高品質の総RNAは、70%エタノールでAzure Bで脊髄部を染色した後、レーザー捕捉マイクロ解剖によってマウス脊髄運動ニューロンの細胞体から調製された。3,000~4,000個の運動ニューロンから十分なRNA(約40~60 ng)を回収し、RNA-seqおよびqRT-PCRによるダウンストリームRNA解析を可能にします。
方法論記事
高品質の総RNAは、70%エタノールでAzure Bで脊髄部を染色した後、レーザー捕捉マイクロ解剖によってマウス脊髄運動ニューロンの細胞体から調製された。3,000~4,000個の運動ニューロンから十分なRNA(約40~60 ng)を回収し、RNA-seqおよびqRT-PCRによるダウンストリームRNA解析を可能にします。
目的の細胞から高品質のRNAを調製することは、細胞タイプ間の転写の違い、または健康と疾患の同じ細胞タイプ間の正確かつ有意義な分析、または薬理学的治療に続く重要です。脊髄において、運動ニューロンからのこのような調製は、多くの神経学的および神経変性疾患における関心の対象であり、運動ニューロンが全細胞集団の<10%を表すという事実によって複雑である。この問題に対処するために、レーザーキャプチャマイクロディション(LMD)が開発されました。ここでは、内因性および外因性RNasesによるRNA損傷を避けるためにマウス脊髄を迅速に回復、凍結、切除するプロトコルを説明し、続いてAzure Bを70%エタノールで染色して、内因性RNaseを阻害したまま運動ニューロンを同定するプロトコルについて説明する。LMDは、染色されたニューロンをグアニジンチオシアネートライシスバッファーに直接捕捉し、RNAの完全性を維持するために使用されます。標準的な技術は、RNA全体を回収し、その完全性を測定するために使用されます。この材料は、RNA-seqおよびqRT-PCRによる転写物の下流分析に使用することができます。
複数の異なる細胞タイプで構成される哺乳類組織では、レーザー捕捉マイクロディション(LMD)計測器の出現により、RNAまたはタンパク質レベルで分析するために特定の細胞タイプを選択する可能性が生じています。現在、増幅および次世代シーケンシング技術は、数千個の細胞から総RNAのプールを使用して、RNAの相対的レベルの評価および様々なスプライシング形態の同定を含む、トランスクリプトームの比較的徹底的なインベントリを得ることを可能にする。現在までに、数千個の細胞のプロテオミクス分析は、より豊富な種を通してのみ到達します。例えば、我々は、3,000-4,000の運動ニューロン細胞体(図示せず)から最も豊富なタンパク質の<1,000を同定し、Zhuと同僚は最近、〜15,000個の腫瘍細胞から2,665個のタンパク質を同定したと報告している。しかし、質量分析のさらなる発展に伴い、このような分析ははるかに深さに及ぶ可能性が高い。
ここでは、マウスの脊髄から運動ニューロン細胞体のLMDに用いられる特定のプロトコルを提示し、続いてRNAを調製する。このプロトコルは、RNA-seqおよびqRT-PCR検証2の両方によって野生型SOD1トランスジェニック株から調製されたRNAを有する抗肥萎縮性側索硬化症(ALS)マウスを有する、前無症性トランスジェニック変異型ジスムターゼ(SOD)1マウスの運動ニューロンからのRNAを比較する文脈で使用された。特に、運動ニューロンは、脊髄の灰色物質の前角において、全細胞集団の<10%を含み、アストロサイトの海に囲まれており、したがって、それらの転写プロファイルはコード全体の研究から容易に減少することができない。レーザーキャプチャアプローチは、これらの細胞のRNA発現を分析するのに理想的であり、短い心臓内生理食糸灌流に続いてコードを迅速に切除して凍結することによって生理学が保存されます。運動ニューロンソマトンは大きく、したがって容易に検出可能であるが、ここではニューロン3に対して強い親和性を有する色素を用いる。加えて、このような大きさを有して、これらの細胞は、捕捉された細胞当たりの比較的大量のRNAを提供する。使用される手順は、以下に詳述するように、他の神経細胞タイプ、ならびに潜在的に他の細胞タイプを得るために容易に調整することができ、特に色素染色技術または抗体染色によって同定される。
マウスの麻酔、安楽死、および心臓灌流に関してここに記載されている手順は、イェール大学の制度的動物ケアおよび使用委員会によって承認されたプロトコルの下で行われた。
1. RNaseフリーの機器およびソリューションの準備
マウスからの脊髄切片の作製(図1A)
3. 脊髄切片の染色(図1A)
4. レーザーキャプチャマイクロディスセクション(LMD)(図1B)
5. 運動ニューロンからのRNA調製
収集したニューロンをすべて1匹の動物から解凍し、それらを一緒にプールしてRNAを抽出します。サンプルは、その中の運動ニューロン (Azure B で染色) の数によっては淡い青色に見える場合があります。LMD組織に提供されるプロトコルに従って適切なキットを使用してRNAを抽出し、可能な限り最小体積で溶出する。1 μl を取ってサンプルの量と完全性を確認します。残りのRNAをドライアイスで速凍結し、-80°Cで保存します。
6. RNAの品質と量の決定
メーカーのプロトコルに従って、キャピラリー電気泳動マイクロ流体チップ上の1μlサンプルでRNA品質を決定します。8.5以上のRNAインテグリティ・ナンバー(RIN)を有するRNA製剤の合計は、RNA-seqおよびqRT-PCRに使用することができます。データ出力には、通常、サンプルの近似濃度も含まれます。
上記および 図1 で概説したプロトコルは、約20枚のPENスライド上の9-10 20 μmのスライスから解剖された3,000-4,000の脊髄運動ニューロン細胞体から>8.5のRINを有する50ng以上のRNAを生成するべきである。このスライド数はマウス脊髄のO.C T.埋め込みブロックの10%未満を表すため、-80°Cで保存されているブロックに戻り、より多くのスライスをカットしてRNA製剤の別のラウンドを通過することができます。解析に大量のRNAが必要な場合は、解剖とRNA調製を通じて数日間で処理できるスライドの数(例えば20枚)のみを数日で作り、2回目のラウンドのためにより多くのスライドを作り、製品を組み合わせる方が良いでしょう。良いものと悪いものを組み合わせることを避けるために、最初に各準備のRINをチェックしてください。RNA-seq法は感度が高まり、新しいPCR技術は現在のPCR技術よりも高感度を見込んでいます。したがって、より少ないニューロン細胞体からのRNAが少なくなり、より大きなシーケンシング深さと興味深いヒットのより包括的な検証が可能になります。一方、qRT-PCR分析および検証4 のためのMIQE勧告への完全な遵守は、低存在量のRNAに必要な制御反応を可能にするために、より多くの量を必要とするかもしれません。
図 2 は、Azure B 染色と解剖後の脊髄側腹孔ホーンセクションの一部の一般的な一連の画像を示しています。パネルAでは、大きく、暗く染色された細胞体は運動ニューロンであり、抗チャット抗体染色2によって確認され、より小さい隣接細胞から容易に分化される。パネルBは、個々の細胞体がライトペンで輪郭を描き、顕微鏡ソフトウェアによって番号付けされた同じ領域を示す。輪郭は、レーザーの切断幅に対する小さな許容量で、細胞体の余白に密接に従います。この間隔は、運動ニューロンサイトゾルの損失を避けながら、余分な材料の包含を最小限に抑えるために、各レーザーパワー設定について決定する必要があります。パネルCとDは、レーザーが切断され、個々の細胞体がコレクションキャップに落ちた後のセクションを示しています。カットマージンは、パネル C のライトペンのアウトラインに正確には従わないが、その外側に大きく残っていることに注意してください。この不規則性は、各カットの周りの暗い領域と同様に、レーザーによって引き起こされる組織への熱損傷を反映するパネルDで明らかである。このため、2つの細胞体が互いに非常に近い場合は、それらを別々に切断しようとし、ほぼ接触の領域で熱損傷を得るためにいくつかのRNAを失うよりも、単一のカットのためにそれらを概説することをおいせください。
