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Ce protocole utilise efficacement la cytométrie en flux pour caractériser les populations de cellules microgliales dans des échantillons de cerveau de souris, en fonction de l’expression de marqueurs de surface et intracellulaires sélectionnés. Les sections suivantes détaillent les résultats obtenus à partir des étapes clés du flux de travail, en mettant en évidence la distribution et l’hétérogénéité des sous-ensembles de microglies en réponse aux conditions expérimentales.
Validation de la rémunération et de la stratégie de contrôle
Des billes de compensation ont été utilisées pour calibrer les signaux de fluorescence et corriger le chevauchement spectral entre les fluorochromes. Les populations positives et négatives de chaque fluorochrome ont été clairement séparées, ce qui a permis une génération précise de matrice de compensation. Les seuils de déclenchement ont d’abord été validés à l’aide du contrôle FMO (Fluorescence Minus One) lors de l’optimisation du panneau afin de distinguer le signal réel du bruit de fond, en particulier pour les marqueurs médiocres ou chevauchants. Ces seuils ont ensuite été réutilisés dans toutes les expériences en utilisant les mêmes paramètres de panneau de coloration et de cytomètre pour assurer la cohérence. Des contrôles d’isotypes ont été inclus pour surveiller la liaison non spécifique potentielle, en particulier pour les marqueurs intracellulaires, mais n’ont pas été utilisés pour les décisions de contrôle.
Identification des cellules microgliales
La stratégie de contrôle des cellules vivantes/mortes (Amcyan) a permis d’exclure avec succès les cellules mortes. La stratégie de déclenchement a permis d’isoler efficacement les populations de cellules microgliales en fonction de l’expression de CD45 (AF700) et CD11b (FITC). Les paramètres de diffusion directe (FSC) et de diffusion latérale (SSC) ont été optimisés (FSC = 300, SSC = 200) pour centrer la population de microglies à l’intérieur du graphique à points (Figure 5).
Phénotypage des cellules microgliales
L’analyse par diagrammes à points a permis d’identifier des sous-populations de microglies sur la base de l’expression différentielle de marqueurs de surface et intracellulaires. À l’aide de stratégies de contrôle spécifiques dans le logiciel FlowJo, un sous-ensemble de cellules microgliales exprimant CD80 (Super Bright 436), CD86 (PE) et iNOS (PE-eFluor 610) a été identifié (Figure 6A). Le double gate a également été utilisé pour définir des sous-ensembles exprimant CD206 (APC) et Arg1 (PE-Cy7) (voir Figure 6B). D’autres populations ont été caractérisées par la co-expression de CD86 (PE) et CD64 (PerCP-eFluor 710), ainsi que de CD163 (Super Bright 600) et CD206 (APC) (Figure 6C,D). Ces profils phénotypiques reflètent l’hétérogénéité définie par les marqueurs au sein de la population microgliale et démontrent la capacité de ce protocole à distinguer plusieurs sous-ensembles distincts sur le plan transcriptionnel et immunologique sans déduire d’états fonctionnels fixes.
Analyse de la microglie unicellulaire
L’UMAP (Uniform Manifold Approximation and Projection) a été utilisé pour visualiser l’hétérogénéité cellulaire et identifier les amas de cellules microgliales parmi d’autres types de cellules cérébrales. Chaque point représente une seule cellule, et le cluster est codé par couleur en fonction de la similarité transcriptionnelle (Figure 2).
Une analyse d’expression différentielle a été réalisée au sein du groupe de microglies afin d’identifier les gènes modulés dans des conditions expérimentales. Les gènes avec une valeur P ajustée ≤ 0,05 ont été considérés comme exprimés de manière différentielle.
Un graphique volcanique a été généré pour visualiser ces gènes exprimés de manière différentielle des cellules microgliales, en mettant en évidence ceux qui présentent à la fois un changement de pli élevé et une signification statistique élevée (Figure 4).
Pour comparer ces résultats de cellules uniques avec des données de cytométrie en flux, l’expression des marqueurs microgliaux CD45 et CD11b (Ptprc et Itgam) a été examinée. Un UMAP montre leur expression au sein de différentes populations cellulaires (Figure 7).
Enfin, l’expression de marqueurs immunitaires sélectionnés a été évaluée pour caractériser l’hétérogénéité transcriptionnelle entre les cellules microgliales. Un graphique de Violin montre l’expression de gènes tels que CD80 et NOS-, ainsi que Mrc1, Arg1, Fcgr1 et CD163 au niveau de la cellule unique (Figure 8). Ces modèles d’expression de marqueurs permettent de comparer avec le profilage basé sur la cytométrie en flux et mettent en évidence la diversité moléculaire des sous-ensembles microgliaux dans des conditions expérimentales.

Figure 1 : Contrôle de la qualité des données transcriptomiques unicellulaires. (A) Distribution du contenu de l’ARN mitochondrial dans les cellules. Les cellules contenant >30 % d’ARN mitochondrial ont été exclues pour éliminer les cellules potentiellement stressées ou mourantes. (B) Les cellules avec un log10GenesPerUMI > 0,75 ont été filtrées pour assurer un rapport gène/UMI cohérent et réduire le bruit des banques de faible complexité. (C) Les cellules avec moins de 500 transcrits détectés (nUMI) ou plus de 300 gènes détectés (nGENE) ont également été exclues pour éliminer les cellules de mauvaise qualité ou multiples. (D) Graphique de corrélation entre NUMI et nGene illustrant l’impact des seuils de filtrage. Les doublets détectés ont été retirés. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Visualisation UMAP de transcriptomes unicellulaires. Graphique UMAP montrant la distribution des cellules uniques sur la base de profils transcriptomiques obtenus à partir de deux animaux individuels. Chaque point représente une cellule, codée par couleur par identité de cluster. L’amas de cellules microgliales est identifié parmi d’autres populations cellulaires. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : Courbe ROC du classificateur Random Forest évaluée par validation croisée. Courbe ROC (Receiver Operating Characteristic) illustrant les performances du modèle Random Forest utilisé pour distinguer la microglie des autres types de cellules cérébrales en fonction des profils d’expression génique. Le modèle a été entraîné sur un ensemble de ~1000 cellules avec des étiquettes connues et évalué à l’aide d’une validation croisée 10 fois. Parmi les cinq modèles statistiques testés (Random Forest, régression logistique, naïf Bayes, machine à vecteurs de support et arbre de décision), le modèle Random Forest a obtenu les performances de classification les plus élevées. L’aire sous la courbe (AUC) reflète la précision du modèle. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4 : Analyse différentielle de l’expression génique dans les cellules microgliales. Graphique du volcan représentant la variation de log2 par rapport à la valeur P ajustée pour les gènes exprimés de manière différentielle dans la microglie entre les deux groupes expérimentaux (contrôle vs lésion cérébrale cérébelleuse). Le gène régulé à la hausse est plus fortement exprimé dans le groupe d’intérêt (ident.1), et les gènes régulés à la baisse montrent une expression réduite par rapport au groupe de référence (ident.2). Les gènes clés exprimés de manière différentielle significative sont marqués. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 5 : Stratégie de déclenchement pour l’identification de la microglie par cytométrie en flux. (A) Stratégie de déclenchement appliquée aux cellules cérébelleuses d’une souris témoin du jour 3 postnatal (P3). (B) Les maillots ont été choisis pour exclure les doublets. (C) Les cellules viables ont été identifiées à l’aide d’un colorant de viabilité ; les événements avec un faible FSC-A ont été exclus afin d’éliminer les débris et d’assurer l’analyse des cellules intactes. (D) Les microglies ont été identifiées comme CD45+ et CD11b+ avec deux populations distinctes : CD45 faible-CD11bint pour la microglie quiescente et CD45 int-CD11b élevé pour la microglie activée. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Graphique 6. Caractérisation des profils d’expression des marqueurs microgliaux par cytométrie en flux. (A) Déclenchement séquentiel des cellules CD45+ CD11b+ basé sur l’expression de CD80, CD86 et iNOS. (B) Identification d’un sous-ensemble exprimant CD206, suivie d’un gate basé sur l’expression de Arg1. (C) Identification d’un sous-ensemble exprimant CD86, suivie d’un gate basé sur l’expression de CD64. (D) Identification d’un sous-ensemble exprimant CD163, suivie d’un gate basé sur l’expression de CD206. Ces stratégies de déclenchement illustrent l’hétérogénéité phénotypique des populations de microglies en fonction de l’expression de marqueurs de surface et intracellulaires. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 7 : Confirmation de l’identité microgliale à l’aide de l’expression d’Itgam et de Ptprc dans des données de séquençage d’ARN unicellulaire. UMAP affiche le paysage transcriptionnel des cellules cérébelleuses à P15, avec l’expression génique d’Itgam et de Ptprc superposée sur les grappes. La co-expression de ces marqueurs myéloïdes canoniques soutient l’identification des populations de microglies et s’aligne sur les marqueurs utilisés en cytométrie en flux, fournissant une validation croisée entre les analyses transcriptomiques et au niveau des protéines. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 8 : Profils d’expression de gènes immunitaires sélectionnés dans des cellules microgliales identifiées par séquençage d’ARN unicellulaire. Les graphiques Violin montrent la distribution de l’expression génique de CD80, NOS2, Mrc1, Arg1, Fcgr1 et CD163 dans les cellules microgliales individuelles. Ces marqueurs sont couramment associés à des processus immunitaires et illustrent l’hétérogénéité transcriptionnelle observée au sein de la population microgliale. Les données sont présentées pour les affections de contrôle et de lésion cérébrale cérébelleuse (CBI). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Tableau 1 : Composition des solutions utilisées pour l’isolement et la coloration des cellules neurales. Ce tableau fournit une composition détaillée des solutions nécessaires à l’isolement et à la coloration des cellules, y compris leurs concentrations et composants respectifs. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.
Tableau 2 : Concentrations du mélange d’anticorps pour la coloration extracellulaire. Ce tableau détaille les concentrations d’anticorps et de solutions vivantes/mortes utilisées pour la coloration extracellulaire, en spécifiant les volumes et les dilutions requis pour chaque anticorps dans le mélange de coloration pour un échantillon. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.
Tableau 3 : Concentrations du mélange d’anticorps pour la coloration intracellulaire. Ce tableau détaille les concentrations d’anticorps utilisés pour la coloration intracellulaire, en précisant les volumes et les dilutions requis pour chaque anticorps dans le mélange de coloration pour un échantillon. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.