionele hele weefsel workflows voor de evaluatie van genexpressie (figuur 1). We hebben bereikt robuuste versterking van de interne cel transcriptoom waardoor microgram dubbelstrengs cDNA dat het gebruik van microarrays op i vergemakkelijktNDIVIDUELE cellen. In de procedure beschrijven we het gebruik van NimbleGen arrays die werden geselecteerd voor hun gebruiksgemak en de mogelijkheid om hun ontwerp aan te passen. U kunt ook een reverse-transcriptase - specifieke doelamplificatie (RT-STA) reactie, zorgt voor qPCR van honderden doelstellingen door nanofluidic PCR. Met behulp van een van deze benaderingen, is het mogelijk te onderzoeken of het variabiliteit van expressie tussen de cellen, evenals onderzoeken expressie profielen van zeldzame celtypen vanuit een tissue. Algemeen, de enkele cel genexpressie aanpak zorgt voor het genereren van gegevens die mogelijk kunnen identificeren eigenzinnige expressie profielen die typisch zijn gemiddeld bij het onderzoek van de expressie van miljoenen cellen van de typische homogenaten gegenereerd op basis van hele weefsels.
1. Stap 1 - Cardiomyocyte isolatie
| Final Conc. | g / L | g/500 ml | 10x oplossing g / L | |
| NaCl | 130 mM | 7.597 | 3.3 | 75,97 |
| KCl | 5 mM | 0.4 | 0.2 | 4.0 |
| Pyrodruivenzuur | 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 |
| Dextrose | 22 mM | 3,96 | 1,98 | 39,6 |
Spijsvertering Buffer A (Maak drie monsters van deze oplossingen)
Spijsvertering Buffer B (Maak een van deze)
Collectie Buffer (Maak een van deze)
Neutralisatie Wash Buffer (Maak een van deze)
** Afhankelijk van de bron en de partij van collagenase, kan de enzymactiviteit variëren. Het kan nodig zijn om de hoeveelheid enzym toegevoegd aan deze buffer tot ruim-vergisting te voorkomen dat te optimaliseren.
2. Stap 2 - Isolatie van individuele cellen
3. Stap 3A - Single cell qPCR genexpressie
Voor het uitvoeren van qPCR op enkele cellen maken gebruik van een protocol overgenomen uit een ontwikkeld voor enkele cel genexpressie door Fluidigm Corporation voor hun biomarkers nanofluidic qPCR arrays (Fluidigm - Advance Development Protocol # 30) 3,4.
| Reagens | Volume in pi (per reactie) |
| CellsDirect 2x Reactie mix | 5.0 |
| SuperScript III RT Plantinum Taq mix | 0.2 |
| RT-STA Primer mix (200 nM elk assay) | 2.5 |
| Nuclease Gratis H 2 O (of 1x DNA suspensie buffer) | 1.3 |
| Totaal | 9.0 |
3. Stap 3B - Hele transcriptoom versterking en microarray van enkele cellen
Extractie en Versterking
Etikettering en NimbleGen Gene Expression Arrays
Als het hart perfusie werkte goed er moet een hoog percentage gezond hart cellen die hun typische rechthoekige morfologie behouden op isolatie worden. Als de doorbloeding niet goed verloopt dan zal er een groot percentage van de dode cellen (zie afbeeldingen in figuur 5) zijn. Als de cellen juist versterkt met behulp van de WTA2 of RT-STA methoden den de eindproducten moet passeren de daaropvolgende kwaliteitscontroles voor de kwaliteit van mRNA monsters door NanoDrop en BioAnalyser (figuur 6). Voor de microarray workflow, wordt deze voltooid na WTA versterking waarbij het mRNA wordt getest door zowel NanoDrop en Bioanalyzer. Vertegenwoordiger van positieve resultaten voor deze analyse zijn weergegeven in figuur 6. De WTA2 monsters moet blijken een robuuste versterking van zowel de NanoDrop spectrofotometer te lezen, evenals de electropherogram uitlezen van de Bioanalyzer (BA) chip (Figuur 6). Een tabel van de genen die stabiel werden ontdekt via microarray van enkele cellen is opgenomen als een voorbeeld (tabel S1). Voor de qPCR proces, kan de kwaliteit van de gegevens worden beoordeeld door het uitvoeren van een smelt stap aan het einde van de PCR-reactie om ervoor te zorgen dat de primer sets het gewenste product (figuur 7) versterken. Indien correct, moet dit smelten stap genereert een specifieke smelten piek. Ter illustratie van dit punt, is een subset van nanofluidic qPCR gegevens weergegeven in een heatmap van de piek smelten temperature (figuur 8) 8. Het is mogelijk om de kwaliteit van een PCR-product door de smelttemperatuur te beoordelen op het ontbreken van niet-specifieke producten 5 te garanderen. Elke rij van deze kaart vertegenwoordigt een cel monster (S1-S40) getest in 43 afzonderlijke qPCR assays (A1-A43). In deze figuur is het duidelijk dat sommige assays zijn nogal variabel en zijn waarschijnlijk minder betrouwbaar dan de meer stabiele testen met een hogere PCR specificiteit.

