Methodenartikel

Steigende cDNA Erträge aus Einzel-Zell-Mengen von mRNA in Standard Laboratory Reverse-Transkriptase-Reaktionen mit Acoustic Microstreaming

DOI:

10.3791/3144

11. Juli 2011

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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Wir beschreiben ein neuartiges Verfahren zur Erhöhung der cDNA-Ausbeute von Single-Cell-Mengen von mRNA in sonst üblichen Labor reverse Transkription Reaktionen. Die Neuheit besteht in der Verwendung von einem Mikromischer, die das Phänomen der akustischen Microstreaming nutzt, um Flüssigkeiten bei Mikroliter Skalen effektiver Mix als Schütteln, Vortexen oder Verreibung.

Zusammenfassung

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Die Korrelation der Genexpression mit Zellverhalten ist ideal an den Single-Cell-Ebene getan. Dies ist jedoch nicht leicht zu erreichen, weil die geringe Menge an labile mRNA in einer einzigen Zelle (1-5% der 1-50pg Gesamt-RNA oder 0,01-2.5pg mRNA, pro Zelle 1) meist abbaut, bevor sie transkribiert werden rückgängig machen kann in eine stabile cDNA-Kopie. Zum Beispiel unter Verwendung von Standard-Labor Reagenzien und Hardware können nur eine kleine Anzahl von Genen qualitativ pro Zelle 2 bewertet. Eine Möglichkeit, die Effizienz der Standard-Labor-Reverse-Transkriptase (RT)-Reaktionen (zB Standard-Reagenzien in mikrolitergroßen) mit Single-Cell-Mengen von mRNA zu erhöhen wäre, schneller zu mischen Reagenzien, so dass die mRNA in cDNA umgewandelt werden können, bevor es abgebaut wird. Dies ist jedoch nicht trivial, weil bei Mikroliter Flüssigkeit Skalen Strömung laminar, dh derzeit verfügbaren Methoden der Durchmischung (dh Zittern, Vortexen und Verreibung) nicht genügend chaotische Bewegung effektiv Reagenzien zu produzieren. Um dieses Problem zu lösen, haben Mikro-Maßstab Mischtechniken verwendet 3,4 sein. Eine Reihe von mikrofluidischen-basierte Misch-Technologien entwickelt worden, die erfolgreich erhöhen RT Reaktionsausbeuten 5-8. Allerdings erfordern Mikrofluidik-Technologien spezialisierte Hardware, die relativ teuer und noch nicht allgemein verfügbar ist. Eine billigere, bequemere Lösung ist wünschenswert. Das Hauptziel dieser Studie ist es zu demonstrieren, wie Einsatz eines neuartigen "Mikrovermischung" Technik, um Standard-Labor-RT-Reaktionen mit Single-Cell-Mengen von mRNA signifikant erhöht ihre cDNA ergibt. Wir finden cDNA Erträge um etwa 10 bis 100-fache, die ermöglicht zu erhöhen: (1) eine größere Anzahl von Genen pro Zelle analysiert werden, (2) mehr quantitative Analyse der Genexpression, und (3) eine bessere Erkennung von Low-Fülle Gene in einzelnen Zellen. Die Mikrovermischung auf akustische Microstreaming 9-12, ein Phänomen, wo die Schallwellen ausbreiten um ein kleines Hindernis zu schaffen eine mittlere Strömung in der Nähe des Hindernisses auf. Wir haben eine akustische Microstreaming-basierten Gerät ("Mikromischer") mit einer Schlüssellänge Vereinfachung entwickelt, akustische Microstreaming kann bei Audio-Frequenzen, indem sichergestellt wird das System über einen Flüssigkeits-Luft-Schnittstelle mit einem kleinen Krümmungsradius 13 erreicht werden. Der Meniskus einer Mikroliter Volumen der Lösung in einer Röhre bietet eine entsprechend kleinen Krümmungsradius. Die Verwendung von Audio-Frequenzen bedeutet, dass die Hardware kann kostengünstig und vielseitig 13 und Nukleinsäuren und anderen biochemischen Reagenzien dürfen nicht beschädigt sein, wie sie mit Standard-Labor sonicators werden kann.

