הפרוטוקול הנוכחי מתאר שימוש בחתכים מוטמעים בפורמלין, מוטמעים בפרפין, מאזורים קרניופציאליים של E13.5 ו-E15.5 בעוברי עכברים לניתוח פרופילי הבעה גנים שונים באמצעות טרנסקריפטומיקה מרחבית.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
הפרוטוקול הנוכחי מתאר שימוש בחתכים מוטמעים בפורמלין, מוטמעים בפרפין, מאזורים קרניופציאליים של E13.5 ו-E15.5 בעוברי עכברים לניתוח פרופילי הבעה גנים שונים באמצעות טרנסקריפטומיקה מרחבית.
השן המתפתחת מורכבת מאוכלוסיות תאים מגוונות ומתמחות מאוד הפועלות יחד לשמירה על צורה ותפקוד נכונים. הבהרת האינטראקציות בין התאים הללו לבין המיקרו-סביבה הסובבת אותם היא קריטית להבנת המנגנונים הרגולטוריים העומדים בבסיס התפתחות שיניים תקינה. הפרעות בתהליכים אלו עלולות לגרום להפרעות מולדות כגון אגנזת שן, דנטינוגנזה אימפרפקטה ואמלוגנזה אימפרפקטה. למרות ההתקדמות המשמעותית שאפשרה ריצוף RNA חד-תאי (scRNA-seq) בחשיפת הטרוגניות תאית, הוא אינו שומר על ההקשר המרחבי של תאים ברקמות, מה שמגביל את היכולת לקשר ביטוי גנים לארכיטקטורת הרקמות. טכנולוגיות טרנסקריפטומיה מרחבית מתמודדות עם מגבלה זו על ידי שילוב פרופיל ביטוי גנים ברזולוציה גבוהה עם שימור ארכיטקטורת רקמות טבעיות, ומאפשרים מיקום מקומי של חתימות מולקולריות. כאן, אנו מתארים פרוטוקול שלב אחר שלב לאיסופ, קיבוע והטמעת פרפין של רקמת הקרניופציאל העוברית בעכבר, המתאימה ליישומים טרנסקריפטומיים מרחביים במורד הזרם. תהליך העבודה מפרט את החתך והטיפול האופטימיזים של רקמה מקובעת בפורמלין, מוטמעת בפרפין, כדי לשמור על שלמות ה-RNA ומורפולוגיית הרקמה לניתוח מרחבי ברזולוציה גבוהה. שיטה זו תואמת לפלטפורמות ריצוף וטרנסקריפטומיקה מרחבית מבוססת תמונה, ומאפשרת פרופיל טרנסקריפטומי מרחבי לשחזור של מורפוגנזה מוקדמת של שיניים בעוברי עכברים. גישה זו מציעה תובנות עוצמתיות לגבי הארגון המרחבי והדינמיקה התפקודית של מבני גולגולת ופנים הן במצבים התפתחותיים והן במצבים פתולוגיים, ומספקת מסגרת קריטית לקישור מנגנונים מולקולריים למורפולוגיית הרקמות.
התפתחות השיניים נשענת על רצף מתואם מאוד של תהליכים מורפוגנטיים במהלך הצמיחה העוברית המוקדמת 1,2,3,4. למרות שמספר רב של גנים מרכזיים ומסלולי איתות זוהו באמצעות מחקרים גנטיים והתפתחותיים, ההבנה שלנו כיצד גורמים אלה פועלים לעיצוב מבני הגולגולת האישית הבודדים נותרה מוגבלת. ראוי לציין שגם עם התקדמות משמעותית בקישור וריאנטים גנטיים ספציפיים להפרעות שיניים סינדרומיות ולא-סינדרומיות, המנגנונים המולקולריים המפורטים שמאחורי מורפוגנזה ספציפית למבנה עדיין אינם מוגדרים במלואם 1,2,3,4. פער ידע זה ממשיך להגביל את התקדמות האסטרטגיות הטיפוליות הממוקדות לאגנזת שיניים או סטיות אחרות בשן.
ריצוף mRNA חד-תאי (scRNA-seq) אפשר גילוי סוגי תאים שלא זוהו בעבר ברקמות בריאות וחולות, וכן זיהוי תתי-סוגים רבים של תאים בהתבסס על פרופילי ביטוי גנים שונים. עם זאת, מכיוון ש-scRNA-seq דורש פירוק רקמות לתאים בודדים, מידע על המיקום המרחבי המקורי של כל תא בתוך הרקמה אובד. כתוצאה מכך, מערכי נתונים אלו אינם תופסים כיצד התאים מסודרים ביחס לארכיטקטורת הרקמה 5,6,7. בנוסף, אינטראקציות חזויות בין תא מתבססות על נוכחות אינטראקציות משלימות של תמלולים, אך אינן מתחשבות במידע מרחבי ממשי, מה שחשוב לקביעת האם אינטראקציות כאלה מתרחשות ב-vivo 5,6,7.
טכנולוגיית טרנסקריפטומיקה מרחבית מאפשרת פרופילינג מהיר של ביטוי גנים תוך שמירה על מידע מרחבי בתוך מקטעי רקמה 8,9. טכנולוגיות טרנסקריפטומיקה מרחבית הן או מבוססות הדמיה 10,11,12 או מבוססות רצף 12,13. שיטות טרנסקריפטומיקה מרחבית מונעות דימות משתמשות ב-FISH לזיהוי ומדידת ביטוי גנים ממוקד בדיוק מרחבי תאי או תת-תאי. לעומת זאת, טכנולוגיות מבוססות ריצוף לוכדות ביטוי גנים רחב של טרנסקריפטום ברזולוציה מרחבית נמוכה יותר. טרנסקריפטומיקה מרחבית מבוססת ריצוף עושה שימוש באסטרטגיה להשגת רזולוציה כמעט חד-תאית עם כיסוי מלא של טרנסקריפטום (~20,000 גנים), התומכת בניתוחים חקרניים בלתי מוטים, בעוד שטרנסקריפטומיקה מרחבית מבוססת תמונה פוגעת בלוחות גנים (עד ~5,000 גנים), ומאפשרת ניתוח מדויק מבוסס השערות של מסלולים ספציפיים ואינטראקציות תאיות14.
התקדמות טכנולוגית בטרנסקריפטומיקה מרחבית מאפשרת כיום ניתוח ביטוי גנים בתוך ארכיטקטורת רקמה משומרת. תהליכי עבודה מבוססי פרפין מוטמעים בפורמלין קבוע (FFPE) וקריו-סקציה מציעים גישות משלימות לטרנסקריפטומיקה מרחבית 15,16,17. FFPE מספק שימור מעולה של ארכיטקטורת הרקמות, ומאפשר מיפוי מרחבי מדויק של ביטוי גנים ברקמות מורכבות מבחינה מבנית כגון שיניים מתפתחות ומדפי חך. במחקר שלנו ואחרים, קיבוע וארכיון FFPE הניבו נתונים מרביים מדויקים וניתנים לשחזור18. תהליכי קריוסציה שומרים על שלמות ה-RNA אך נוטים יותר לעיוות רקמות18. לכן, FFPE נבחר למחקר זה. בעוד שההצלחה ב-scRNA-seq תלויה במידה רבה בשמירה על שלמות RNA גבוהה, טרנסקריפטומיקה מרחבית דורשת גם מורפולוגיה ברקמה איכותית כדי לאתר במדויק אותות ביטוי גנים לתכונות היסטולוגיות ספציפיות.
פרוטוקול זה מתאים במיוחד לרקמות עובריות של עכברים ב-FFPE בשלבי התפתחות מוקדמים, כאשר שימור ארכיטקטורת הרקמה העדינה הוא קריטי לניתוח טרנסקריפטומי מרחבי. זרימת העבודה צפויה לפעול בצורה לא אופטימלית בדגימות קבועות מדי, בלוקי פרפין בעלי כיוון לקוי או רקמות עם שלמות RNA פגועה, מה שעלול לגרום לירידה באיכות האות ולאובדן רזולוציה מרחבית. יישום מוצלח של שיטה זו מתבטא במורפולוגיה שלמה של רקמות, עיוות מינימלי של חתך, ואותות טרנסקריפטומיים חזקים ומפוזקים במרחב המתיישרים עם תכונות היסטולוגיות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל ההליכים לבעלי חיים אושרו על ידי המכונים הלאומיים לבריאות, המכון הלאומי לבריאות הילד ופיתוח האדם וועדת טיפול ושימוש בבעלי חיים (ACUC), במסגרת פרוטוקול מחקר בעלי חיים #21-031.