Figuur 1. Overzicht van de enkele cel isolatie en genexpressie analyse. De procedure zal tonen de chirurgische verwijdering van de muis het hart en de isolatie van de individuele hartspiercellen. De methoden besproken in deze procedure zijn de methoden voor zowel qPCR of microarray analyse na volledige transcriptoom amplificatie (WTA). De WTA-procedure begint met het lysis (A), dan de binding van Sigma's universele primers (B) op de mRNAzwembad. De uitbreiding van deze primers (C) en de versterking (D) fase maken microgram versterkt materiaal. Deze versterking wordt vervolgens herhaald (E) om voldoende materiaal voor de microarray procedure te genereren.

Figuur 2. Vertegenwoordiging van de locatie van de incisies om het hart te verwijderen van de muis. Snijd langs de laterale wand van de ribbenkast (A) en snijd langs de onderste rand van de ribbenkast (B). Het snijden van de schepen boven en onder het hart zorgen voor het verwijderen en toch laat genoeg van de aorta naar het hart canule. Afbeeldingen aangepast van MJ Cook 6.

Figuur 3. Schematische voorstelling van de thorax van de muis. De gestippelde lijnen geven de locaties van de incisies (A) voor weg te snijden het hart van de borstholte, zonder beschadiging van de h eart weefsel. Afbeeldingen aangepast van MJ Cook 6.

Figuur 4. Afbeelding van de aortaboog en haar takken. De grijze lijn geeft de ideale locatie van waar de aorta (A) trim. De resterende aorta bevestigd aan het hart is canule, zodat het uiteinde van de canule (B) gaat naar het juiste niveau binnen de aorta (C). Afbeeldingen aangepast van F. Gaillard 7.

Figuur 5. Selectie van enkele cellen voor genexpressie analyse. Elk paneel toont cardiomyocyten afgebeeld onder de lichtmicroscoop met typische morfologie van de hartspiercellen. Gezonde cardiomyocyten zijn aangegeven met de groene pijlen. Cellen die dood of stervend worden weergegeven met rode pijlen. Deze dode cellen mogen niet worden gebruikt in de analyse.
iles/ftp_upload/3302/3302fig6.jpg "alt =" Afbeelding 6 "/>
Figuur 6. Kwaliteitscontrole WTA resultaten voor de enkele cel versterking. (A) Afbeelding van een spectrofotometer NanoDrop uitlezing die geschikt is voor de versterkte transcripties van de WTA reactie. (B) Het uitlezen van de chip BioAnalyzer toont de resultaten van drie versterkt cellen.

Figuur 7. QPCR versterking bochten (links grafiek) en piek smelttemperatuur curves (rechts grafiek). (A) De uitdrukking het gevolg is van een kwaliteit assay worden weergegeven met een enkele smelt piek ondanks verschillende versterking curves. (B) Smelt curves voor een slechte primer set, die zeer variabel smelten pieken die niet ideaal is voor expressie analyse.