図3 は、LMDによって収集された約4,000個のマウス運動ニューロン細胞体から調製されたRNAのサンプルのRNA完全性の電気泳動分析の典型的な結果を示す。上部パネルは、全RNAの1 μlによって生成されるエレクトロフェログラムです。右側のインセットはゲルの画像です。両方とも、顕著なリボソームRNAピークに注意してください。下パネルは、RNAサイズ規格を含むレーンのエレクトロフェログラムです。この分析ソフトウェアは、このサンプルのRINを4.9 ng/μlの濃度で計算しました。このソリューションの合計 13 μl は分析後に利用可能で、転写量の下流の qRT-PCR 検証に 64 ng の RNA を提供しました。適度に豊富な転写物の典型的なqRT-PCR分析では、全RNAの0.15〜0.20 ngは正確な定量2を生成するのに十分であり、この調製から得られたRNAの量は、推奨される4の複数のプライマーセットを有する多数の転写物を検証するのに十分である。もちろん、大量の入力RNAを使用して、希少な転写物の検証を可能にすることができます。この量はまた、ライブラリー調製および次世代RNA-seqを可能にするのに十分以上である。

図 1. 脊髄の切片の生産およびレーザー捕獲の微細解剖の概観は、脊髄運動ニューロン細胞体の。)スライス生産と染色の主要なステップ。B)脊髄部とレーザー解剖の漫画図。 ここをクリックすると、より大きな画像が表示されます。

図 2.Azure B 染色運動ニューロン細胞体のレーザー解剖の前後画像。A)染色されたセクションの腹側角の一部。4つの大きな、暗く染色された細胞に注意してください。また、軽く染色され、やや小さい細胞もあり、運動ニューロン(抗チャット抗体染色によって確認され、示されていないが、Bandyopadhyay2を参照)であり、解剖のために選択されない。多くの小さな暗い斑点は、おそらく神経細胞プロセス(樹状突起および軸索)であるが、これは確認されていない。B)ライトペンで囲んだ4つのセルボディ。アウトラインはセルの余白に近い範囲に沿って、セル間の距離が最小であることに注意してください。この間隔は、顕微鏡とレーザーごとに経験的に確立する必要があります。ソフトウェアは、収集された数を追跡することを簡素化する個々のニューロンを番号付けします。C と D)レーザーが切断され、細胞体を含む部分がコレクションキャップに落ちた後。残された穴は、アウトラインよりもやや大きく、不規則であることに注意してください。これは、レーザービームの幅と組織の局所的な組成に応じて、そのわずかに可変的な切断効率を反映しています。また、レーザーによる局所加熱損傷による各穴を囲む暗くなった組織の縁も明らかである。
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図 3.LMDサンプルから調製したRNAの完全性の電気泳動分析。A)上記のプロトコルにより〜4,000個の運動ニューロン細胞体から調製したRNAの1μlアリコートを、マイクロ流体チップ上のマイクロキャピラリー電気泳動法で解析した。エレクトロフェログラムは、顕著なリボソームRNAピークを有する示されている。右側にはゲル自体の画像があります。B)サイズ規格の電解液を示し、対応するゲルレーンを右側に表示します。計測器ソフトウェアは、このサンプルのRINを9.8、濃度4.9 ng/μlを計算しました。
