Il campione utilizzato per questo protocollo faceva parte dello Studio sui muscoli, la mobilità e l'invecchiamento (SOMMA)15, che è stato approvato dal Western IRB-Copernicus Group (WCG) Institutional Review Board ed è stato condotto in conformità con la Dichiarazione di Helsinki. I partecipanti hanno fornito il consenso informato scritto per la loro partecipazione allo studio.
NOTA : Questo protocollo è adattato da un protocollo precedente che utilizza 100 mg di tessuto adiposo sottocutaneo addominale umano su una piattaforma basata su nanopozzetti16. L'attuale protocollo è ottimizzato per 50 mg di IMAT umano e la preparazione di librerie utilizzando una piattaforma basata su goccioline. Potrebbe essere necessaria un'ulteriore ottimizzazione di questo protocollo per l'isolamento di nuclei da IMAT non umano o da altri depositi adiposi.
1. Preparazione di tamponi e reagenti (Tabella 1 e Tabella 2)
NOTA: Preparare i tamponi freschi il giorno dell'esperimento e non riutilizzarli.
- Preraffreddare una centrifuga a 4 °C.
- Preparare il tampone di omogeneizzazione e il terreno di isolamento dei nuclei.
- Procurarsi due secchi di ghiaccio e preraffreddare 2 provette coniche da 15 mL.
- Miscelare tutti i reagenti per il tampone di omogeneizzazione (HB) in una provetta conica da 15 mL secondo l'ordine indicato nella Tabella 1. Mantenere il ghiaccio. Mescolare a vortice.
- Miscelare tutti i reagenti per il mezzo di isolamento dei nuclei (NIM) in una provetta conica da 15 mL nell'elenco ordinato nella Tabella 2. Mantenere il ghiaccio. Mescolare a vortice.
- Preparare il 10% di Triton-X aggiungendo 100 μL di Triton X-100 a 900 μL di acqua priva di nucleasi. Vortice per garantire una corretta miscelazione. Conservare a temperatura ambiente (RT).
| Reagente | Volume (μL) | Concentrazione finale (mM) |
| 1x | 2x |
| 1 M MgCl2 | 10 | 20 | 5 |
| 1 M Tris tampone, pH 8,0 | 20 | 40 | 10 |
| 2 M KCl | 25 | 50 | 25 |
| 1,5 M Saccarosio (-4oC) | 334 | 668 | 250 |
| 1 mM DTT | 2 | 4 | 0,001 (~1 μM) |
| 100x inibitore della proteasi | 20 | 40 | 1x |
| Superasin 20 U/μL | 40 | 80 | 0,4 U/μL |
| Acqua priva di nucleasi | 1549 | 3098 | - |
| Volume totale | 2000 | 4000 | - |
Tabella 1: Tampone di omogeneizzazione (HB). Mantenere il ghiaccio. Mescolare a vortice.
| Reagente | Volume (μL) | Concentrazione finale (mM) |
| 1x | 2x |
| EDTA | 0.4 | 0.8 | 0.1 |
| Inibitore dell'RNAsi di Ribolock (40U/μL) | 40 | 80 | 0,8 U/μL |
| 1% BSA-PBS (-/-) | 1959.6 | 3919.2 | - |
| Volume totale | 2000 | 4000 | - |
Tabella 2: Mezzo di isolamento dei nuclei (NIM). Mantenere il ghiaccio. Mescolare a vortice.
2. Polverizzazione di tessuto congelato ( Figura 2A)
- Impostare la workstation per l'omogeneizzazione.
- Riempire la bombola con azoto liquido (LN2).
ATTENZIONE: quando si lavora con LN2, indossare sempre occhiali e guanti criogenici.
- Ottieni 2 mortai, 1 pestello, 1 spatola a micro-paletta, 1 bocchettone di vetro e 1 pestello in acciaio inossidabile per il douncer automatico.
- Impostare il douncer automatico.
- Riempi un bicchiere di ghiaccio e pre-raffredda il bicchierino.
- Riempire i 2 mortai (contenenti il pestello e la spatola) con LN2 per raffreddare gli strumenti. Lasciare evaporare l'LN2 e ripetere.
- Mentre gli strumenti si raffreddano, aggiungere 1 ml di HB alla lancia di vetro.
- Riempire entrambi i mortai con LN2 un'ultima volta e versare il campione IMAT da 50 mg in uno dei mortai.
- Polverizzare l'IMAT usando il pestello premendolo delicatamente sul pezzo di tessuto per romperlo in piccoli pezzi. Assicurati che tutti i pezzi siano polverizzati.
- L'LN2 evaporerà lentamente polverizzando il tessuto. Quando il tessuto è adeguatamente polverizzato e sono rimasti ancora 1/4 - 1/2 di un mortaio di LN2 , inclinare il mortaio verso il bordo del mortaio per raccogliere il tessuto polverizzato dal labbro. Lasciare evaporare completamente l'LN2 .
- Immediatamente dopo che l'ultimo LN2 è evaporato, raccogliere il tessuto polverizzato nella bocchetta di vetro contenente 1 mL di HB.
3. Omogeneizzazione di tessuto polverizzato
- Omogeneizzare il tessuto polverizzato utilizzando il douncer automatico. Portare il bicchiere su e giù per il pestello in acciaio inossidabile per 10 colpi in avanti, seguiti da 10 colpi in senso inverso.
- Assicurarsi che la soluzione sia torbida dopo l'omogeneizzazione e non contenga pezzi di tessuto visibili. Spesso ci si aspetta un colore rosa chiaro a causa della contaminazione con il tessuto muscolare.
- Trasferire l'omogeneizzato in una provetta pre-raffreddata da 1,7 mL a basso legame su ghiaccio.
- Utilizzare 400 μl di HB per sciacquare la lancia per assicurarsi che tutto il materiale sia trasferito e aggiungerlo alla provetta.
NOTA: È possibile elaborare due campioni alla volta. Per fare ciò, raddoppia la quantità di HB e NIM. Polverizzare e omogeneizzare un campione di tessuto e subito dopo polverizzare e omogeneizzare il secondo campione di tessuto per poter eseguire le fasi di isolamento e pulizia in parallelo.
4. Isolamento e bonifica dei nuclei ( Figura 2B)
- Aggiungere 14 μl di Triton-X (10%) all'omogenato per una concentrazione dello 0,1%.
- Tenere il tubo sul ghiaccio e al buio per 10-15 minuti mentre si gira vorticosamente ogni 3 minuti.
- Pre-bagnare un filtro cellulare da 100 μm e uno da 40 μm (per campione) con 100 μL di RT DPBS per ciascuno in una provetta conica da 50 mL.
- Filtrare l'omogenato attraverso il filtro cellulare da 100 μm.
- Sciacquare la provetta da 1,7 mL con 400 μL di HB e filtrare attraverso il filtro cellulare da 100 μm.
- Quindi, filtrare la soluzione attraverso il filtro cellulare da 40 μm.
- Trasferire una quantità uguale di soluzione in due provette pre-raffreddate da 1,7 mL a basso legame corrispondenti a ~900 μL in ciascuna provetta.
- Centrifugare le provette per 10 minuti a 2700 x g a 4 °C. Dovrebbe esserci un piccolo pellet visibile dopo la centrifugazione.
- Rimuovere ed eliminare lo strato lipidico superiore e il surnatante rimanente, lasciando ~50 μL di soluzione dalla prima provetta.
- Ripetere per il secondo tubo.
- Risospendere accuratamente il pellet nella prima provetta pipettandolo delicatamente su e giù 20 volte e trasferirlo in una nuova provetta a basso legame da 1,7 mL. Evita di creare bolle.
- Ripetere questa procedura per la seconda provetta e trasferire la soluzione risoluta nella stessa provetta.
- Aggiungere 500 μl di NIM e miscelare con il pipettaggio.
- Centrifugare la provetta con una bilancia a 1000 x g per 10 minuti a 4 °C.
- Rimuovere il surnatante, lasciando ~50 μL, e pipettare delicatamente su e giù fino a quando il pellet non viene risospeso. Facoltativamente, trasferire il pellet risospeso in un nuovo tubo pulito se rimane del residuo di lipidi sul lato del tubo.
- Aggiungere 200 μl di NIM e miscelare mediante pipettaggio.
5. Colorazione e conteggio dei nuclei (Figura 2C e Figura 3)
NOTA : Per facilitare il conteggio, impostare un protocollo di "conteggio dei nuclei" su un contatore automatico di cellule, poiché la regolazione del campo luminoso e dei canali DAPI può influire notevolmente sul conteggio. Regolare i canali in modo che vengano catturati solo i nuclei e non i detriti. Assicurarsi che il canale del campo chiaro contrassegni solo gli "oggetti" che presentano anche una macchia DAPI.
- Aggiungere 1 goccia della soluzione di colorazione per cellule vive e lasciarla al buio, con ghiaccio, per 15 minuti.
- Filtrare la soluzione attraverso un filtro cellulare da 30 μm.
- Miscelare la soluzione di nuclei mediante pipettaggio e aggiungere 10 μl della soluzione a un vetrino della camera di conteggio delle cellule.
- Conta i nuclei utilizzando un contatore di cellule automatizzato.
NOTA: La concentrazione ottimale è di 1000 nuclei/μL corrispondenti a 1,0 x 106/mL.- Assicurarsi che non siano presenti grumi di nuclei, in quanto ciò potrebbe ostruire il chip per la generazione di goccioline di singoli nuclei (Figura 3).
- Se la concentrazione dei nuclei non è sufficientemente alta, centrifugare la soluzione a 1000 x g per 10 minuti a 4 °C per ottenere una pelletta, rimuovere il surnatante e risospendere in un volume più piccolo.
- Se il grado di detriti nella soluzione è elevato, risospendere la soluzione di nuclei in un volume maggiore di NIM (cioè 1 mL) e filtrare nuovamente attraverso un filtro cellulare da 30 μm. Quindi centrifugare a 1000 x g per 10 minuti a 4 °C e risospendere in volume appropriato in relazione alla concentrazione dei nuclei.
- Dopo aver ottenuto la concentrazione dei nuclei, procedere direttamente alla prima fase della preparazione della libreria.

Figura 3: Colorazione di nuclei isolati. Immagine dal contatore cellulare dei nuclei colorati con NucBlue/DAPI (immagine a sinistra) e la corrispondente immagine in campo chiaro (immagine a destra). La presenza di piccole quantità di detriti è evidente nell'immagine in campo chiaro. Il contatore automatico di celle utilizzato qui non dispone di un'opzione per includere le barre della scala. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
6. Parametri di preparazione e sequenziamento della libreria
- Fare riferimento a un protocollo completo per la preparazione della libreria utilizzando l'approccio a nuclei singoli basato su goccioline disponibile sulla pagina web17 del fornitore.
- Puntare a un recupero mirato di 10.000 nuclei. Tuttavia, per i campioni con un alto livello di detriti o nuclei fragili, ci si aspetterebbe un numero inferiore di nuclei recuperati.
- Conservare i campioni a 4°C per un massimo di 72 ore dopo il passaggio 2.3. nel protocollo di preparazione della libreria per combinare l'elaborazione di più campioni in parallelo. A tale scopo, elaborare due campioni fino al passaggio 2.3 per due giorni consecutivi e il terzo giorno elaborare i 4 campioni insieme dal passaggio 3 in avanti nel protocollo di preparazione della libreria.
- Parametri di sequenziamento: Sequenza su una piattaforma di sequenziamento che mira a 50.000 letture paired-end per nucleo.
NOTA: I dati presentati in questo protocollo sono stati sequenziati sulla piattaforma NovaSeq 6000, con l'obiettivo di 50.000 letture paired-end per nuclei.

Figura 2: flusso di lavoro del protocollo. Illustrazione schematica del flusso di lavoro nei passaggi 2 e 3 (A), 4 (B) e 5 (C) del protocollo. La figura è stata creata con BioRender.com. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
7. Elaborazione e analisi dei dati
NOTA : In questo protocollo, vengono brevemente introdotti alcuni dei software e dei pacchetti R consigliati utilizzati per elaborare i dati di sequenziamento risultanti, concentrandosi sui passaggi successivi alla pre-elaborazione iniziale (Tabella 3). Questo studio fornisce metriche generali di controllo della qualità (QC) e un esempio di approssimazione e proiezione uniforme del manifold (UMAP) nella Figura 4. Tuttavia, una descrizione approfondita dell'analisi bioinformatica esula dall'ambito di questo protocollo. Pertanto, i lettori possono fare riferimento alla recente revisione sulle migliori pratiche per l'analisi di singole cellule di Heumos et al.18.
- Pre-elaborazione dei dati di sequenziamento
- Mappare i singoli nuclei letti nel genoma di riferimento umano GRCh38.
- Includi le letture dell'introne nel conteggio.
- Eseguire il controllo qualità e il filtraggio dei dati utilizzando il pacchetto Seurat R 19.
- Calcola un punteggio di complessità cellulare dividendo il numero log(10) di geni rilevati per il numero log(10) di letture rilevate.
- Traccia le metriche QC più importanti utilizzando un istogramma o un grafico a violino, incluso il numero di geni rilevati per nucleo, la percentuale di lettura mitocondriale e il punteggio di complessità cellulare.
- Filtra i nuclei con meno di 200 o più di 10.000 geni per nucleo, più del 10% di letture mitocondriali e un punteggio di complessità inferiore a 0,8.
- Normalizza i dati ed esegui la riduzione della dimensionalità.
- Utilizzare la funzione SCTransform di Seurat per normalizzare i dati utilizzando 2000 funzioni variabili.
- Raggruppare i dati usando le funzioni seguenti del pacchetto Seurat R: RunPCA, FindNeighbors, FindClusters e RunUMAP.
- Tracciare un UMAP per visualizzare il clustering dei dati.
- Filtra i doppietti previsti utilizzando il pacchetto DoubletFinder R 20 e raggruppa nuovamente i dati.
- Annotare i cluster utilizzando marcatori genici noti dei tipi di cellule che si prevede siano presenti nel tessuto (approccio supervisionato) o in base ai primi 5 geni differenzialmente espressi tra i cluster (approccio non supervisionato).
- Utilizzare decontX21per determinare il grado di contaminazione dell'RNA ambientale e per regolare la matrice di espressione genica per l'RNA ambientale.
- Includi la matrice genica grezza come sfondo.
- Salvare l'oggetto Seurat per l'esplorazione futura dei dati.
NOTA: Il codice per l'analisi QC e clustering è disponibile nel file supplementare 1.
| Pacchetti software/R utilizzati nel flusso di lavoro dei dati | Software/pacchetti alternativi | Fase di lavorazione |
| CellRanger | STARsolo, kallisto | Ritaglio, allineamento, mappatura |
| Seurat | SingleCellExperiment, Cellranger | Controllo qualità, analisi ed esplorazione dei dati |
| DoubletFinder | scds, scdblFinder, Scrublet | Rilevamento doppietto |
| DecontX | ZuppaX, CellBender | Regolazione dell'RNA ambientale |
Tabella 3: Software/strumenti per il flusso di lavoro dei dati.