我们描述了一种方法, 从胚胎, 新生儿和产后胰腺的内分泌细胞分离, 其次是单细胞 RNA 测序。这种方法可以分析胰腺内分泌谱系的发展, 细胞异质性和 transcriptomic 动力学。
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我们描述了一种方法, 从胚胎, 新生儿和产后胰腺的内分泌细胞分离, 其次是单细胞 RNA 测序。这种方法可以分析胰腺内分泌谱系的发展, 细胞异质性和 transcriptomic 动力学。
胰腺内分泌细胞聚集在胰岛, 调节血糖稳定性和能量代谢。胰岛细胞的不同类型, 包括胰岛素分泌β细胞, 在胚胎阶段与常见的内分泌祖先分化。未成熟的内分泌细胞通过细胞增殖和成熟在长时间的产后发育期内扩张。然而, 这些进程所依据的机制并没有明确界定。单细胞 RNA 测序是一种很有希望的方法来表征不同的细胞种群和追踪细胞谱系分化途径。在这里, 我们描述了从胚胎, 新生儿和产后胰腺分离的胰β细胞单细胞 RNA 序列的方法。
胰腺是哺乳动物重要的代谢器官。胰腺由内分泌和外分泌的隔间组成。胰腺内分泌细胞, 包括产生胰岛素的β细胞和胰高血糖素生成α细胞, 聚集在胰岛并协调调节系统葡萄糖稳态。内分泌细胞功能失调导致糖尿病, 这已成为世界上一个重要的公共卫生问题。
胰腺内分泌细胞在胚胎发生1期间由 Ngn3+祖祖先衍生。后期, 在围产期, 内分泌细胞增殖形成未成熟的胰岛。这些不成熟的细胞继续发展, 逐渐成为成熟的胰岛, 这成为丰富的血管化调节血糖动态平衡在成人2。
虽然已经确定了一组转录因子来调节β细胞分化, 但β细胞的精确成熟途径还不清楚。此外, β细胞的成熟过程也涉及到细胞数量扩展3,4和细胞异质性的生成5,6。然而, 这些过程的监管机制还没有得到很好的研究。
单细胞 RNA 测序是一种强有力的方法, 可以分析细胞亚群和跟踪细胞谱系发展途径7。利用这一技术, 在胰岛发育过程中发生的关键事件可以在单细胞8级破译出来。在单细胞 RNA 测序协议中, Smart-seq2 允许生成全长 cDNA, 提高灵敏度和准确度, 并使用标准试剂降低成本9。Smart-seq2 大约需要两天时间来构建一个用于序列10的 cDNA 文库。
在这里, 我们提出了一种方法, 从胎儿胰腺的荧光标记β细胞分离到成年 Ins1-RFP 转基因小鼠11, 使用荧光活化细胞分类 (资产管制署), 并在 transcriptomic 分析的性能单细胞水平, 使用 Smart-seq2 技术 (图 1)。该协议可推广到所有胰腺内分泌细胞类型在正常、病理和衰老状态下的 transcriptomes 分析。
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这里所描述的所有方法都已获得北京大学机构动物护理和使用委员会 (IACUC) 的批准。
1. 胰腺隔离
2. 胶原酶消化和胰岛分离
3. 胰组织或胰岛的胰蛋白酶消化
4. 单细胞裂解
5. 单细胞 cDNA 扩增
6. cDNA 文库建设
7. DNA 测序
8. 生物信息学分析
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胰腺从胚胎, 新生儿和产后小鼠 (图 2A 和2B) 进行解剖。对于18岁以上的小鼠, 消化作用取决于灌注程度;因此, 注射是胰岛隔离的最重要步骤 (图 2C-2E和表 6)。在这一步中, 尽可能多地注射胶原酶来填充胰腺。完全膨胀的胰腺如图 2D所示。如果灌注不成功 (图 2E), 但样本是珍贵的, 胰腺可以被撕成小块, 以充分消化后。
灌注后, 胰腺组织被消化成小块释放胰岛 (图 2F)。为了缩短细胞的分类时间, 我们提...
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在本协议中, 我们展示了一种有效且易于使用的方法来研究胰β细胞的单细胞表达谱。该方法可用于分离胚胎、新生儿和产后胰腺的内分泌细胞, 并进行单细胞 transcriptomic 分析。
最关键的步骤是在良好的条件下隔离单个β细胞。充分灌注胰腺对后续消化反应较好。灌注不足, 通常发生在背胰, 将导致低胰岛产量。灌注后, 消化时间和晃动强度需要特别注意。过度消化, 由于长时间的潜伏期和剧烈的震动, 可以打破小岛成碎片。消化不足不会完全将胰岛与相邻组织分开。胰岛消化后, 通过手工采摘而不是密度梯度离心纯化。虽然密度梯度离心可以丰富胰岛, 许多小胰岛或胰岛连接腺泡组织被错误丢弃。尽量避免采摘腺泡组织, 这可能导致无效的胰蛋白酶消化和降低β细胞的纯度。
独立的生物复制是区分生物变异和批效应的必要条件。如果两种生物复制在 PCA 中具有相似的模式, 并且在聚类结果中包括类似的子群, 则这些样本可能揭示可靠的生物变异性。否则, 需要额外的生物复制来确认结果。对于胰腺等代谢器官, 与生物钟24相关...
