אנו מתארים שיטה למיון תאי יונקים בודדים ולכמת את הביטוי של עד 96 גנים מעניינים בכל תא. שיטה זו כוללת שימוש בתקני qPCR פנימיים כדי לאפשר הערכה של ספירת תעתיקים מוחלטת.
מאמר שיטה
אנו מתארים שיטה למיון תאי יונקים בודדים ולכמת את הביטוי של עד 96 גנים מעניינים בכל תא. שיטה זו כוללת שימוש בתקני qPCR פנימיים כדי לאפשר הערכה של ספירת תעתיקים מוחלטת.
מדידות ביטוי גנים מאוכלוסיות בתפזורת של תאים יכולות לטשטש את השונות הטרנסקריפטומית הניכרת של תאים בודדים בתוך אוכלוסיות אלה. מדידות ביטוי גנים של תא בודד יכולות לעזור להעריך את תפקיד הרעש בביטוי גנים, לזהות מתאמים בביטוי של זוגות גנים ולחשוף תת-אוכלוסיות של תאים המגיבים בצורה שונה לגירוי. כאן, אנו מתארים הליך למדידת הביטוי של עד 96 גנים בתאי יונקים בודדים שבודדו מאוכלוסייה הגדלה בתרבית רקמה. תאים ממוינים למאגר ליזה על ידי מיון תאים המופעל על ידי פלואורסצנטיות (FACS), ומיני ה-mRNA המעניינים מתועתקים ומוגברים לאחור. לאחר מכן נמדד ביטוי הגנים באמצעות מכונת PCR מיקרופלואידית בזמן אמת, המבצעת עד 96 בדיקות qPCR על עד 96 דגימות בכל פעם. אנו מתארים גם את היצירה והשימוש בתקני אמפליקון PCR כדי לאפשר הערכה של המספר המוחלט של כל תעתיק. בהשוואה לשיטות אחרות למדידת ביטוי גנים בתאים בודדים, גישה זו מאפשרת כימות של תעתיקים מובחנים יותר מ-RNA FISH בעלות נמוכה יותר מ-RNA-Seq.
תאים בודדים בתוך אוכלוסייה יכול להראות תגובות ומעולם שונות לגירוי 1 פיסיולוגי אחיד, 2, 3, 4. הווריאציה הגנטית של תאים באוכלוסייה היא מנגנון אחד עבור מגוון זה של תגובות, אבל יש גם כמה גורמים שאינם גנטיים שיכול להגדיל את ההשתנות של תגובות, גם באוכלוסייה משובטת של תאים. לדוגמא, הרמות של חלבונים בודדים מולקולות איתות חשובות אחרות יכולות להשתנות על בסיס תא אחר תא, והולידו וריאצית פרופילי ביטוי גנים במורד זרם. בנוסף, הפעלת גנים יכולה להתרחש התפרצויות קצר משך התמלילים 5, 6 שעשויות להיות מוגבל למספר קטן יחסית של תמלילים לכל פרץ 7, 8, 9. כגוןstochasticity ב הפעלת הגן יכול לתרום השתנות מאוד תגובות ביולוגיות והוא יכול לספק יתרון סלקטיבי מיקרואורגניזמים 10 ו בתאי יונקים 1, 2 מגיבים על גירוי פיזיולוגי. בשל שני המקורות הגנטיים שאינם גנטיים של וריאציה, פרופיל ביטוי גנים של כל תא נתון בתגובה לגירוי עשוי להיות שונה באופן משמעותי מפרופיל ביטוי גנים הממוצע המתקבל מדידת התגובה בתפזורת. קביעת המידה שבה תאים בודדים מראים השתנות בתגובה לגירוי דורשת טכניקות עבור הבידוד של תאים בודדים, מדידת רמות ביטוי תמלילי העניין, ועל הניתוח חישובית של נתוני הביטוי שהתקבלו.
ישנן מספר גישות מנסים לאמוד ביטוי גנים בתאים יחידים, מכסי מגוון רחב של עלויות, מספר תמלילי נחקר, ודיוק של כימות. לדוגמא, תא בודד RNA-seq מציע עומק רחב של כיסויי תמליל ואת היכולת לכמת אלף תמלילים ברורים עבור הגנים הביעו הגבוהה ביותר בתאים בודדים; עם זאת, העלות הכרוכה עומק רצף כזה עלולה להיות מרתיעה, אם כי עלויות ממשיכות לרדת. לעומת זאת, קרינת RNA מולקולה בודדת הכלאה באתרו (FISH smRNA) מציעה כימותים מדויקים של תמלילים אפילו נמוך לבטא גנים במחיר סביר לכל גן של עניין; עם זאת, רק מספר קטן של גני מטרה ניתן assayed בתא נתון על ידי גישה זו. מבחני PCR מבוססים כמוני, כמתואר בפרוטוקול זה, לספק את שביל זהב בין הטכניקות הללו. מבחנים אלו להעסיק המכונים PCR microfluidic בזמן אמת לכמת עד 96 תמלילי עניין בכל פעם עד 96 תאים. בעוד כל אחת מהשיטות הנ"ל יש עלויות חומרה נדרשות, את העלות של כל assay qPCR פרט היא יחסיתנָמוּך. פרוטוקול זה מותאם מאחד שהוצע על ידי היצרן של מכונת PCR microfluidic בזמן אמת (פרוטוקול ADP 41, Fluidigm). כדי להפעיל את הערכת מספרם המוחלט של כל תמליל בגישה מבוססת PCR, הרחבנו את הפרוטוקול לעשות שימוש לגבי הבקרה פנימית על amplicons גן המטרה המוכן שניתן להשתמש בה בכל ניסויים מרובים.
כדוגמה של טכניקה זו, כימות של ביטוי גנים מוסדר על ידי p53 מדכא גידולים בתאי סרטן שד אנושיים MCF-7 מתוארת 11. התאים מאותגרים עם סוכן כימי שגורם הפסקות פעמים גדיל DNA. מחקרים קודמים הראו כי התגובה p53 הפסקות DNA פעמיים גדיל מפגין מידה רבה של ההטרוגניות בתאים בודדים, הן מבחינת רמות ה- p53 12 ו בהפעלת גני מטרה מובחנת 11. יתר על כן, p53 מסדיר את הביטוי של למעלה מ -100היטב מאופיין גני מטרה המעורבים מסלולים רבים במורד הזרם, כולל עיכוב מחזור התא, אפופטוזיס, והזדקנות 13, 14. מאז התגובה בתיווך p53 בכל תא היא גם מורכבת ומשתנה, הניתוח של יתרונות המערכת מגישה שבה כמעט 100 גני המטרה ניתן נחקר בו זמנית בתאים בודדים, כמו זו מתוארת להלן. עם שינויים קלים (כגון שיטות חלופיות עבור בידוד תא בודד תמוגה), הפרוטוקול ניתן להתאים בקלות ללמוד מגוון רחב של סוגי תאים של יונקים, תעתיקים, ואת תגובות הסלולר.
עם הכנה מראש נכונה, סבב מיון תא ומדידת ביטוי גנים יכול להתנהל על פי פרוטוקול זה על פני תקופה של שלושה ימים. העיתוי הבא הוא הציע: מראש, בחר את תמלילי העניין, לזהות ולאמת את הזוגות פריימר כי להגביר את cDNA מאלה transcripts, ולהכין את הסטנדרטים ותערובות פריימר באמצעות פריימרים אלו. ביום 1, לאחר טיפול בתא, קציר ולמיין את התאים, לבצע שעתוק לאחור והגברת יעד ספציפי, ולטפל דגימות עם exonuclease להסיר פריימרים מאוגדים. ביום 2, לבצע בקרת איכות על תאים ממוינים באמצעות qPCR. לבסוף, ביום 3, למדוד את ביטוי הגנים בתאים המסודרים באמצעות microfluidic qPCR. איור 1 מסכם את השלבים הכרוכים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. הכנה מראש
טיפול 2.
3. הכנת הצפת תמוגה עבור מיון התא
הערה: ביצוע צלחת אחת של חיץ תמוגה לוקח בערך 1 שעה. רצוי לעשות ולמיין מרובי צלחות, כמו מיון תא יכול להיות יעיל להניב רבי בארות ללא תאים לזיהוי.
Cell 4. הגדרת סדרן
Cell 5. קציר ומיון
6. טיפול exonuclease
דילול מדגם 7.
מיין 8. בקרת איכות באמצעות qPCR
הערה: מאחר מיון תא אינו יעיל בצורה מושלמת, צעד זה הוא הכרחי כדי לזהות אילו בארות הצלחת המיון למעשה קבלו תא. דגימות אלה לאחר מכן ניתן להשתמש לצורך ניתוח נוסף.
9. ג'ין מדידת ביטוי שימוש Microfluidic qPCR
הערה: על כל צעד ושעל בסעיף זה, פיפטה רק התחנה הראשונה כדי למזער את היווצרות של בועות חומרים כימיים.



הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
סקירה כללית של הפרוטוקול מוצגת באיור 1, כוללת צעדים לטיפול תא, הבידוד של תאים בודדים על ידי FACS, דור מראש הגברה של ספריות cDNA מ lysates תא בודד, האישור של ספריות cDNA מתא בודד ב בארות מיון, וכן מדידה של ביטוי גנים על ידי qPCR.
לקראת בידוד תא בודד וניתוח ביטוי גנים, יש צורך לזהות זוגות פריימר oligonucleotide תקפים ראשון עבור כל גן...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הצגנו שיטה לבידוד בתאי יונקים בודדים מתוך אוכלוסייה של תאי חסיד הגדלים בתרבית ועבור מנסה לאמוד את הביטוי של כ 96 גנים בכל תא. הכנה מראש טוב הוא קריטי עבור בשיטה זו כדי לעבוד היטב. בפרט, בעיצוב פריימר בדיקות זוגות מסוימים אל תעתיקי עניין (שלבי 1.2-1.3) צורכים זמן אבל חשובי צעדים, כמו פריימרים לקבוע את איכות המדידות-התא הבודד. לאחר זוגות פריימר אמינים התקבלו, הם משמשים כדי להגביר cDNA מן תמלילי העניין; amplicons מכן משולבים יחד בכמויות equimolar לעשות סטנדרטים (שלב 1.4). שלב זה הוא ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
ברצוננו להודות V. קאפור ב Core cytometry זרימת CCR ETIB עבור לעזרתה בביצוע מיון התא במהלך הפיתוח של פרוטוקול זה. אנו מודים גם מ Raffeld ויחידת האבחון המולקולרי CCR LP וג 'ג' ו ואת רצף NHLBI דנ"א ג'נומיקס Core עבור לעזרתם בביצוע qPCR במהלך הפיתוח של פרוטוקול זה. מחקר זה נתמך על ידי התכנית העירונית של NIH.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| RNeasy Plus Mini Kit | Qiagen | 74134 | |
| ערכת שעתוק הפוך cDNA בקיבולת גבוהה עם מעכב RNase | ThermoFisher | 4374966 | |
| Phusion נאמנות גבוהה DNA פולימראז | ניו אינגלנד BioLabs | M0530S | |
| QIAquick ערכת מיצוי ג'ל | Qiagen | 28704 | |
| Quant-iT ערכת בדיקת dsDNA ברגישות גבוהה | תרמו-פישר | Q33120 | |
| 2.0 מ"ל צינורות מיקרוצנטריפוגה עם הידבקות נמוכה | ארה"ב Scientific | 1420-2600 | |
| מאגר השעיה DNA | Teknova | T0221 | |
| Axygen 0.2 מ"ל שחזור מקסימום צינורות PCR קיר דק | קורנינג | PCR-02-L-C | |
| GE 96.96 מערך דינמי DNA מחייב צבע דגימה & ערכת ריאגנטים לטעינת בדיקה | Fluidigm | 100-3415 | |
| HyClone RPMI 1640 מדיה | GE Healthcare Life Sciences | SH30027.01 | |
| סרום בקר עוברי, מוסמך (ארה"ב) | ThermoFisher | 16000-044 | |
| תמיסה אנטיביוטית-אנטי-פטרייתית | קורנינג | 30-004-CI | |
| ניאוקרזינוסטטין | סיגמא | N9162 | |
| ELIMINase | Decon Labs | 1101 | |
| SUPERase-In | ThermoFisher | AM2696 | |
| CellsDirect חד-שלבי qRT-PCR ערכת | ThermoFisher | 11753500 | |
| E. coli DNA | Affymetrix | 14380 10 MG | |
| ThermalSeal סרט איטום, סטרילי | Excel Scientific | STR-THER-PLT | |
| BD FACSAria IIu | BD Biosciences | ||
| HyClone Trypsin 0.05% | GE Healthcare Life Sciences | SH30236.01 | |
| PBS, 1x | Corning | 21-040-CV | |
| Falcon 40 & micro; m מסננת תאים | קורנינג | 352340 | |
| Exonuclease I | ניו אינגלנד BioLabs | M0293S | |
| SsoFast EvaGreen Supermix עם ROX | Bio-Rad | 172-5210 | |
| 96.96 מערך דינמי IFC לביטוי גנים (שבב qPCR מיקרופלואידי) | Fluidigm | BMK-M-96.96 | |
| בקר IFC HX (מכונת טעינה) | Fluidigm | ||
| BioMark או BioMark HD (מכונת qPCR מיקרופלואידית) | של Fluidigm | ||
| Fluidigm | |||
| MATLAB | MathWorks |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה