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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Descriviamo una tecnica per profilare i microRNA nei primi embrioni di topo. Questo protocollo supera la sfida dell'input a bassa cellula e del piccolo arricchimento dell'RNA. Questo saggio può essere utilizzato per analizzare i cambiamenti nell'espressione del miRNA nel tempo in diversi lignaggi cellulari dell'embrione del topo precoce.
I microRNA (miRNA) sono importanti per la complessa regolazione delle decisioni sul destino cellulare e la tempistica dello sviluppo. Gli studi in vivo sul contributo dei miRNA durante lo sviluppo precoce sono tecnicamente impegnativi a causa del numero di cellule limitanti. Inoltre, molti approcci richiedono che un miRNA di interesse sia definito in saggi come il gonfiore settentrionale, il microarray e il qPCR. Pertanto, l'espressione di molti miRNA e dei loro isoformi non sono stati studiati durante lo sviluppo precoce. Qui, dimostriamo un protocollo per il sequenziamento di piccoli RNA delle cellule ordinate dagli embrioni primiti di topo per consentire una profilazione relativamente imparziale dei miRNA nelle prime popolazioni di cellule della cresta neurale. Superiamo le sfide della bassa selezione delle dimensioni e dell'input delle cellule durante la preparazione della biblioteca utilizzando l'amplificazione e la purificazione basata sul gel. Identifichiamo l'età embrionale come una variabile che rappresenta la variazione tra le repliche e gli embrioni di topo corrispondenti al palcoscenico deve essere utilizzata per profilare con precisione i miRNA nelle repliche biologiche. I nostri risultati suggeriscono che questo metodo può essere ampiamente applicato per profilare l'espressione di miRNA da altre linee di cellule. In sintesi, questo protocollo può essere utilizzato per studiare come i miRNA regolano i programmi di sviluppo in diversi lignaggi cellulari dell'embrione primo topo.
Una questione centrale della biologia dello sviluppo è come una singola cellula indifferenziata possa dare origine a un intero organismo con numerosi tipi di cellule complesse. Durante l'embriogenesi, il potenziale di sviluppo delle cellule diventa progressivamente limitato man mano che l'organismo si sviluppa. Un esempio è il lignaggio della cresta neurale, che si differenzia progressivamente da una popolazione cellulare multipotente in vari derivati terminali, come neuroni periferici, glia, osso cranico e cartilagine. Le cellule della cresta neurale vengono specificate dall'ectoderma durante la gastrapolazione e quindi subiscono un epiteliale alla transizione mesenchymal e migrano attraverso l'embrione in posizioni discrete in tutto il corpo dove si differenzianoterminalmente 1. Decenni di lavoro hanno scoperto una rete di regolamentazione genetica trascrizionale, ma molto meno si sa sui meccanismi della regolazione post-trascrizione che controllano i tempi dello sviluppo della cresta neurale.
Il lavoro precedente suggerisce che i microRNA (miRNA) reprimono l'espressione genica per una corretta tempistica dello sviluppo e le decisioni sul destinocellulare 2,3,4,5,6. Gli studi sui miRNA nello sviluppo della cresta neurale si sono in gran parte concentrati sulle fasi successive dello sviluppo craniofacciale. Ad esempio, miR-17-92 e miR-140 sono fondamentali per la palatogenesi durante lo sviluppo craniofacciale nel topo e nel pesce zebra,rispettivamente 7,8. Il contributo dei miRNA alle prime decisioni sul destino della cresta neurale dell'embrione non è stato studiato a fondo. Gli studi sui miRNA nelle prime decisioni sul destino sono stati limitati da sfide tecniche come il basso numero di cellule presenti nei primi embrioni.
I MiRNA sono stati profilati in vitro da linee cellulari utilizzando corpi embrionali in diverse fasi di differenziazione per modellare lo sviluppo precoce del topo9. L'indagine sui piccoli RNA in vivo durante lo sviluppo iniziale dei mammiferi è stata relativamente limitata. I metodi precedenti per profilare i miRNA hanno portato alla distorsione come sequenza nota viene utilizzata per analizzare l'espressione di un miRNA specifico in metodi come qPCR, microarray e northern blots10. Il sequenziamento di nuova generazione e il miglioramento degli strumenti molecolari ora consentono un'analisi relativamente imparziale dell'espressione del miRNA per studiare il loro contributo allo sviluppo precoce dei mammiferi e alle decisioni sul destino cellulare.
Qui, segnaliamo una tecnica per raccogliere e sequenziare piccoli RNA espressi in cellule di cresta neurale da embrioni di topo primi che attraversano la gastrazione (E7.5) all'inizio dell'organogenesi (E9.5). Questa tecnica è semplice e combina il tracciamento della derivazione, l'ordinamento delle celle e la selezione delle dimensioni basate su gel per preparare piccole librerie di sequenziamento dell'RNA da un numero minimo di celle per il sequenziamento di prossima generazione. Sottolineiamo l'importanza per una rigorosa corrispondenza dello stadio somite degli embrioni per risolvere intervalli di tempo di 6 ore per ottenere una visione completa dei miRNA durante i rapidi cambiamenti dello sviluppo precoce. Questo metodo può essere ampiamente applicato agli studi genetici e di sviluppo ed evita la pooling degli embrioni. Descriviamo un modo per superare le sfide dei metodi attuali come l'arricchimento del miRNA utilizzando la purificazione basata sul gel, la quantificazione della libreria e la riduzione al minimo dei pregiudizi introdotti dalla PCR. Questo metodo è stato utilizzato per identificare i modelli di espressione miRNA nel tempo per studiare come i miRNA controllano la tempistica dello sviluppo nel lignaggio della cresta neurale degli embrioni di topo.
Tutte le procedure di ricerca e cura degli animali sono state approvate dal Baylor College of Medicine Institutional Animal Care and Use Committee e ospitate nell'Associazione per la valutazione e l'accreditamento di strutture animali approvate dal Laboratorio Animal Care presso il Baylor College of Medicine. Tutti i ceppi sono stati mantenuti sullo sfondo C57BL6.
1. Dissezione dell'embrione (E7.5-E9.5)
2. Dissociazione dell'embrione e smistamento delle cellule
3. Estrazione dell'RNA
NOTA: Il protocollo è adattato dal kit di isolamento RNA; vedere Tabella dei materiali.
4. Preparazione della biblioteca
NOTA: Il protocollo è adattato dal manuale del kit di preparazione della biblioteca dell'RNA; vedere Tabella dei materiali.
5. Selezione delle dimensioni
Utilizzando la procedura illustrata qui, abbiamo raccolto embrioni a E7.5, E8.5 ed E9.5. Le strutture extraembryonica sono state rimosse da tutti gli embrioni e poi gli embrioni sono stati messi in scena per risolvere intervalli di tempo di 6 ore (Figura 1A-1B). Utilizzando l'analisi dei componenti di principio per raggruppare i campioni in base alla somiglianza, troviamo che i campioni si raggruppano per età, evidenziando la variazione come risultato dell'età embrionale e la necessità di un'attenta corrispondenza del somite per le repliche biologiche (Figura 1C). Abbiamo profilato l'epiblast pluripotente all'E7.5, il lignaggio ha tracciato le cellule della cresta neurale premigritoria e migratoria utilizzando Wnt1-Cre a E8.5 e le cellule della cresta neurale migratoria utilizzando Sox10-Cre a E9.5(Figura 1D). Qui raccogliamo specificamente la cresta neurale craniale decapitando l'embrione appena sopra il placode otico. Un confronto tra i due Cre-driver (Wnt1 e Sox10) che vengono spesso utilizzati per etichettare le cellule della cresta neurale conferma che contrassegnano popolazioni diverse negli embrioni primi del topo (Figura 1E). Sono state utilizzate strategie di Gating per ottenere singole cellule positive RFP vive che sono state ordinate direttamente nella soluzione di LYsis di estrazione RNA (vedere Tabella dei materiali) e memorizzate a -80 gradi centigradi ( Figura1F). È importante tenere traccia di quante cellule sono state raccolte da ogni campione.
L'isolamento dell'RNA è stato eseguito utilizzando una versione modificata del protocollo del kit RNA. In particolare, usiamo le colonne mini RNA che devono essere conservate a 4 gradi centigradi. Queste colonne sono utili per l'eluizione in un piccolo volume (11 L) per ottenere la più alta concentrazione possibile di RNA da campioni in cui l'input cellulare è limitante. Per questo stesso motivo, è importante ottenere tutta la fase aque dopo l'estrazione del cloroformio fenolo. Il tubo lento e l'inclinazione del tubo da un lato durante la raccolta sono fondamentali per massimizzare la resa. In questa procedura, quantifichiamo l'RNA utilizzando sia uno spettrofotometro, per ottenere informazioni sulla contaminazione sale/proteina, sia un elettroforesi capillare per misurare la concentrazione (Figura 2). La traccia dello spettrofotometro rivela che l'RNA è stato isolato senza proteine contaminanti ma ha un alto contenuto di sale(Figura 2A-2B). Idealmente il rapporto 260/280 dovrebbe essere di 1,8 dollari e il rapporto 260/230 dovrebbe essere >2.0. La resa totale di RNA misurata dallo spettrofotometro non è aumentato con l'età compresa tra E8,5-E9,5. Ciò è dovuto alla risoluzione dello spettrofotometro che non è abbastanza sensibile da rilevare i cambiamenti nella concentrazione di RNA dal numero di cellule che stiamo raccogliendo, e si consiglia di utilizzare le informazioni di concentrazione ottenute dall'elettroforesi capillare (Figura 2C). La traccia dell'elettroforesi capillare può essere utilizzata per stimare la concentrazione e le dimensioni dei frammenti di RNA. I picchi <1000 nucleotidi sono indicativi di degradazione. La traccia rappresentativa è coerente con l'RNA che non è degradato. I picchi a 2000 nucleotidi e 5100 nucleotidi sono rispettivamente 18 e 28 rRNA. La piccola regione dell'RNA si trova a 150 nucleotidi(Figura 2D).
Piccole librerie di sequenziamento dell'RNA sono state preparate utilizzando il piccolo kit di preparazione della libreria dell'RNA descritto nella Tabella dei Materiali. Qui usiamo poco meno della metà dell'RNA ottenuto da ogni campione (4 L dell'eluzione 11 L, 80-120 ng) che consente di sintetizzare le librerie di sequenziamento dell'RNA dall'RNA rimanente di ogni campione. Qui diluiamo i piccoli adattatori RNA da 3' e 5' per ridurre la quantità di dimeri dell'adattatore presenti e suggeriamo che le fasi di legatura, pulizia e trascrizione inversa dell'adattatore siano completate il più possibile in modo continuo. Abbiamo usato 16 cicli PCR per amplificare le librerie e suggerire che il numero minimo di cicli PCR per qualsiasi esperimento sia determinato empiricamente. Completando i cicli PCR in eccesso, si potrebbe gonfiare artificialmente il conteggio delle leggi di un miRNA espresso in modo basso.
La selezione delle dimensioni è indispensabile per arricchire le librerie di miRNA e non i dimer dell'adattatore, che sono in genere presenti. Le dimensioni del prodotto della libreria (150 bp) e i dimer dell'adattatore (130 bp) hanno dimensioni molto simili. L'estrazione del gel viene utilizzata per isolare le piccole librerie di sequenziamento dell'RNA lontano dai dimer dell'adattatore (Figura 3). Un'immagine di un gel PAGE prima dell'escissione mostra che in ogni campione sono presenti una moltitudine di dimensioni del prodotto (Figura 3A). È importante lasciare una corsia aperta tra due campioni qualsiasi o una scala che viene caricata sul gel. Il fronte di migrazione nella parte inferiore del gel è leggermente curvo, indicando che potrebbe essere necessario correre a una velocità inferiore se la banda da 150 bp è difficile da distinguere per tutti i campioni. Questa immagine rappresentativa mostra anche un'abbondanza di prodotto 150 bp dalla maggiore concentrazione di RNA di controllo positivo (RNA totale dal cervello di un ratto) che è andato nella preparazione della libreria rispetto a quello che è andato in ogni campione embrionale. Il controllo negativo rivela che i reagenti erano liberi di contaminare le specie di acido nucleico (Figura 3A). L'escissione della banda da 150 bp deve essere eseguita con una lama di rasoio pulita e l'area raccolta è illustrata nella figura 3B. Le tracce di elettroforesi capillari prima e dopo la selezione delle dimensioni mostrano il notevole miglioramento della purezza del prodotto della libreria da 150 BP con purificazione del gel (Figura 3C-3D). È importante notare che le tracce in Figura 3C-3D hanno picchi di esempio superiori ai marcatori, indicativi di overload. In questi casi, la dimensione dei frammenti può essere accurata, tuttavia la concentrazione non può. La quantificazione può essere ottenuta diluindo le librerie nella gamma dei marcatori o utilizzando metodi alternativi. Troviamo alcune variazioni tra i metodi alternativi di quantificazione della libreria e raccomandiamo di testare empiricamente più metodi di quantificazione. La quantificazione accurata della concentrazione è essenziale quando si massimizza il numero di campioni da sequenziare in una sola volta. Le librerie saranno diluite fino a 1,3 pM per il sequenziamento e generalmente da 15-25 campioni possono essere sequenziati contemporaneamente su un kit di sequenziamento del ciclo 150 che fornisce letture di 140 milioni di dollari. Questo si traduce in circa 5 milioni di letture per campione. Generalmente i tassi di mappatura sono tra il 60-80%.

Figura 1: Raccolta di cellule da embrioni di topo per il sequenziamento dell'RNA di piccole dimensioni. (A) Embrione di topo E8.5 per evidenziare la rimozione del sacco del tuorlo e somiti utilizzati per determinare lo stadioCdell'embrione( B ) Somite staging degli embrioni di topo per catturare le fasi dello sviluppo della cresta neurale ( C ) Analisi dei componenti di principio delle librerie presposte da cellule di cresta neurale di tipo selvatico ordinate che mostrano che i campioni gruppo per età (D) Schematico che mostra come i campioni sono stati raccolti utilizzando Wnt1-Cre a E8.5 per etichettare le cellule della cresta neurale premigritoria e migratoria e i Sox10-Cre a E9.5 per etichettare solo le cellule della cresta neurale migratoria (E) Analisi dei componenti di principio delle librerie presfò da cellule di cresta neurale wildtype ordinate che mostravano campioni raggruppati per cresta indipendentemente dall'età (F) Strategia di Gating utilizzata per isolare le cellule della cresta neurale RFP dagli embrioni E8.5 e E9.5 utilizzando l'ordinamento FACS. Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: isolamento dell'RNA dagli embrioni di topo E7.5-E9.5. (A) Traccia spettrofotometrica rappresentativa di un isolamento dell'RNA dallo stadio più giovane dell'embrione che abbiamo applicato questo protocollo. (B) Tabella che mostra i valori rappresentativi della qualità dell'RNA ottenuti dallo spettrofotometro. (C) Esempio di RNA raccolto da cellule di cresta neurale ordinate da embrioni di ogni età (D) Traccia di elettroforesi capillari che mostra RNA di buona qualità. Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: librerie di miRNA prima e dopo la selezione delle dimensioni. (A) Gel TBE-PAGE che mostra piccole librerie rappresentative di RNA per quattro campioni e controlli prima e (B) dopo l'escissione della banda di 150 bp. Le frecce rappresentano la banda da avallare (C) Traccia elettroforesi capillary della piccola libreria di RNA prima e ( D )dopola selezione delle dimensioni. Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Descriviamo una tecnica per profilare i microRNA nei primi embrioni di topo. Questo protocollo supera la sfida dell'input a bassa cellula e del piccolo arricchimento dell'RNA. Questo saggio può essere utilizzato per analizzare i cambiamenti nell'espressione del miRNA nel tempo in diversi lignaggi cellulari dell'embrione del topo precoce.
Questo progetto è stato sostenuto dalla Fondazione Andrew McDonough Bà e dal NIH (R01-HD099252, R01-HD098131. R.J.P. è uno studioso CPRIT in ricerca sul cancro (RR150106) e V Scholar in Ricerca sul Cancro (V Foundation). Gli autori vorrebbero anche riconoscere il Nucleo di Citometria e Ordinamento Cellulare al BCM per fornire le attrezzature necessarie per questo progetto.
| #5 Pinze Fine Science Tools | Fisher Scientific | NC9277114 | |
| 0,4% Trypan blue | ThermoFisher | 15250061 | |
| 10 cm Piastre di Petri | Fisher Scientific | 07-202-011 | |
| 2-Propanol | Miilapore Sigma | I9516-500ML | |
| 5 % Criterion TBE Polyacrylamide Gel, 12+2 pozzetti, 45 &; L | Bio-Rad | 3450047 | |
| 5200 Analizzatore di frammenti | Agilent | M5310AA | |
| piastre PCR a 96 pozzetti ad alto profilo semi bordeggiato trasparente/trasparente | Bio-Rad | HSS9601 | |
| BD FACSAria II | bdbiosciences | Albumina sierica bovina||
| , frazione V | Fisher Scientific | BP1600100 | |
| Dulbecco's Phosphate-Buffered Soluzione salina (DPBS) | Gendepot | CA008-300 | |
| Provette Eppendorf | Fisher Scientific | 05-408-129 | |
| Etanolo puro, 200 proof anidro | Sigma | Aldrich E7023-500ml | |
| FC-404-2001 | Illumina | FC-404-2001 | |
| HS NGS Kit di frammenti | Agilent | DNF-474-0500 | |
| HS RNA Kit | Agilent | DNF-472-0500 | |
| miRNeasy Mini Kit (50) | Qiagen | 217004 | |
| NEXTflex Small RNA-Seq Kit v3 (48 codici a barre) | Fisher Scientific NC1289113 | ||
| NextSeq 500/550 Mid Output Kit v2 (150 cicli) | Illumina | FC-404-2001 | |
| NGS Kit frammenti | Agilent | DNF-473-1000 | |
| Papain | Worthington | LK003176 | risospendere in 5 mL di PBS libero da Ca/Mg per una concentrazione finale di 27 U/mL |
| Colorante in gel per acido nucleico SYBR Gold | ThermoFisher | S11494 | |
| Trizol LS | ThermoFisher | 10296028 | |
| UVP Transilluminatori UV da banco: Forbici UV singole | Fisher Scientific | UVP95044701 | |
| Vannas Dritte Strumenti per la scienza fine #91500-09 | Fisher Scientific | NC9609583 |