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作者没有什么可透露的。
我们感谢国家蛋白质科学中心, 北京 (北京大学) 和北京-清华生命科学计算平台中心。这项工作得到中国科学技术部 (2015CB942800)、中国国家自然科学基金 (31521004、31471358和 31522036) 的支持, 并由北京-清华大学生命科学中心向 C. R.X. 提供资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 胶原酶 P | 罗氏 | 11213873001 | |
| 胰蛋白酶-EDTA (0.25 %),酚红 | 赛默飞世尔科技 | 25200114 | |
| 胎牛血清 (FBS) | 海克隆 | SH30071.03 | |
| 杜蒙 #4 镊子 | Roboz | RS-4904 | |
| 杜蒙 #5 镊子 | Roboz | RS-5058 | |
| 30 克 BD 针 1/2"长度 | BD | 305106 | |
| 体视显微镜 | 蔡司 | Stemi DV4 | |
| 立体荧光显微镜 | 蔡司 | 立体 Lumar V12 | |
| 离心机 | Eppendorf | 5810R | |
| 离心机 | Eppendorf | 5424R | |
| 聚苯乙烯圆底管,带细胞过滤器盖 | BD-Falcon | 352235 | |
| 96孔PCR微孔板 | Axygen | PCR-96-C | |
| 硅胶密封垫 | Axygen | AM-96-PCR-RD | |
| 薄孔PCR管 | Extragene | P-02X8-CF | |
| 细胞分选仪 | BD Biosciences | BD FACSAria | |
| 毛细管移液器 | Sutter | B100-58-10 | |
| RNaseZap | Ambion | AM9780 | |
| ERCC RNA 加标混合物 | Life Technologies | 4456740 | |
| 蒸馏水 | Gibco | 10977 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T9284 | |
| dNTP 混合物 | New England Biolabs | N0447 | |
| 重组 RNase 抑制剂 | Takara | 2313 | |
| Superscript II 逆转录酶 | Invitrogen | 18064-014 | |
| 第一链缓冲液 (5x) | Invitrogen | 18064-014 | |
| DTT | Invitrogen | 18064-014 | |
| 甜菜碱 | Sigma-Aldrich | 107-43-7 | |
| MgCl2 | Sigma-Aldrich | 7786-30-3 | |
| 无核酸酶水 | Invitrogen | AM9932 | |
| KAPA HiFi 热启动预混液 (2x) | KAPA Biosystems | KK2601 | |
| VAHTS DNA Clean Beads XP beads | Vazyme | N411-03 | |
| Qubit dsDNA HS 检测试剂盒 | Invitrogen | Q32854 | |
| AceQ qPCR SYBR Green 预混液 | Vazyme | Q121-02 | |
| TruePrep DNA 文库制备试剂盒 V2,用于 Illumina | Vazyme | TD502 | 包括 5x TTBL、5x TTE、5x TS、5x TAB、TAE |
| TruePrep Index Kit v3 for Illumina | Vazyme | TD203 | 包括 16 个 N6XX 和 24 个 N8XX |
| 高灵敏度 NGS 片段分析试剂盒 | Advanced Analytical Technologies | DNF-474 | |
| 1x HBSS,不含 Ca2+ 和 mg2+ | 138 毫米氯化钠;5.34 毫米 KCl 4.17 毫米 NaHCO< sub>3;0.34 mM Na2HPO4 0.44 mM KH2PO4 | ||
| 隔离缓冲液 | 1 次;HBSS 含有 10 mM HEPES、1 mM MgCl2、5 mM 葡萄糖、pH 7.4 | ||
| FACS 缓冲液 | 1 次;HBSS 含有 15 mM HEPES、5.6 mM 葡萄糖、1% FBS,pH 7.4 | ||
| NaCl | Sigma-Aldrich | S5886 | |
| KCl | Sigma-Aldrich | P9541 | |
| NaHCO3 | >Sigma-Aldrich | S6297 | |
| Na2HPO4 | >Sigma-Aldrich | S5136 | |
| KH2PO4 | Sigma-Aldrich | P5655 | |
| D-(+)-葡萄糖 | Sigma-Aldrich | G5767 | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H4034 | |
| MgCl2 | Sigma-Aldrich | M2393 | |
| Oligo-dT30VN 引物 | 5'-AAGCAGTGGTATCAA CGCAGAGTACT30VN-3'TSO | ||
| 5'-AAGCAGTGGTATCAAC GCAGAGTACATrGrG+G-3'ISPCR | |||
| 引物 | 5'-AAGCAGTGGTAT CAACGCAGAGT-3' | ||
| Gapdh正向引物 | 5'-ATGGTGAAGGTC GGTGTGAAC-3' | ||
| Gapdh 反向引物 | 5'-GCCTTGACT GTGCCGTTGAAT-3' | ||
| Ins2 正向引物 | 5'-TGGCTTCTTC TACACACCCA-3' | ||
| Ins2 反向引物 | 5'-TCTAGTTGCA GTAGTTCTCCA-3' |
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