Figuur 8. Kwaliteitscontrole resultaten voor de enkele cel qPCR reagerenionen. Deze warmte kaart is gemaakt om de smelt temperaturen als een kleurenschaal weer te geven. De piek smelttemperatuur voor elke qPCR assay (A1-A43) is getoond voor 40 individuele cellen (S1-40). De testen werden gegroepeerd volgens hun smelttemperatuur. Door te kijken naar de kolom voor elke assay is het mogelijk om de variatie te zien smelten in alle monsters. Dit cijfer toont aan dat sommige qPCR assays zijn zeer specifiek terwijl anderen zijn zeer variabel en zijn dus niet geschikt voor single cell analyse.
Tabel S1. Aanvullende tabel van microarray data. Deze genen worden opgesomd volgens de robuustheid waarin ze zijn aangetroffen in enkele cardiomyocyten over een groot dataset. Dit gen lijst geeft de gevoeligheid van de detectie van een aantal genen die normaal gesproken worden uitgedrukt in een cardiomyocyten.
Deze methode heeft de mogelijkheid om cardiomyocyten voor een aantal functionele en genexpressie studies te genereren. Het onderzoek van enkele cellen is een snel groeiende gebied in genexpressie analyse. Het voordeel van het onderzoek transcriptionele niveau op het niveau van de enkele cel is dat het onderzoek van een zuivere celpopulatie, wat niet mogelijk is van hele weefselpreparaten mogelijk maakt. Bovendien, single cell analyse maakt voor het onderzoek van stochastische variatie van mRNA niveaus in individuele cellen te celpopulaties die voorheen gedacht werd dat ze homogeen 8,9 definiëren. In aanvulling op het identificeren van genen die mogelijk in hun stochastische genexpressie 10,11,12, de methode maakt het ook mogelijk voor de identificatie van zeldzame celpopulaties gedefinieerd door hun genexpressie profielen.
Hoewel deze methode biedt een aantal interessante mogelijke toepassingen in de analyse van genexpressie, zijn er some bedenkingen en overwegingen bij het gebruik van enkele cellen. De belangrijkste beperking aan single cell analyse, is de verzameling van voldoende cellen in het experiment om statistische significantie te bereiken met betrekking tot de metriek van belang, bijvoorbeeld variantie. In gevallen waarin het aantal cellen geïsoleerd uit het weefsel van belang is geen beperking, kan men nagaan honderden cellen per groep, met behulp van benaderingen, zoals next-generation sequencing, of nanofluidic arrays. Echter, in sommige gevallen, kan er moeilijk bij het verkrijgen van voldoende cellen uit het weefsel van belang. Dit kan voor een deel veroorzaakt worden door eigenzinnige tijdrovende procedures voor de verzameling van de beoogde celtype. Kunnen echter een zorgvuldige planning en voorbereiding voordat u verdergaat met enkele cel collectie nog steeds zorgen voor strenge single cell analyse met een beperkte technische fout. Bij het onderzoek van de resultaten moet worden aangenomen, dat, hoewel deze procedure voor het isoleren van cellen is gebruikt in tal van Studies (waaronder microscopie, elektrofysiologie, enz.), kan de isolatie zelf mogelijk effect genexpressie. Zoals bij elke methode waarin de biologische monsters manipuleert, moeten de resultaten van uw bevindingen zorgvuldig worden gevalideerd om ervoor te zorgen de enkele cel expressie representatief is voor het weefsel zelf en niet van technische aard bias. Methoden, zoals in situ hybridisatie kan nuttig zijn om deze resultaten te verifiëren in de intact weefsel. Ten slotte is het essentieel om ervoor te zorgen dat de geproduceerde gegevens zorgvuldig wordt gecontroleerd op kwaliteit te controleren. De gegevens in figuur 8 laat zien dat qPCR assays kunnen zeer robuust zijn in hun specificiteit, zoals de test # 13 (A13) of hebben een hoge mate van variabiliteit die kan leiden tot technische variantie zoals de test # 34 (A34).
De auteurs willen graag de technische bijstand van de C. Zambataro te erkennen tijdens de opnames van dit protocol. Wij dankbaar erkennen de steun van de Glenn Stichting voor Medisch Onderzoek (SM), De Hillblom stichting, en de National Institutes of Health voor een Nathan Shock Center award (P30AG025708) en PO1AG025901. JMF werd ondersteund door T32AG000266 toegekend aan het Buck Instituut voor Onderzoek 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