يصف البروتوكول الحالي استخدام مقاطع مثبتة بالفورمالين ومدمجة بالبارافين من مناطق E13.5 وE15.5 الجمجمة الوجهية في أجنة الفئران لتحليل ملفات التعبير الجيني التفاضلية باستخدام النسخ المكاني.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
يصف البروتوكول الحالي استخدام مقاطع مثبتة بالفورمالين ومدمجة بالبارافين من مناطق E13.5 وE15.5 الجمجمة الوجهية في أجنة الفئران لتحليل ملفات التعبير الجيني التفاضلية باستخدام النسخ المكاني.
يتكون السن النامي من مجموعات خلاوية متنوعة ومتخصصة للغاية تعمل معا للحفاظ على الشكل والوظيفة الصحيحة. توضيح التفاعلات بين هذه الخلايا والبيئة الدقيقة المحيطة بها أمر حاسم لفهم الآليات التنظيمية الكامنة وراء تطور الأسنان الطبيعي. يمكن أن تؤدي الاضطرابات في هذه العمليات إلى اضطرابات خلقية مثل تعرق الأسنان، وتكوين الأسنان غير الكامل، وتكوين الأسنان غير الكامل. على الرغم من التقدم الكبير الذي حققته تسلسل الحمض النووي الريبي أحادي الخلية (scRNA-seq) في كشف التغاير الخلوي، إلا أنه لا يحافظ على السياق المكاني للخلايا داخل الأنسجة، مما يحد من القدرة على ربط التعبير الجيني ببنية الأنسجة. تعالج تقنيات النسخ المكاني هذا القيد من خلال دمج التحليل الجيني عالي الدقة مع الحفاظ على بنية الأنسجة الأصلية، مما يمكن من تحديد موقع التواقيع الجزيئية في الموقع . هنا، نصف بروتوكولا خطوة بخطوة لجمع وتثبيت ودمج البارافين في نسيج الجمجمة والوجه الجنيني المناسب لتطبيقات النسخ المكاني لاحقا. تفاصيل سير العمل تفصل وتعامل مع الأنسجة المثبتة بالفورمالين والمثبتة بالبارافين للحفاظ على سلامة الحمض النووي الريبي وشكل الأنسجة من أجل تحليل مكاني عالي الدقة. تتوافق هذه الطريقة مع منصات التسلسل والنسخ المكاني المعتمدة على الصور، مما يتيح التنميط المكاني القابل للتكرار لتكوين الأسنان المبكر في أجنة الفئران. يقدم هذا النهج رؤى قوية حول التنظيم المكاني والديناميكيات الوظيفية لهياكل الجمجمة والوجه في الحالات التطورية والمرضية، مما يوفر إطارا حيويا لربط الآليات الجزيئية بشكل الأنسجة.
يعتمد تطور الأسنان على تسلسل منسق للغاية من العمليات المورفوجينية خلال النمو الجنيني المبكر 1,2,3,4. على الرغم من تحديد العديد من الجينات الرئيسية ومسارات الإشارات من خلال الدراسات الجينية والتطورية، إلا أن فهمنا لكيفية تفاعل هذه العوامل لتشكيل الهياكل القمجمية والوجهية الفردية لا يزال محدودا. ومن الجدير بالذكر أنه حتى مع التقدم الكبير في ربط المتغيرات الجينية المحددة بكل من اضطرابات الأسنان المزدوجة وغير المتلازمة، لا تزال الآليات الجزيئية التفصيلية التي تقوم عليها التشكل الهيكلي النوعي غير محددة بالكامل 1,2,3,4. تستمر هذه الفجوة المعرفية في تحديد تقدم الاستراتيجيات العلاجية المستهدفة لتحسن الأسنان أو أي انحرافات أخرى في الأسنان.
مكن تسلسل mRNA أحادي الخلية (scRNA-seq) من اكتشاف أنواع خلايا لم تكن معروفة سابقا في الأنسجة السليمة والمصابة بمرضى، بالإضافة إلى تحديد أنواع فرعية متعددة من الخلايا بناء على ملفات تعبير جينية مميزة. ومع ذلك، نظرا لأن scRNA-seq يتطلب تفكيك الأنسجة إلى خلايا منفردة، فإن المعلومات حول الموقع المكاني الأصلي لكل خلية داخل النسيج تضيع. نتيجة لذلك، لا تلتقط هذه المجموعات كيف يتم ترتيب الخلايا بالنسبة لبنية الأنسجة 5,6,7. بالإضافة إلى ذلك، تعتمد التفاعلات المتوقعة بين الخلية على وجود تفاعلات مكملة للنسخ، لكنها لا تأخذ في الاعتبار المعلومات المكانية الفعلية، وهو أمر مهم لتحديد ما إذا كانت هذه التفاعلات تحدث في الجسم الحي 5,6,7.
تمكن تقنية النسخ المكاني من التحليل التفصيلي عالي الإنتاجية لتعبير الجينات مع الاحتفاظ بالمعلومات المكانية داخل أقسام الأنسجة 8,9. تقنيات النسخ المكاني إما تعتمد علىالتصوير 10,11,12 أو12,13 المعتمدة على التسلسل. تستخدم طرق النسخ المكاني المعتمدة على التصوير FISH لاكتشاف وقياس التعبير الجيني المستهدف بدقة مكانية خلوية أو تحت خلوية. على النقيض من ذلك، تلتقط التقنيات القائمة على التسلسل تعبيرا جينيا على مستوى النسخ المكتوب بدقة مكانية أقل. تستخدم النسخات المكانية القائمة على التسلسل استراتيجية لتحقيق دقة شبه خلية واحدة مع تغطية كاملة للنسخ (~20,000 جين)، تدعم تحليلات استكشافية غير متحيزة، بينما تستهدف النسخ المكاني المعتمد على الصور لوحات الجينات (حتى ~5,000 جين)، مما يمكن من تحليل دقيق قائم على الفرضيات لمسارات محددة وتفاعلات خلايا14.
التطورات التكنولوجية في علم النسخ المكاني الآن تمكن من تحليل تعبير الجينات ضمن بنية الأنسجة المحفوظة. تقدم سير العمل المدمج بالبارافين الثابت في الفورمالين (FFPE) والأنظمة المعتمدة على التشريح بالتبريد نهجا مكملا لعلم النسخ المكاني 15,16,17. يوفر FFPE حفظا متكاملا لبنية الأنسجة، مما يتيح رسم خرائط مكانية دقيقة لتعبير الجينات في الأنسجة المعقدة هيكليا مثل الأسنان النامية ورفوف الحنك. في دراستنا ودراسات أخرى، أسفر تثبيت وأرشفة FFPE عن بيانات نقل مكانية دقيقة وقابلة للتكرار18. تحافظ عمليات التجميد على سلامة الحمض النووي الريبي لكنها أكثر عرضة لتشوه الأنسجة18. لذلك، تم اختيار FFPE لهذه الدراسة. بينما يعتمد نجاح تسلسل الحمض النووي الريبي إلى حد كبير على الحفاظ على سلامة الحمض النووي الريبي العالي، يتطلب علم النسخ المكاني أيضا شكل أنسجة عالي الجودة لتحديد مواقع إشارات التعبير الجيني بدقة إلى ميزات نسيجية محددة.
هذا البروتوكول مناسب بشكل أفضل للأنسجة الجمجمية الجنينية للفئران التي تمتد عبر مراحل النمو المبكرة، حيث يعد الحفاظ على بنية الأنسجة الدقيقة أمرا بالغ الأهمية لتحليل النسخ المكاني. من المرجح أن يؤدي سير العمل بشكل غير مثالي في العينات المثبتة بشكل مفرط، أو كتل البارافين ذات التوجيه الخاطئ، أو الأنسجة التي تضعف سلامة الحمض النووي الريبي، مما قد يؤدي إلى انخفاض جودة الإشارة وفقدان الدقة المكانية. يشير التطبيق الناجح لهذه الطريقة إلى شكل الأنسجة السليم، وتشوه الحد الأدنى في المقطع، وإشارات النسخ المكتوبة القوية والمحلولة مكانيا التي تتماشى مع السمات النسيجية.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تمت الموافقة على جميع إجراءات الحيوانات من قبل المعاهد الوطنية للصحة، والمعهد الوطني لصحة الطفل وتنمية الإنسان لرعاية واستخدام الحيوانات (ACUC)، بموجب بروتوكول دراسة الحيوانات #21-031.
1. تحضير حيوانات تجريبية وجمع الأنسجة
2. تثبيت ومعالجة الأنسجة
3. معالجة أنسجة FFPE لعلم النسخ المكاني
4. النسخات المكانية القائمة على التسلسل
5. النسخات المكانية القائمة على الصور
ملاحظة: تم توفير20 شريحة من قبل الشركة المصنعة، كل منها يحتوي على منطقة مخصصة للتصوير (خطوط محددة) بقياس 12 مم × 24 مم، مع مساحة متاحة لوضع العينات حوالي 235 مم² (10.45 مم × 22.45 مم²).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
توضح هذه الطريقة معالجة رؤوس الأجنة الجرذية التي تم تشريحها حديثا لتوليد عينات FFPE من أنسجة الجمجمة والوجه، بما في ذلك السن النامي، والتي يمكن تقسيمها بسهولة بواسطة الميكروتوم مع الحفاظ على سلامة الحمض النووي الريبي (الشكل 1). تم تطبيق هذا البروتوكول بنجاح على رؤوس الأجنة في E13.5 (اليوم الجيني 13.5)، E15.5، وE16.5 لمناطق جمجمة الوجه عالية الدقة تعتمد على الصور (الشكل 2) والنسخ المكاني المعتمد على التسلسل (...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
في هذا العمل، نقدم بروتوكولا مفصلا لتحضير كتل FFPE لرؤوس الأجنة الفأرية المحسنة للاستخدام مع منصات تصوير RNA مكانية عالية الدقة، بما في ذلك النسخ المكاني المعتمد على التسلسل والتصوير. الهدف الرئيسي لهذا البروتوكول هو الحفاظ على شكل الأنسجة وسلامة الأحماض النووية عبر أقسام الرأس بالكامل، مع التركيز بشكل خاص على منطقة الجمجمة والوجه النامية. ضمان هذا المستوى من الحفظ أمر بالغ الأهمية لتحديد أنماط التعبير الجيني المكانية بدقة داخل بيئات معقدة متعددة الأنسجة، مثل الحنك المتطور وهياكل الأسنان...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
لا يوجد لدى المؤلفين تضارب مصالح للكشف عنها.
نشكر بصدق الدكتور سيرجي إل. ليكين، والدكتورة إيلينا ماكاريفا (قسم الكيمياء الحيوية الفيزيائية، NICHD/NIH)، والدكتور جيريمي أوليفر بينيا (قسم علم الأحياء الجزيئي للعظام والأسنان، NIDCR/NIH) على نصائحهم في تصميم التجارب والمساعدة الفنية. نشكر الدكتور إيبن جيمس، والدكتور فيفيك مهادفان (مركز الجينوم الجزيئي، NICHD/NIH) على تقديم المساعدة الفنية لعملية النسخ المكاني المعتمدة على التسلسل. نشكر الدكتور غوستاف ويغربلاد (فرع المناعة الذاتية الجهازية، المعهد الوطني لالتهاب المفاصل وأمراض الجهاز العضلي الهيكلي والجلدي، NIAMS/NIH) على تقديم المساعدة الفنية في النسخات المكانية المعتمدة على الصور. نشكر الدكتور مايكل كيلي والدكتور جاتيندر سينغ (منشأة تحليل الخلايا الأحادية CCR (SCAF)، NCI/NIH) على تقديم المساعدة الفنية لعملية النسخ المكاني المعتمدة على الصور. نشكر موظفي مرافق الحيوانات في NICHD على مساعدتهم في تربية الحيوانات وتربيةها. تم إنشاء الشكل 1 باستخدام BioRender.com.
المخطوطة الحالية مدعومة بأموال من NIH/NIDCR [منحة، 1RO1DE033520] إلى M.B. لم يكن للممولين أي دور في تصميم الدراسة، أو جمع البيانات وتحليلها، أو قرار النشر، أو إعداد المخطوطة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 1x PBS | ثيرمو فيشر | 10010023 | استخدام لأداء الغسلات أثناء سير العمل |
| أنابيب مخروطية بحجم 50 مل (أمبيون) خالية من الرينز | ثيرمو فيشر | AM12502 | الاستخدام لتخزين العينات في محاليل مختلفة |
| هزاز مداري متقدم | VWR | 6683-470 | استخدم لتحريك الأنسجة في محلول تثبيت أثناء الحضانة |
| الكحول، 70٪، فيشربراند، هيستوبريب | فيشر ساينتيفك | HC-1000-1GL | استخدامه لتنظيف وتعقيم جميع أماكن العمل |
| معالج الأنسجة التفريغ الآلي | لايكا بيوسيستمز | ASP300S | استخدامه لتنظيف العينات وتجفيفها وإعادة ترطيبها وتسريب الشمع |
| سمك زجاج الغطاء 1.5، 25 مم × 25 مم | كورنينغ | 2850-25 | الاستخدام لتركيب الشرائح في سير عمل Visium HD |
| مخزن داكو بلوينغ، جاهز للاستخدام | تقنيات أجيلانت | CS70230-2 | الاستخدام في H&. التلوين الإلكتروني |
| إيوسين-واي مع الفلوكسين | فيشر ساينتيفك | 22050198 | الاستخدام في H&. التلوين الإلكتروني |
| هيماتوكسيلين، مايرز، محلول مائي جاهز للاستخدام | تقنيات أجيلانت | S330930-2 | الاستخدام في H&. التلوين الإلكتروني |
| حمام الماء HistoCore | لايكا بيوسيستمز | HIS2326 | كان يستخدم تعويم الأقسام عند 40-43 درجة ودرجة مئوية؛ ج لإزالة التجاعيد من أقسام FFPE |
| متصفح Loupe 9.0.0 | 10X جينومكس، إنك. | الاستخدام لتحليل بيانات Visium HD | |
| شفرات منخفضة الملف القابلة للاستخدام مرة واحدة DB80LX | لايكا بيوسيستمز | 14035843496 | استخدم لقسم كتل FFPE |
| الفورمالين المحايد المخزن 10٪ | آذر ساينتفيك | NBF-4-G | استخدامه لإصلاح الأنسجة |
| محلول إزالة التلوث RNaseZap RNase | ثيرمو فيشر | AM9782 | استخدامه لتنظيف وإزالة RNase |
| الميكروتوم الدوار شبه الآلي | لايكا بيوسيستمز | RM2245 | استخدم قسم حجب FFPE كما هو مذكور في الإرشادات. |
| سخان منزلق مع غطاء | العرض الأول | XH2004 | الاستخدام لحضانة الشرائح عند درجات حرارة مختلفة |
| شرائح سوبرفروست بلس | فيشر ساينتيفك | 12-550-15 | استخدام تركيب أقسام لجهاز Vsium HD |
| شفرة جراحية رقم 11 | إنتيجرا ميلتكس | 4-311 | الاستخدام في تقويم أنسجة FFPE |
| البارابلاست الجراحي | لايكا بيوسيستمز | 39601006 | الاستخدام لإجراء تسريب الأنسجة وغرس الأنسجة |
| تيسيز كالتشر DISH 100X20مم 500/CS | فيشر ساينتيفك | 877222 | الاستخدام لجمع وتشريح العينات في 1x PBS |
| الجلسرول الفائق النقي | ثيرمو فيشر | 15514011 | الاستخدام لتركيب شرائح Visium HD على الزجاج الغطاء قبل CytAssist |
| فيسيوم سيتاسيست | 10X جينومكس، إنك. | PN-1000442 | الاستخدام في تجارب سير العمل في Visium HD |
| تسلسل الحمض النووي الريبي المكاني Visium HD | 10X جينومكس، إنك. | 1000676 | الاستخدام لإجراء تجارب النسخ المكاني |
| توطين الحمض النووي الريبي Xenium 5K في الموقع | 10X جينومكس، إنك. | PN-1000724 | الاستخدام لإجراء تجارب النسخ المكاني |
| محلل الزينيوم | 10X جينومكس، إنك. | PN-1000481 | استخدم تصوير الحمض النووي الريبي Xenium وXenium 5K |
| زينيوم إكسبلورر 4 | 10X جينومكس، إنك. | الاستخدام لتحليل بيانات الزينيوم | |
| تحديد موقع الحمض النووي الريبي للزينيوم في الموقع | 10X جينومكس، إنك. | 1000672 | الاستخدام لإجراء تجارب النسخ المكاني |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.