1. הכנת בעלי חיים ניסיוניים ואיסוף רקמות
2. קיבוע ועיבוד הרקמה
3. עיבוד רקמת FFPE לטרנסקריפטומיקה מרחבית
4. טרנסקריפטומיקה מרחבית מבוססת רצף
5. טרנסקריפטומיקה מרחבית מבוססת תמונה
הערה: סופקו על ידי היצרן20 שקופיות, שכל אחת מהן כללה אזור ניתן להדמיה (קווים מסומנים) בגודל 12 מ"מ × 24 מ"מ, עם אזור מיקום דגימה זמין של כ-235 מ"מ² (10.45 מ"מ × 22.45 מ"מ).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
שיטה זו מתארת את עיבוד ראשי העבר העבריים שנפרקו זה עתה ליצירת דגימות FFPE של רקמות קרניופציאליות, כולל השן המתפתחת, שניתן לחתך בקלות על ידי מיקרוטום תוך שמירה על שלמות ה-RNA (איור 1). פרוטוקול זה יושם בהצלחה על ראשי עוברים של E13.5 (יום עוברי 13.5), E15.5 ו-E16.5 עבור אזורים מבוססי תמונה ברזולוציה גבוהה (איור 2) וטרנסקריפטומיקה מרחבית מבוססת ריצוף (איור 3). במאגרי נתונים של טרנסקריפטומיקה מרחבית מבו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בעבודה זו אנו מציגים פרוטוקול מפורט להכנת בלוקי FFPE של ראשי עוברים בעכברים, מותאמים לשימוש בפלטפורמות הדמיית RNA מרחביות ברזולוציה גבוהה, כולל טרנסקריפטומיקה מרחבית מבוססת ריצוף ודימות. מטרה מרכזית של פרוטוקול זה היא לשמור על מורפולוגיית הרקמות ושלמות חומצות הגרעין לאורך כל חלקי הראש, עם דגש מיוחד על אזור הקרניופציאלי המתפתח. הבטחת רמת שימור זו חיונית לפתרון מדויק של דפוסי ביטוי גנים מרחביים בסביבות מורכבות ורב-רקמתיות, כגון מבני החיך והשיניים המתפתחים.
מחקרי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.
אנו מודים בכנות לד"ר סרגיי ל. לייקין, לד"ר אלנה מקריבה (מדור לביוכימיה פיזיקלית, NICHD/NIH), ולד"ר ג'רמי אוליבר פינה (מחלקת ביולוגיה מולקולרית של עצמות ושיניים, NIDCR/NIH) על ייעוץ בתכנון הניסויים והסיוע הטכני. אנו מודים לד"ר איבן ג'יימס, ד"ר ויבק מהאדבן (ליבת גנומיקה מולקולרית, NICHD/NIH) על הסיוע הטכני לריצת טרנסקריפטומיקה מרחבית מבוססת ריצוף. אנו מודים לד"ר גוסטף ויגרבלד (סניף אוטואימוניות מערכתית, המכון הלאומי לדלקת מפרקים ומחלות שריר-שלד ועור, NIAMS/NIH) על הסיוע הטכני בטרנסקריפטומיקה מרחבית מבוססת תמונה. אנו מודים לד"ר מייקל קלי ולד"ר ג'טינדר סינג (CCR Single Cell Analysis Facility (SCAF), NCI/NIH) על הסיוע הטכני להפעלת הטרנסקריפטומיקה המבנית מבוססת תמונה. אנו מודים לצוות מתקני בעלי החיים של NICHD על הסיוע בגידול בעלי חיים ובגידול בעלי חיים. איור 1 נוצר באמצעות BioRender.com.
כתב היד הנוכחי נתמך על ידי מימון מ-NIH/NIDCR [מענק, 1RO1DE033520] ל-M.B. למממנים לא היה תפקיד בעיצוב המחקר, איסוף וניתוח הנתונים, החלטה לפרסם או הכנת כתב היד.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 1x PBS | תרמו פישר | 10010023 | שימוש לבצע שטיפות במהלך תהליך העבודה |
| צינורות חרוטיים של 50 מ"ל (Ambion) ללא RNAse | תרמו פישר | AM12502 | להשתמש באחסון דגימות בתמיסות שונות |
| מזעזע מסלול מתקדם | VWR | 6683-470 | להשתמש בו לנער רקמות בתמיסת קיבוע במהלך הדגירה |
| אלכוהול, 70%, פישרברנד, היסטופרפ | פישר סיינטיפיק | HC-1000-1GL | להשתמש בו לניקוי וחיטוי כל שטח העבודה |
| מעבד רקמות ואקום אוטומטי | Leica Biosystems | ASP300S | שימוש לניקוי, ייבוש, הידרציה מחדש וחדירת שעווה של דגימות |
| עובי זכוכית כיסוי 1.5, 25 מ"מ x 25 מ"מ; | קורנינג | 2850-25 | שימוש בהרכבת סלייד בתהליך עבודה של Visium HD |
| בופר בלוינג של דקו, מוכן לשימוש | Agilant Technologies | CS70230-2 | שימוש ב-H& צביעת E |
| אאוסין-Y עם פלוקסין | פישר סיינטיפיק | 22050198 | שימוש ב-H& צביעת E |
| המטוקסילין, מאייר'ס, תמיסה מימית מוכנה לשימוש | Agilant Technologies | S330930-2 | שימוש ב-H& צביעת E |
| אמבט מים HistoCore & nbsp; | Leica Biosystems | HIS2326 | משתמשים בציפה של הקטעים ב-40-43 ו-°ג; C להסרת קמטים מחלקי FFPE |
| דפדפן לופ 9.0.0 | 10X Genomics, Inc. | השתמש לניתוח נתוני Visium HD | |
| להבים חד-פעמיים בפרופיל נמוך DB80LX | Leica Biosystems | 14035843496 | השתמש בבלוקים של FFPE |
| פורמלין ניטרלי עם בופר 10% | אזר סיינטיפיק | NBF-4-G | שימוש לתיקון הרקמות |
| תמיסת ניקוי זיהום RNaseZap RNase | תרמו פישר | AM9782 | שימוש לניקוי והסרה של RNase |
| מיקרוטום סיבובי חצי-אוטומטי | Leica Biosystems | RM2245 | השתמשו במסגרת חסימות FFPE כפי שמדווח בהנחיות. |
| מחמם סלייד עם כיסוי | בכורה | XH2004 | שימוש בדגירת מגלשות בטמפרטורות שונות |
| מגלשות סופרפרוסט פלוס | פישר סיינטיפיק | 12-550-15 | שימוש לחיבור מקטעים ל-Vsium HD |
| להב ניתוחי מס' 11 | אינטגרה מילטקס | 4-311 | שימוש לניקוד רקמות FFPE |
| הפרפלסט של הניתוח | Leica Biosystems | 39601006 | שימוש לביצוע חדירת רקמות והטמעה של רקמות |
| TISsue CULTURE DISH 100X20MM 500/CS | פישר סיינטיפיק | 877222 | שימוש לאיסוף וניתוח דגימות ב-1x PBS |
| גליצרול אולטרה-פיור | תרמו פישר | 15514011 | שימוש בהרכבה של זכוכית כיסוי ב-Visium HD לפני CytAssist |
| Visium CytAssist | 10X Genomics, Inc. | PN-1000442 | שימוש בניסויים בזרימת עבודה ב-Visium HD |
| ריצוף RNA מרחבי של Visium HD | 10X Genomics, Inc. | 1000676 | שימוש לביצוע ניסויים טרנסקריפטומיים מרחביים |
| לוקליזציה של Xenium 5K ב-RNA במקום | 10X Genomics, Inc. | PN-1000724 | שימוש לביצוע ניסויים טרנסקריפטומיים מרחביים |
| אנלייזר זניום | 10X Genomics, Inc. | PN-1000481 | בצע הדמיית RNA 5K של Xenium ו-Xenium |
| Xenium Explorer 4 | 10X Genomics, Inc. | השתמש לניתוח נתוני Xenium | |
| לוקליזציה של RNA בזיטניום במקום | 10X Genomics, Inc. | 1000672 | שימוש לביצוע ניסויים טרנסקריפטומיים מרחביים |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.