מאמר זה מספק פרוטוקול יעיל לדיסקציה ודיסוציאציה של אפיתל הריח של עכברים לצורך ריצוף RNA חד-גרעיני.
מאמר שיטה
מאמר זה מספק פרוטוקול יעיל לדיסקציה ודיסוציאציה של אפיתל הריח של עכברים לצורך ריצוף RNA חד-גרעיני.
אפיתל הריח של העכברים הוא נקודת הכניסה הראשונית של מערכת הריח, המאכלס סוגי תאים שונים הכוללים נוירונים חושי ריח, אבותיהם המתחדשים ותאי תמיכה. נוירונים חושי ריח מתמירים ריחות כימיים לאותות עצביים, אך המנגנונים העומדים בבסיס האופן שבו תאים אלה מתפתחים ומתחלפים, יוצרים סינפסות עם פקעת הריח ומווסתים את קולטני הריח שלהם נותרו תחומי מחקר אינטנסיביים. ממוקם בהיבט הגבי של חלל האף, אפיתל הריח נצמד למבנים גרמיים מורכבים המכונים טורבינטים. אנטומיה זו מציבה אתגרים ייחודיים למיצוי ודיסוציאציה שלה, במיוחד בהקשר של הכנת תרחיפים חד-תאיים ברי קיימא. מכיוון שפרוטוקולי השעיה של תא בודד כוללים לעתים קרובות שלבי הכנה (למשל, דיסוציאציה של פפאין, FACS) שיכולים להלחיץ את כדאיות התאים ו/או לעכב את הכנת הספרייה, מזעור זמן מיצוי הרקמה הוא קריטי. מאמר זה מציג שיטה יעילה לדיסקציה מהירה של אפיתל הריח ופרוטוקול ליצירת מתלים חד-גרעיניים באיכות גבוהה.
אפיתל הריח של העכברים (OE) הוא מרכיב חיוני במערכת הריח ואחראי על איתור והתמרת אותות ריח למערכת העצבים המרכזית. השכבה השטחית ביותר שלו מכילה את הריסים המזהה ריחות של נוירוני חוש הריח, המכוסים בשכבת ריריות ומוקפים בתאי הסוסטנטקולרי והמיקרו-וילאר התומכים 1,2. OSNs הם דו קוטביים, מרחיבים את הריסים שלהם באופן אפיקלי ליצירת סריג בתוך שכבת הריר והאקסונים שלהם בבסיס דרך הצלחת הקריבריפורמית הגרמית כדי להתלכד לגלומרולי בתוך פקעת הריח. גלומרולים אלה הם האתר של סינפסות בין OSNs לנוירונים במורד הזרם. בבסיס OSNs, תאי אב עצביים הנקראים תאי בסיס כדוריים מחדשים כל הזמן OSNs כשהם מתים3 בעקבות חשיפה ישירה לעלבונות סביבתיים כמו רעלים הנישאים באוויר, פתוגנים וטראומה פיזית. תאי בסיס כדוריים נגזרים ממאגר מילואים של תאי בסיס אופקיים רב-פוטנטיים 4,5, הממוקמים באופן הבסיסי ביותר ונצמדים ללמינה הבסיסית של בליטות גרמיות הנקראות טורבינטות אף. טורבינות האף מפותלות, מה שהופך את ה-OE לקשה להפרדה והומוגניזציה. יתר על כן, ה-OE מוקף בעצמות הגולגולת, מה שמקשה על הגישה לאזור ודורש באופן מסורתי הליך עתיר זמן.
מחקרים קודמים הסתמכו על דגירה ממושכת של פפאין כדי לשחרר את אפיתל הריח מהעצם 6,7,8,9,10, מה שיכול לעכב עוד יותר את העיבוד במורד הזרם של התרחיף החד-תאי. מכיוון שגזירה של אקסוני OSN מעוררת אפופטוזיס11, מזעור משך הזמן מחילוץ רקמות להכנת ספריית cDNA הוא הכרחי. יתר על כן, הארכיטקטורה של ה-OE וההקרנות שלו לפקעת הריח מסבכות את מיצוי התאים השלמים לריצוף RNA מוצלח של תא בודד. למרבה המזל, ריצוף RNA חד-גרעיני (snRNA-seq) התגלה ככלי רב עוצמה ליצירת פרופיל תאים תוך שמירה על התפלגות סוג התא, במיוחד ברקמות שבהן דיסוציאציה של תא בודד קשה או לא מעשית12,13.
בעוד שמספר מחקרים 6,7,8,10,14,15 ביצעו ריצוף תאים בודדים של OE של העכבר, אף אחד מהם לא מציע הליך דיסקציה מפורט המותאם לאיסוף רקמות עקבי ויעיל, דבר הכרחי בהתחשב בשבריריות ה-OE והמעטפת על ידי עצמות שונות של הגולגולת. בנוסף, מדריכי דיסקציה קיימים16 מתמקדים בשימור המבנה האנטומי ולא במהירות, מה שמוביל לזמני דיסקציה ארוכים פוטנציאליים. מכיוון שהכנת רקמות יעילה חיונית כדי למזער את פירוק ה-RNA ולמקסם את איכות הגרעינים המוכנים17,18, יש צורך בפרוטוקול אופטימלי לניתוח מהיר והומוגניזציה של OE עכברי לתרחיף בעל גרעין יחיד לשימוש ביישומים שונים במורד הזרם.
פרוטוקול זה (איור 1) מציג שיטה יעילה שנועדה להתגבר על אתגרים אלה, ומאפשרת דיסקציה מהירה של OE העכברי ודיסוציאציה יעילה של הרקמה לצורך בידוד גרעינים. גישה זו מאפשרת ריצוף גרעין יחידבאיכות גבוהה 19, ומספקת טכניקה אמינה לחקירת היסודות המולקולריים של ביולוגיה של חוש הריח.

איור 1: אנטומיה של התפרים והעצמות הרלוונטיים של גולגולת עכבר C57BL/6 וחתך מייצג של אפיתל הריח. (A) התפרים של הגולגולת מקודדים בצבע. תפרים מקודדים בצבע בצד אחד של הגולגולת, בעוד שהצד השני נותר ללא סימון לעיון (משמאל). שמות התפרים מקודדים בצבע בהתאם (מימין). (B) עצמות הגולגולת מקודדות בצבע. העצמות מקודדות בצבע בצד אחד של הגולגולת, בעוד שהצד השני נותר לא מסומן לעיון (משמאל). שמות העצמות מקודדים בצבע בהתאם (מימין). (C) חתך רוחב של החלק המרכזי של ה-OE (מנותח בשיטה המתוארת במאמר זה) עם טורבינות מקודדות בצבע בצד אחד ובצד שמאל לא מסומן לעיון (משמאל). שמות הטורבינות החזותיות (מימין). אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל הניסויים בבעלי חיים במחקר זה אושרו ונערכו בהתאם ל-IACUC של מכללת ביילור לרפואה. נעשה שימוש בעכברי C57BL/6J נקבות (JAX:000664). פרטי הריאגנטים והציוד מפורטים בטבלת החומרים.
1. דיסקציה של אפיתל הריח

איור 2: טכניקה לדיסקציה מהירה של אפיתל הריח. (A) ראש העכבר אחרי הסרת הרקמה הרכה שמסביב. (B) מדריכים מקודדים בצבע לחתכים בקמרון הגולגולת. (ג) הופעה לאחר חתכים בקמרון הגולגולת. (ד) הסרת חצי הכדור הראשון של קמרון הגולגולת יחד עם חלק המסלול הסמוך לאפיתל הריח. (E) הסרת החלק הנגדי של קמרון הגולגולת יחד עם המוח. (F) הראש לאחר הסרת המוח וקמרון הגולגולת. (G) הסרת העצם הקדמית הקדמית ביותר והקדם-לסת האחורית, לאחר חתך בתפר הפרונטומקסילרי. (ח) הסרת עצמות האף. (I) עיגולים שחורים מדגישים אזורים של שאריות עצם קדם-לסתית שניתן להסיר באופן אופציונלי. (י) הצבת מלקחיים להסרת אפיתל הריח השלם. (K) משוך לאחור כדי לשחרר את אפיתל הריח. (L) שחרור מוחלט של אפיתל הריח. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
2. דיסוציאציה של אפיתל הריח ובידוד גרעין יחיד

איור 3: דיסוציאציה של אפיתל הריח וזרימת עבודה של בידוד גרעין יחיד. לאחר הדיסקציה, אפיתל הריח מפורק מכנית וכימית. לאחר מכן מסננים את הליזאט דרך מסננת של 70 מיקרומטר, שוטפים אותו ב-1x PBS ומצנטריפוגה ב-500 × גרם למשך 5 דקות. הגלולה מושעה מחדש ב-1x PBS לפני שהיא מסוננת דרך מסננת של 30 מיקרומטר. תרחיף הגרעינים המתקבל זמין עבור יישומי ריצוף שונים במורד הזרם. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כדי לספק הקשר אנטומי לדיסקציה וניתוח, התפרים והעצמות של גולגולת העכבר C57BL/6, כמו גם החלק המרכזי של אפיתל הריח (OE), הודגמו וקודדו בצבע (איור 1). צד אחד של כל תמונה הוער כדי להדגיש תפרים, עצמות וטורבינות רלוונטיים, בעוד שהצד השני נותר לא מסומן לעיון. חתך ה-OE הוכן בהתאם לפרוטוקולים שנקבעו20, וזיהוי הטורבינות התבסס על אפיונים אנטומיים קודמים21.
בעוד שציטומטריית זרימה אינה חיונית לאחר בידוד גרעינים, נתונים מייצגים מצי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ההליך המתואר כאן מאפשר הסרה עקבית של OE שלם לאחר זלוף תוך לבבי 1x PBS. זה מייצג שיפור ניכר במהירות בהשוואה לשיטות קודמות16 ויש לו חשיבות מיוחדת בהתחשב בכך ש-OSNs מתחילים להתנוון בעקבות אקסוטומיה2, המתרחשת במהלך הסרת המוח.
הסרה זהירה של העצמות הקדמיות, הקדם-לסתות והאף היא חיונית למיצוי עקבי של OE שלם. בנוסף, במהלך השלב האחרון של הסרת ה-OE עם מלקחיים, חלק ממחיצת האף עשוי להישאר מדי פעם מחובר. בהתחשב בכך שמחיצת האף ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים כי מחקר זה נערך בהיעדר קשרים מסחריים או פיננסיים כלשהם שיכולים להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.
המחברים רוצים להכיר בליבת הגנומיקה של תא בודד של מכללת ביילור לרפואה. פרויקט זה נתמך על ידי ליבת הציטומטריה ומיון התאים במכללת ביילור לרפואה במימון ה-NIH (P30 AI036211, P30 CA125123 ו-SS10 RR024574) ובסיוע המומחה של ג'ואל מ. סדרסטרום. פרויקט זה מומן בחלקו על ידי ה-NIH/NICHD [P50HD103555], ה-NIH/NINDS [5R01NS078294], וה-NIH/NIA [5F30AG076265]. איור 3 נוצר ב-BioRender. https://BioRender.com/5418352.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| צינור צנטריפוגה 15 מ"ל | סלטריט | 229411 | |
| ניפר עצם | כלים מדעיים עדינים | 16102-11 | |
| מספריים מיניאטוריות של איריס Bonn | מילקס | 18-1392 | |
| תמיסת אלבומין סרום בקר | סיגמא-אולדריץ' | א1595 | |
| דומונט #3 מלקחיים | כלים מדעיים עדינים | 11231-30 | |
| עכברי C57BL/6J נקבה | מעבדת ג'קסון | ג'קס:000664 | |
| שפופרות C עדינות של MACS | מילטני ביוטק | 130-093-237 | |
| gentleMACS אוקטו דיסוציאטור | מילטני ביוטק | 130-096-427 | |
| מסננות MACS SmartStrainers 30 um | מילטני ביוטק | 130-098-458 | |
| MACS SmartStrainers 70 um | מילטני ביוטק | 130-098-462 | |
| מיקרו פרידמן-פירסון רונג'רס | כלים מדעיים עדינים | 16220-14 | |
| מאגר מיצוי גרעינים | מילטני ביוטק | 130-128-024 | |
| תמיסת מלח עם חומצת פוספט (PBS), 1x ללא סידן ומגנזיום, PH 7.4 ופלוסמן; 0.1 | קורנינג | 21-040-קורות חיים | |
| מעכב RNAse מגן | מיליפור סיגמא | 3335402001 | |
| צנטריפוגה מקוררת Sorvall Legend XTR | תרמו סיינטיפיק | 50119927-5 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה