توفر هذه المقالة بروتوكولا مبسطا لتشريح وتفكك ظهارة الفئران الشمية لغرض تسلسل الحمض النووي الريبي أحادي النواة.
مقالة منهجية
توفر هذه المقالة بروتوكولا مبسطا لتشريح وتفكك ظهارة الفئران الشمية لغرض تسلسل الحمض النووي الريبي أحادي النواة.
ظهارة الفئران الشمية هي نقطة الدخول الأولية للنظام الشمي ، وتضم أنواعا مختلفة من الخلايا التي تشمل الخلايا العصبية الحسية الشمية ، وأسلافها المتجددة ، والخلايا الداعمة. تعمل الخلايا العصبية الحسية الشمية على تحويل الروائح الكيميائية إلى إشارات عصبية ، ومع ذلك فإن الآليات الكامنة وراء كيفية تطور هذه الخلايا وتدويرها ، وإنشاء نقاط الاشتباك العصبي مع البصلة الشمية ، وتنظيم مستقبلات الرائحة الخاصة بها تظل مجالات للدراسة المكثفة. تقع الظهارة الشمية على الجانب الظهري من تجويف الأنف ، وتتلتصق بالهياكل العظمية المعقدة المعروفة باسم القرف. يطرح هذا التشريح تحديات فريدة لاستخراجها وتفكيكها ، خاصة في سياق إعداد معلقات أحادية الخلية قابلة للحياة. نظرا لأن بروتوكولات التعليق أحادية الخلية غالبا ما تتضمن خطوات تحضيرية (على سبيل المثال ، تفكك غراء ، FACS) يمكن أن تؤكد على بقاء الخلية و / أو تؤخر إعداد المكتبة ، فإن تقليل وقت استخراج الأنسجة أمر بالغ الأهمية. تقدم هذه المقالة طريقة مبسطة للتشريح السريع للظهارة الشمية وبروتوكول لتوليد معلقات أحادية النواة عالية الجودة.
ظهارة الفئران الشمية (OE) هي عنصر أساسي في الجهاز الشمي وهي مسؤولة عن اكتشاف وتحويل إشارات الرائحة إلى الجهاز العصبي المركزي. تحتوي الطبقة الأكثر سطحية على أهداب الكشف عن الروائح للخلايا العصبية الحسية الشمية ، والتي يتم تغطيتها بطبقة من المخاط وتحيط بها الخلايا الداعمة للخلايا الماسية والميكروفيلار1،2. OSNs ثنائية القطب ، وتمتد أهدابها قمية لتشكيل شبكة داخل الطبقة المخاطية وأكواسها بشكل أساسي من خلال الصفيحة العظمية المصفوية لتتحد في الكبيبات داخل البصلة الشمية. هذه الكبيبات هي موقع نقاط الاشتباك العصبي بين OSNs والخلايا العصبية النهائية. OSNs الأساسية ، تقوم الخلايا السلفية العصبية التي تسمى الخلايا القاعدية الكروية بتجديد OSNs باستمرار لأنها تموت3 بعد التعرض المباشر للإهانات البيئية مثل السموم المحمولة جوا ومسببات الأمراض والصدمات الجسدية. تشتق الخلايا القاعدية الكروية من مجموعة احتياطية من الخلايا القاعدية الأفقية متعددة القدرات4،5 ، وتقع بشكل أساسي وتلتزم بالصفيحة القاعدية للنتوءات العظمية التي تسمى القرينات الأنفية. التوربينات الأنفية متعرجة ، مما يجعل من الصعب فصل OE وتجانسه. علاوة على ذلك ، فإن OE محاطة بعظام الجمجمة ، مما يجعل الوصول إلى المنطقة صعبا ويتطلب تقليديا إجراء يستغرق وقتا طويلا.
اعتمدت الدراسات السابقة على حضانة غراء ممتدة لإطلاق الظهارة الشمية من العظم6،7،8،9،10 ، والتي يمكن أن تؤخر المعالجة النهائية لمعلق الخلية الواحدة. نظرا لأن قص محاور OSN يؤدي إلى موت الخلايا المبرمج11 ، فإن تقليل مقدار الوقت من استخراج الأنسجة إلى إعداد مكتبة (كدنا) أمر ضروري. علاوة على ذلك ، فإن بنية OE وتوقعاتها على البصلة الشمية تعقد استخراج الخلايا السليمة من أجل تسلسل الحمض النووي الريبي أحادي الخلية الناجح. لحسن الحظ ، ظهر تسلسل الحمض النووي الريبي أحادي النواة (snRNA-seq) كأداة قوية لتنميط الخلايا مع الحفاظ على توزيع نوع الخلية ، لا سيما في الأنسجة التي يكون فيها تفكك الخلية المفردة صعبا أو غير عملي12،13.
في حين أن عددا من الدراسات6،7،8،10،14،15 قد أجرت تسلسل خلية واحدة لزراعة الفأر ، إلا أن أيا منها لا يقدم إجراء تشريح مفصل محسنا لجمع الأنسجة المتسقة والملائمة ، وهو أمر ضروري نظرا لهشاشة OE وتغليفها بعظام مختلفة من الجمجمة. بالإضافة إلى ذلك ، تركز أدلة التشريحالحالية 16 على الحفاظ على البنية التشريحية بدلا من السرعة ، مما يؤدي إلى أوقات تشريح طويلة محتملة. نظرا لأن تحضير الأنسجة الملائمة ضروري لتقليل تدهور الحمض النووي الريبي وتعظيم جودة النوىالمحضرة 17،18 ، فإن هناك ما يبرر بروتوكول محسن للتشريح السريع وتجانس OE للفئران في معلق أحادي النواة لاستخدامه في مختلف التطبيقات النهائية.
يقدم هذا البروتوكول (الشكل 1) طريقة مبسطة مصممة للتغلب على هذه التحديات ، مما يتيح التشريح السريع ل OE للفئران والتفكك الفعال للأنسجة لغرض عزل النوى. يسهل هذا النهج تسلسل نواة واحدة عاليالجودة 19 ، مما يوفر تقنية موثوقة للتحقيق في الأسس الجزيئية لبيولوجيا حاسة الشم.

الشكل 1: تشريح الغرز والعظام ذات الصلة بجمجمة الفأر C57BL / 6 والمقطع العرضي التمثيلي للظهارة الشمية. (أ) خيوط الجمجمة مرمزة بالألوان. يتم ترميز الغرز بالألوان على جانب واحد من الجمجمة ، بينما يترك الجانب الآخر بدون علامات للرجوع إليه (على اليسار). أسماء الغرز مرمزة بالألوان وفقا لذلك (يمين). (ب) عظام الجمجمة مرمزة بالألوان. يتم ترميز العظام بالألوان على جانب واحد من الجمجمة ، بينما يترك الجانب الآخر بدون علامات للرجوع إليها (على اليسار). أسماء العظام مرمزة بالألوان وفقا لذلك (يمين). (ج) المقطع العرضي للجزء المركزي من OE (تم تشريحه باستخدام الطريقة الموضحة في هذه المقالة) مع توربينات مرمزة بالألوان على جانب واحد والتركة فوقها غير مميزة للرجوع إليها (يسار). أسماء التوربينات المرئية (يمين). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تمت الموافقة على جميع التجارب على في هذه الدراسة وإجراء وفقا لكلية بايلور للطب IACUC. تم استخدام إناث الفئران C57BL / 6J (JAX: 000664). تفاصيل الكواشف والمعدات مدرجة في جدول المواد.
1. تشريح ظهارة حاسة الشم

الشكل 2: تقنية التشريح السريع للظهارة الشمية. (أ) رأس الفأر بعد إزالة الأنسجة الرخوة المحيطة. (ب) أدلة مرمزة بالألوان لشقوق قبو الجمجمة. (ج) المظهر بعد شقوق القبو القحفية. (د) إزالة نصف الكرة الأول من قبو الجمجمة مع جزء المدار المجاور للظهارة الشمونية. (ه) إزالة الجزء المقابل من قبو الجمجمة مع الدماغ. (و) الرأس بعد إزالة الدماغ وقبو القحفة. (ز) إزالة العظم الأمامي الأمامي والفك العلوي الخلفي ، بعد شق في خياطة الجبهي الومامية. (ح) إزالة عظام الأنف. (I) تسلط الهالات السوداء الضوء على مناطق عظم ما قبل الفك العلوي المتبقية التي يمكن إزالتها اختياريا. (ي) وضع ملقط لإزالة الظهارة الشمية السليمة. (ك) اسحب للخلف لتحرير الظهارة الشمية. (L) الإطلاق الكلي للظهارة الشمية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
2. تفكك الظهارة الشمية وعزل النواة المفردة

الشكل 3: تفكك الظهارة الشمية وسير عمل عزل النواة الواحدة. بعد التشريح ، يتم فصل الظهارة الشمية ميكانيكيا وكيميائيا. ثم يتم ترشيح المحللة من خلال مصفاة 70 ميكرومتر ، وشطفها ب 1x PBS ، وطردها بالطرد المركزي عند 500 × جم لمدة 5 دقائق. يتم تعليق الحبيبات في 1x PBS قبل تصفيتها من خلال مصفاة 30 ميكرومتر. يتوفر تعليق النوى الناتج لمختلف تطبيقات التسلسل النهائي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
لتوفير سياق تشريحي للتشريح والتحليل ، تم تصور الغرز والعظام في جمجمة الفأر C57BL / 6 ، بالإضافة إلى الجزء المركزي من الظهارة الشمية (OE) ، وترميزها بالألوان (الشكل 1). تم تعليق جانب واحد من كل صورة لتسليط الضوء على الغرز والعظام والتوربينات ذات الصلة ، بينما ترك الجانب الآخر بدون علامة للرجوع إليها. تم إعداد المقطع العرضي للمعدات الأصلية وفقا للبروتوكولاتالمعمول بها 20 ، واستند تحديد التوربينات إلى التوصيفات التشريحية السابقة21.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يتيح الإجراء الموصوف هنا الإزالة المتسقة ل OE سليم بعد نضح 1x PBS داخل القلب. يمثل هذا تحسنا ملحوظا في السرعة مقارنة بالطرق السابقة16 وهو ذو أهمية خاصة نظرا لأن OSNs تبدأ في التدهور بعد بضع المحورات2 ، والذي يحدث أثناء إزالة الدماغ.
تعد الإزالة الدقيقة للعظام الأمامية وقبل الفك العلوي والأنف أمرا بالغ الأهمية لاستخراج OE السليم بشكل متسق. بالإضافة إلى ذلك ، خلال الخطوة الأخيرة لإزالة OE باستخدام الملقط ، قد يظل ج...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
وأعلن المؤلفون أن هذا البحث أجري في غياب أي علاقات تجارية أو مالية يمكن تفسيرها على أنها تضارب محتمل في المصالح.
يود المؤلفون أن يعترفوا بجوهر الجينوم أحادي الخلية في كلية بايلور للطب. تم دعم هذا المشروع من قبل القياس الخلوي وجوهر فرز الخلايا في كلية بايلور للطب بتمويل من المعاهد الوطنية للصحة (P30 AI036211 و P30 CA125123 و SS10 RR024574) وبمساعدة الخبراء من Joel M. Sederstrom. تم تمويل هذا المشروع جزئيا من قبل المعاهد الوطنية للصحة / NICHD [P50HD103555] ، والمعاهد الوطنية للصحة / NINDS [5R01NS078294] ، والمعاهد الوطنية للصحة / NIA [5F30AG076265]. تم إنشاء الشكل 3 في BioRender. https://BioRender.com/5418352.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 15 مل أنبوب الطرد المركزي | سيلتريت | 229411 | |
| القراص العظام ؛ | أدوات العلوم الجميلة | 16102-11 | |
| مقص قزحية بون المصغر ؛ | ميلتكس | 18-1392 | |
| محلول الألبومين مصل البقر | سيجما ألدريتش | أ 1595 | |
| دومون # 3 ملقط ؛ | أدوات العلوم الجميلة | 11231-30 | |
| أنثى الفئران C57BL / 6J | مختبر جاكسون | جاكس: 000664 | |
| أنابيب gentleMACS C ؛ | ميلتيني بيوتيك | 130-093-237 | |
| gentleMACS أوكتو Dissociator | ميلتيني بيوتيك | 130-096-427 | |
| MACS SmartStrainers 30 um | ميلتيني بيوتيك | 130-098-458 | |
| MACS SmartStrainers 70 um | ميلتيني بيوتيك | 130-098-462 | |
| مايكرو فريدمان بيرسون رونجور | أدوات العلوم الجميلة | 16220-14 | |
| المخزن المؤقت لاستخراج النوى | ميلتيني بيوتيك | 130-128-024 | |
| محلول ملحي مخزن بالفوسفات (PBS) ، 1x بدون الكالسيوم والمغنيسيوم ، PH 7.4 ± ؛ 0.1 | كورنينج | 21-040-السيرة الذاتية | |
| مثبط الحمض النووي الريبي الحاقي | ميليبور سيجما | 3335402001 | |
| جهاز طرد مركزي مبرد Sorvall Legend XTR | ثيرمو ساينتفيك | 50119927-5 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن