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Validación de Worm-to-CT como método de preparación de cDNA
Para probar si el protocolo worm-to-CT es un método de extracción cDNA válido, se comparó con los métodos estándar de extracción de guanidium tiocyanato-fenol-cloroformo. Los resultados se muestran en la Figura 3, donde cDNA se preparó a partir de un promedio de ~ 1,000 gusanos utilizando técnicas estándar de extracción de guanidium tiocyanato-fenol-cloroformo22 y de 30 gusanos utilizando el método worm-to-CT. Las muestras fueron impactadas por calor simultáneamente (30 min a 34 °C). A nivel mundial, los niveles de expresión de hsp-70 mRNA por cada 100 ng de ARN total eran comparables utilizando ambos métodos. Sin embargo, en el caso de la expresión hsp-70 más alta (es decir, en N2 después de un choque térmico) los niveles de expresión eran más altos con el método de gusano a TC, lo que indica una sensibilidad mejorada.
Para determinar si se podía reproducir una disminución esperada de la expresión hsp en hsf-1(sy441)23, se pudo reproducir una mutación en el regulador transcripcional principal de los chaperones moleculares23,24, , se pudo reproducir la inducción de chaperona transcripcional después de un breve choque térmico. Con ambos métodos se detectó una disminución de la inducción hsp-70 en animales hsf-1(sy441). Esto era esperado, porque los animales mutantes hsf-1(sy441) exhiben una disminución de la capacidad de inducir chaperones debido a un truncamiento en el dominio de transactivación de HSF-1. En el for guanidium tiocyanato-fenol-cloroformo extracción hsp70 disminuyó en un 82,7% en comparación con los controles y 92,3% para gusano a TC en comparación con animales de tipo salvaje (Figura 3). Los resultados fueron comparables entre ambos métodos y comparables a los informes anteriores23. Estos resultados indican que el método worm-to-CT es una alternativa válida a las técnicas estándar de síntesis de cDNA.
Validación de la plataforma PCR nanofluídica utilizada para amplificar los objetivos de ARNm
Para probar la consistencia de los resultados utilizando qPCR nanofluídico para la amplificación de transcripción, los resultados de PCR obtenidos del método a granel worm-to-CT se compararon tanto en un sistema qPCR estándar(Tabla de Materiales)como en un sistema qPCR nanofluídico utilizando un chip multi-matriz. El cambio de pliegue en la expresión de tres genes diferentes, sma-3 (Figura 4A), sma-10 (Figura 4B), y dnj-26, fue monitoreado (Figura 4C) en animales que llevan un alelo nulo en dbl-1 (dbl-1(nk3))25 en comparación con contrapartes de tiposalvaje. Dbl-1 codifica el único ligando de la vía de señalización de proteína morfogenética ósea (BMP). sma-3 y sma-10 son genes que codifican ortoólogos SMAD, componentes clave de la cascada de señalización BMP. Dnj-26 codifica una chaperona molecular, un objetivo de la señalización BMP. Estos resultados muestran poca o ninguna diferencia en el cambio de pliegue comparando los resultados de los dos métodos, lo que resulta en valores P no significativos en 0.3113, 0.2635 y 0.3481 para sma-3, sma-10y dnj-26,respectivamente. En conjunto, estos resultados muestran que el método worm-to-CT aplicado a las muestras a granel es una manera eficiente y rápida de extraer ARN de pocos gusanos y proporciona datos confiables cuando se combina con sistemas PCR estándar o plataformas qPCR basadas en nanofluidics de alto rendimiento.
Comparación entre los niveles de expresión obtenidos por muestras a granel con promedios obtenidos de gusanos individuales
Los niveles de expresión relativa se calcularon utilizando cDNA obtenido a partir de muestras masivas (25 gusanos) o a partir de un promedio de 36 muestras de gusano único (Figura 5). Ambos CDA se obtuvieron utilizando el método Worm-to-CT y se amplificaron utilizando la tecnología PCR nanofluídica. Como se observa en la Figura 5A–C, para todos los acompañantes probados (es decir, hsp16.1, F44E5.4, hsp-70),los métodos detectaron niveles de expresión comparables. Estos resultados indican que los parámetros obtenidos de gusanos individuales son fiables.
Aplicación de worm-to-CT acoplada a la tecnología de nanofluídica para estimar los parámetros de expresión génica de un solo gusano
Debido a que el chip de matriz única permite la supervisión de hasta 96 transcripciones de destino en 96 muestras individuales, por lo tanto, es adecuado para monitorear la variabilidad individual en la expresión de transcripción entre gusanos individuales. La Figura 6A presenta un resultado representativo que muestra la expresión media de múltiples transcripciones hsp de gusanos individuales después de un choque térmico corto. Como se observa en la figura, la variabilidad en la expresión de transcripciones difirió dramáticamente entre diferentes genes (Figura 6A). Para obtener más información, el coeficiente de variación (CV) se calculó dividiendo la desviación estándar por la media de los niveles de expresión26 (Figura 6B). Se supervisaron tres genes cuyos valores de CV han sido previamente estimados por métodos alternativos (datos inéditos). Dos transcripciones estables(ife-1 y Y45F10D.4)y una variable(nlp-2927)mostraron su variabilidad esperada. El gráfico también muestra claramente la conocida relación inversa entre los valores de variabilidad y los niveles de expresión26 (Figura 6B).
Las réplicas técnicas son de suma importancia para garantizar la reproducibilidad al utilizar muestras a granel. Sin embargo, este no es necesariamente el caso de los experimentos de una sola célula14,15,28. Para determinar si el uso de réplicas técnicas es necesario para la estimación de parámetros al utilizar muestras de un solo gusano, se cosecharon 28 gusanos individuales, tras un breve choque térmico, y se procesaron utilizando triplicados técnicos. Se compararon los valores cv calculados a partir de datos de un solo gusano obtenidos en triplicato (puntos azules en la Figura 7,CV técnico) en comparación con los de cada transcripción obtenida de gusanos individuales (puntos rojos en la Figura 7,variabilidad biológica). Por cada transcripción probada, los CV técnicos eran inferiores a los CV biológicos, lo que indica que no se requerían triplicatos técnicos para la estimación de parámetros. El hecho de que no se requieran réplicas técnicas aumenta el rendimiento del experimento sin comprometer la calidad.

Figura 1: Descripción general del Protocolo de gusano a TC.
Esta figura muestra una breve descripción general de los diferentes pasos necesarios para ejecutar gusanos a través del protocolo worm-to-CT. Se muestran dos métodos opcionales para el paso de transcripción inversa; estos son métodos intercambiables para cualquier tipo de chip. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Visión general de la preparación y funcionamiento del qPCR nanofluídico.
Esta figura representa los preparativos para ejecutar el sistema qPCR nanofluídico utilizando un chip multi-matriz y un chip de una sola matriz. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: El protocolo de gusano a TC en muestras masivas proporcionó resultados fiables.
Comparación del protocolo de gusano a TC con la extracción regular de guanidium tiocyanato-fenol-cloroformo22 en muestras a granel. En consonancia con los hallazgos anteriores, en hsf-1(sy441)mutantes23, los niveles de transcripciones hsp en respuesta a choque de calor disminuyeron. Los histogramas anteriores representan la inducción de hsp-70 en ausencia de (-), o después (+) un choque térmico corto de 30 min a 34 °C. El cDNA se obtuvo utilizando la extracción de guanidium tiocyanato-fenol-cloroformo aplicada a 1.000 gusanos (izquierda) o utilizando el método de gusano a TC aplicado a 30 gusanos agrupados (derecha). Se compararon los niveles de expresión de hsp-70 por 100 ng de ARN total obtenido por cada método. Como era de esperar, en hsf-1(sy441) la inducción transcripcional de hsp-70 en respuesta al choque térmico disminuyó significativamente en un 82,7% utilizando guanidium tiocyanato-fenol-cloroformo y en un 92,3% utilizando el método worm-to-CT. Los niveles de ARNM de los genes objetivo se normalizaron contra el promedio de los tres genes de limpieza cdc-42, pmp-3y ire-1. Cada punto representa una réplica biológica. Los datos se transformaron para su análisis estadístico, ya que no cumplían los convenios necesarios para el análisis paramétrico. El análisis estadístico se realizó utilizando un ANOVA unidireccional RM utilizando la prueba de comparaciones múltiples de Sidak. Tipo salvaje = N2, hsf-1 = hsf-1(sy441). Las barras denotan el error estándar de la media. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Los patrones de expresión eran consistentes entre los sistemas qPCR estándar y qPCR nanofluídicos.
(A) El nivel de expresión de ARNm-3 (A), sma-10 (B) o dnj-26 (C) se determinó a través de qPCR regular y qPCR nanofluídico (chip multi-matriz) a partir de tres réplicas biológicas de cDNA generadas a través de Gusano a TC de la cepa de tipo salvaje (N2) y la cepa knockout dbl-1(nk3) 25. Se determinaron niveles relativos de expresión de ARNm para cada cepa utilizando el método Delta-Ct21. El cambio de pliegue se determinó dividiendo los niveles de expresión obtenidos en gusanos dbl-1(nk3) por los niveles de ARNM correspondientes en la cepa N2. Como se muestra en el panel A,los patrones eran consistentes para ambos métodos en cada réplica biológica individual. (B) y (C) son los mismos que (A) para los niveles de sma-10 y dnj-26 mRNA, respectivamente. Los niveles objetivo de ARNm se normalizaron con los genes de limpieza cdc-42 y pmp-3. Se calculó un análisis estadístico para cada gen utilizando una prueba en T emparejada comparando los resultados de las tres réplicas biológicas producidas a través de qPCR estándar y las generadas a través de qPCR nanofluídico. Los valores P de estas comparaciones fueron 0,3113, 0,2635 y 0,3481 para sma-3, sma-10y dnj-26,respectivamente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: El uso del método de gusano a TC en muestras masivas o en gusanos individuales proporcionó niveles de expresión similares cuando se normalizó por gusano.
Los niveles de expresión de (A) hsp-16.1/11, (B) F44E5.4, y (C) hsp-70 (C12C8.1) fueron analizados en animales adultos jóvenes en ausencia de choque térmico ya sea mediante la realización de gusano a TC en una mayor parte de 25 animales, o en 36 individuos individuales. Cuando los datos se normalizaron por gusano, no hubo ninguna diferencia significativa entre los niveles obtenidos por gusano para cada transcripción utilizando ambos métodos. Los niveles de ARNM de los genes objetivo se normalizaron con respecto a la media de los tres genes de limpieza cdc-42, pmp-3y ire-1. Las barras representan el error estándar de la media. Estadísticas = t-test emparejado. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6: Rt-qPCR de alto rendimiento en gusanos individuales que utilizan el método worm-to-CT podría monitorear la variabilidad inter-individual en la expresión génica.
(A) Los niveles medios de expresión de 53 transcripciones obtenidas tras la exposición a un choque térmico corto (30 min a 34 °C). Las cajas representan la distribución de la expresión media de ARNm de gusanos individuales (se utilizó un promedio de tres réplicas técnicas por gusano individual). Los puntos representan niveles de expresión en 28 gusanos individuales. Los niveles de ARNM de los genes objetivo se normalizaron con respecto a la media de los tres genes de limpieza cdc-42, pmp-3y ire-1. (B) El coeficiente de variación26 (CV) en función de la expresión media de ARNm para 53 transcripciones después de la exposición a un choque térmico corto se calculó a partir de 28 animales individuales (datos sin procesar que se muestran en el panel B). El conjunto de transcripciones incluye la transcripción variable nlp-29 27 y dos transcripciones estables(ife-1 y Y45F10D.4; datos inéditos). El CV es la relación de la desviación estándar con la media. Este CV se utilizó para estimar la variabilidad inter-individual en la expresión de transcripción entre gusanos individuales. Como era de esperar, la variabilidad inter-individual se escaló con niveles de expresión media disminuidos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 7: Las réplicas técnicas no eran necesarias al analizar la variabilidad inter-individual en la expresión génica utilizando un chip nanofluídico.
Los datos presentados en este gráfico se obtuvieron en 28 gusanos individuales después de un choque térmico corto (30 min a 34 °C). Cada punto rojo representa el coeficiente de variación (CV) de los niveles medios de expresión de transcripción para una transcripción tal como se indica entre 28 gusanos individuales (bio CV). Cada punto azul representa el CV de los niveles de expresión entre tres réplicas técnicas obtenidas de un solo gusano, según la transcripción a la que se dice (CV técnico). Este gráfico muestra que la variabilidad técnica (entre las réplicas técnicas) era mucho menor que la variabilidad biológica (entre gusanos individuales), lo que sugiere que no es necesario realizar réplicas técnicas en una matriz de expresión génica nanofluídica al ensayo de la expresión génica en gusanos individuales, de forma similar a los estudios unicelulares14,15,28. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Tabla 1: Planifique el diseño de un chip de varias matrices. La tabla anterior muestra un diseño simple que se puede utilizar al planear una ejecución de chip de varias matrices. A la izquierda están los espacios que deben llenarse con los objetivos de primer de interés y a la derecha son espacios que deben llenarse con las muestras de interés. Cada ensayo y matriz de muestras se empareja en cuanto a números a través del chip. Haga clic aquí para descargar esta tabla.
Tabla 2: Planifique el diseño de un chip de matriz única. La tabla anterior muestra un diseño simple que se puede utilizar al planear una ejecución de chip de una sola matriz. A la izquierda hay espacios que deben llenarse de objetivos de interés y a la derecha son espacios que deben llenarse con las muestras de interés. Haga clic aquí para descargar esta tabla.
Tabla 3: Lista de imprimaciones RT-qPCR utilizadas en este estudio. Haga clic aquí para descargar esta tabla.
Cuadro suplementario 1: Imprimaciones de la base de datos de imprimaciones RT-qPCR. Haga clic aquí para descargar esta tabla.