Protokoll

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1. Mikrovermischung RT Reaction

  1. Vor der Durchführung einer RT-Reaktion mit Mikrovermischung, bringen die Mikromischer auf die gewünschte Temperatur der RT-Reaktion.
    1. Legen Sie die Mikromischer in einem 37 ° C (oder die Temperatur durch die RT Lieferant empfohlen) Inkubator für mindestens 1 Stunde vor Beginn der RT-Reaktion.
  2. Richten Sie die RT-Mix nach dem Reverse-Transkriptase-Lieferanten (zB MMTV-RT von Promega, Omniscript von Qiagen) Anweisungen, außer Nutzung Single-Cell-Mengen-Eingang Gesamt-RNA (z. B. 0.1-1pg/μl), anstelle der ng-pg Beträge, die Lieferanten zu empfehlen.
    1. Wir verwenden Standard-sterile, Nuklease-freies 200 ul dünnwandigen PCR-Gefäße.
  3. Position RT Rohre sicher in den Mikromischer, sobald sie bereit sind für das Mischen sind. Die Mikromischer sollte innerhalb der 37 ° C Inkubator für die Dauer der RT-Reaktion bleiben.
  4. Wählen Sie die gewünschte Frequenz und Amplitude Mikrovermischung. In diesem Beispiel verwenden wir 150Hz.
  5. Schalten Sie den Mikromischer auf und lassen Sie es für die gesamte Dauer der RT-Reaktion (60 Minuten).
  6. Schalten Sie den Mikromischer aus und nehmen Sie die RT Rohre aus, wenn die RT-Reaktion abgeschlossen ist.
  7. Legen Sie die RT Röhrchen auf Eis, und fahren wie gewohnt mit weiteren Anwendungen wie quantitative Polymerase-Kettenreaktion (qPCR oder real-time PCR).

2. Repräsentative Ergebnisse:

Der Vorteil der Mikrovermischung im Rahmen der RT-Reaktionen ist eine Erhöhung der cDNA Ausbeute bezogen auf, wenn andere Mischverfahren (zB Zittern, Vortexen oder Verreibung) verwendet werden. Dies zeigt sich zum Beispiel bei der anschließenden Analyse der cDNA mittels quantitativer Polymerase-Kettenreaktion (qPCR oder real-time PCR) werden. Abbildung 2A zeigt die Auswirkungen der Mikrovermischung für die ersten 5 Minuten (blau, "micromixed5") oder den gesamten 60 Minuten (rot, "micromixed60"), verglichen mit Verreibung der RT-Reaktion unmittelbar vor der RT Inkubation (schwarz, "Verreiben" ). In diesem Fall wird die Lautstärke des vorangegangenen RT-Reaktion wurde 25 &mgr; l, und es enthielt 2.5pg von Gesamt-RNA. qPCR Spuren unter Verwendung der Primer entwickelt, um cDNA repräsentiert Nurr-1 mRNA erkennen sind oben gezeigt, und die Mittelwerte ± SEM der Anzahl der Zyklen bis 50% maximale Fluoreszenz in 3 Wiederholungen desselben Experiments zu erreichen sind nachfolgend dargestellt. Das Sternchen bedeutet einen statistisch signifikanten Unterschied (one-way ANOVA mit Tukey multiple Vergleiche). Beachten Sie, dass Mikrovermischung für die ersten 5 Minuten des vorangegangenen RT-Reaktion eine nicht-signifikante Verbesserung gegenüber Verreibung hergestellt, während Mikrovermischung für den gesamten 60 Minuten der vorhergehenden RT-Reaktion zu einer signifikanten Verbesserung gegenüber Verreibung, deren Größe entsprach etwa 15 qPCR Zyklen im Durchschnitt.

Der Vorteil der Mikrovermischung kann auch in Schmelzkurvenanalyse der nachfolgenden qPCR erhaltenen Produkte gesehen werden. In dem Experiment in Abbildung 2B dargestellt, Mikrovermischung für den gesamten 60 Minuten der vorhergehenden RT-Reaktion führte zu einer konsequenten qPCR-Signal in zwei Proben (Abbildung 2Ba, 2 rote Spuren), während Mikrovermischung für die ersten 5 Minuten oder Verreibung nur produziert inkonsistent qPCR Spuren (Abbildung 2Ba, 2 blaue Spuren und 2 schwarzen Spuren, jeweils). Der graue Spuren sind negative Kontrollen ("neg."), In der cDNA aus der qPCR-Reaktion wurde nach links. Wenn die qPCR Produkten aus diesem Experiment wurden denaturiert durch Rampen ihre Temperatur (dh Schmelzkurvenanalyse) war es offensichtlich, dass geeignete PCR-Produkte (dh ein Amplikon derjenigen identisch ist, erhält man, wenn viel höhere Konzentrationen des mRNA revers transkribiert wurden und durch qPCR amplifiziert wurde, Daten nicht gezeigt) waren nur folgende RT Reaktionen, die für 60 Minuten (Abbildung 2Bb, 2 rote Spuren) war micromixed. Alle anderen (dh micromixed5, Zerreiben und negative Kontrollen) generiert alternative Amplikon Produkte (zB Primer-Dimere).

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Abbildung 1. Fließschema des Protokolls für die Anwendung Mikrovermischung Standard-Labor-RT-Reaktionen. Genauere Beschreibungen des physikalischen Prinzips beteiligt, die Mikromischer und wie eine in-house Mikromischer bauen in Verweise 13,14 zur Verfügung gestellt

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Abbildung 2. Representative qPCR-Daten, welche die Vorteile der Mikrovermischung zu vorangegangenen RT-Reaktionen mit Single-Cell-Mengen von mRNA in sonst üblichen Labor-RT-Reaktionen eingesetzt. Ein Beispiel qPCR Spuren erkennen cDNA repräsentiert mRNA codiert Nurr-1-Gen. Die vorstehenden RT Reaktionen enthielten 2.5pg von Gesamt-RNA in einem Volumen von 25 &mgr; l und wurden in einem Brutschrank bei 37 ° C für 60 Minuten durchgeführt. RT-Reaktionen wurden durch Verreiben der R gemischtT-Mix vor der Inkubation (schwarz Spuren ", Verreibung"), während der ersten 5 Minuten der RT-Reaktion (blau Spuren ", micromixed5") micromixed oder micromixed für den gesamten 60 Minuten der RT-Reaktion (rot Spuren ", micromixed60" ). Mittelwert ± SEM der Anzahl der qPCR-Zyklen erforderlich, um 50% maximale Fluoreszenz zu erreichen sind nachfolgend für n = 3 dargestellt Wiederholungen dieses Experiments. Asterisk zeigt einen signifikanten Unterschied (one-way ANOVA mit Tukey multiple Vergleiche). B Ein weiterer qPCR Experiment untersucht Nurr-1 cDNA-Produkt, diesmal nach RT-Reaktionen, die 25pg von Gesamt-RNA in einem Volumen von 25 &mgr; l. qPCR Spuren (a) sowie Schmelzkurvenanalyse der qPCR Produkten erhalten (b) sind für die verschiedenen Misch-Bedingungen gezeigt. Negative Kontrollen, in denen keine cDNA in den vorangegangenen RT-Reaktion enthalten war sind ebenfalls enthalten (graue Spuren ", neg."). RT-Reaktionen mit sehr viel höheren Konzentrationen von mRNA wurden ebenfalls durchgeführt und produziert Schmelzkurve Peaks (Daten nicht gezeigt) identisch mit denen in (b) für micromixed60 (rote Kurven) Proben.

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Diskussion

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Die Methode der Anwendung von Mikrovermischung Standard-Labor-RT hier beschriebenen Reaktionen kann natürlich beinhalten mRNA geerntet über einen beliebigen Methode (zB Zell-Lyse-, Laser-Mikrodissektion). Es kann auch eine beliebige Marken oder Typen von RT-Reagenzien, bei jeder Temperatur (innerhalb der Toleranz von den Materialien der Mikromischer) und einen beliebigen Zeitraum. Zum Beispiel haben wir eine verbesserte cDNA Erträge aus RT-Reaktionen mit random Hexamer oder Oligo-dT-Primer beobachtet. Es könnte auch auf...

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Offenlegungen

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Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Danksagungen

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Diese Studie wurde von der National Health and Medical Research Council of Australia (Projekt Grant No. 6288480) und der Scobie und Clare MacKinnon Trust unterstützt.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Name des Reagenzes Firma Katalog-Nummer Kommentare (optional)
Gesamt-RNA wurde aus schockgefroren akut vorbereitet erwachsenen Maus Mittelhirn Scheiben isoliert
PicoPure RNA Isolation Kit Arcturus, CA, USA KIT0204 Das Kit ist ab sofort bei Applied Biosystems
DNA-freie DNase Behandlung und Beseitigung Reagenzien Ambion AM1906M
Zufällige Hexamer Primer Promega C1181
AMV-RT Promega M5101
dNTP Set Promega U1240
RNasin Ribonuclease Inhibitor Promega N2111
Nuklease-freies Wasser Promega P1193
SYBR Green PCR Master Mix Applied Biosystem 4309155
HPRT forward (20mer): CTT TGC TGA CCT GCT GGA TT
HPRT reverse (20mer): TAT GTC CCC CGT TGA CTG AT
Nurr1 forward (23mer): CAG CTC CGA TTT CTT AAC TCC AG
Nurr1 reverse (23mer): GGT GAG GTC CAT GCT AAA CTT GA
NanoDrop 1000 Spektralphotometer. Thermo Scientific
Corbett Rotor Gene RG-6000 Corbett Life Science Corbett Life Science wurde von QIAGEN im Juli 2008 erworben

Referenzen

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  1. Livesey, F. J. Brief Funct Genomic Proteomic. 2 (1), 31-31 (2003).
  2. Aumann, T. D., Gantois, I., Egan, K. Exp Neurol. 213 (2), 419-419 (2008).
  3. Ottino, J. M., Wiggins, S. Philos Transact A Math Phys Eng Sci. 362 (1818), 923-923 (2004).
  4. Losey, M. W., Jackman, R. J., Firebaugh, S. L. J Microelectromech. Syst. 11, 709-709 (2002).
  5. Bontoux, N., Dauphinot, L., Vitalis, T. Lab Chip. 8 (3), 443-443 (2008).
  6. Marcus, J. S., Anderson, W. F., Quake, S. R. Anal Chem. 78 (9), 3084-3084 (2006).
  7. Marcus, J. S., Anderson, W. F., Quake, S. R. Anal Chem. 78 (3), 956-956 (2006).
  8. Warren, L., Bryder, D., Weissman, I. L. Proc Natl Acad Sci U S A. 103 (47), 17807-17807 (2006).
  9. Jiao, Z. J., Huang, X. Y. Microfluidics Nanofluidics. 6, 847-847 (2009).
  10. Ahmed, D., Xiaole, M., Juluri, B. K. Microfluidics Nanofluidics. 7, 727-727 (2009).
  11. Paxton, W. F., O'Hara, M. J., Peper, S. M. Anal Chem. 80, 4070-4070 (2008).
  12. Autom, L. ab 11, 399-399 (2006).
  13. Petkovic-Duran, K., Manasseh, R., Zhu, Y. 47 (4), 827-827 (2009).
  14. Boon, W. C., Petkovic-Duran, K., White, K. 50 (2), 116-116 (2011).
  15. Liu, R. H., Lenigk, R., Druyor-Sanchez, R. L. Anal Chem. 75 (8), 1911-1911 (1911).
  16. Riley, N. Ann Rev Fluid Mech. 33, 43-43 (2001).
  17. Whitehill, J., Neild, A., Ng, T. W. Applied Physics Letters. 96 (5), 053501-053501 (2010).

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Schlagwörter

Acoustic MicrostreamingReverse Transcriptase ReactionsSingle cell mRNAcDNA YieldsMicromixing TechniqueQuantitative PCRMicrofluidic MixingLaboratory ReagentsRNA DegradationGene Expression Analysis

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