脊髄スライスのレーザーマイクロディシスセクションによって全RNAを産生するためのこのプロトコルの成功の最も重要な尺度はRIN値5である。高い真核生物からのRNAサンプルの場合、8.5を超える値は定期的に高品質のシーケンシングおよびqRT-PCRデータを得る。収量が低いが品質が高い場合は、準備を繰り返します。ただし、整合性が低い場合 (7.5-8 であっても) は、問題の原因を見つけて再試行することをおし、何かがうまくいかない多くのステップがありますが、実際には問題の2つの原因(内因性RNase汚染または外因性RNase汚染)しかありません。最初は、マウスの犠牲からO.C T埋め込みコードの凍結までの時間を最小限に抑えるように、練習によって対処することができます。内因性RNaseが悪い結果に寄与することができるプロトコルの他のポイントは、スライスの調製中です。各スライスは、室温のPENスライドに素早く付着する必要がありますが、溶けます(O.C.Tが明確になります)。スライスの再凍結が早いほど良い。私たちが使用するクライオスタットは、-20°Cにあるチャンバー内の平らな表面を持ち、スライスを素早く再凍結するために使用します。使用クライオスタットで同様のスポットを見つけ、スライスが再び急速に不透明になることを確認します。
外因性RNaseのソースを追跡することは、非常に多くの可能性があるので、困難な場合があります。RNaseフリーでない試薬はO.C.T.とAzure Bだけです。Azure B が以前に十分に実行されている場合は、O.C T.の新鮮なボトルを試してみてください。RNaseフリー試薬は、別のサプライヤーからも交換することができます。はるかに可能性の高い情報源は、調査官です.作業領域の完全なクリーンアップに加えて、別のラボ メンバーが従って、手順のすべての手順を観察することがしばしば役立ちます。これが日常的にこの手順を実行していない人であっても、目の新鮮なセットは、そうでなければ気付かれていない汚染源を拾う可能性があります。
このプロトコルを他の脊髄細胞からRNAを回収したり、他の種から脊髄細胞から、または他の器官の特定の細胞タイプからRNAを回収するためには、内因性RNaseの影響を排除しながら、または少なくとも最小限に抑えながら、目的の細胞の明確な同定を達成することに向けられたいくつかの領域での修正が必要です。ここでのプロトコルでは、コードの迅速な除去と凍結は、70%エタノールでのAzure B染色と相まって、RNA分解の最小化と運動ニューロン細胞体の容易な同定の両方を可能にした。Azure Bは、RNA3 に結合するように見えるニューロンの確立された組織化学的染色であり、神経変性疾患6の患者からの脳組織の検死サンプルにおけるニューロンのRNA含有量を評価するために使用されてきた。特に、Azure B 染色は、精製された RNA の完全性や、リバース転写および分析の能力に影響を及ぼさなかった。他の色素は、クレシルバイオレット7 およびトルイジンブルー8 のような類似のLMDプロトコルで使用されている。細胞体を解剖時に直接グアニジンチオシアネート溶液に集めることで、無傷のRNAの定期的な回復をもたらした最終ステップが得られた。
同様のアプローチは、他の細胞や臓器に対して構想することができ、関心のある細胞を最小限に抑えながら同定するか、好ましくは、内因性RNasesによるRNA分解を防ぐことが、分析を成功させるための重要な要件であることを認識することができる。膵臓などのRNaseのレベルが高い組織では、迅速な取り扱いと低温が組み合わされ、β細胞からのRNAの回収が可能になり、可視化9のために自然自家蛍光を利用している。同定のために抗体染色を用いた手順も10と報告されているが、我々の手では完全に成功していない。最後に、多くのマウスモデルが、LMD顕微鏡の組織切片で同定できる目的の細胞で蛍光融合タンパク質(GFP、YFP、RFPなど)を発現するモデルが数多く用意されています。実際、このプロトコルで分析したマウス株は、SOD1とYFP11の融合タンパク質を発現しており、脊髄運動ニューロンは蛍光性が高い。しかし、O.C T.を同時に除去し、RNase活性を阻害し、LMDによる運動ニューロンの視覚化とその回復を可能にする十分なYFP蛍光を一貫して維持するエタノールの一連の燃焼および/または脱水状態を見つけることができませんでした。おそらく、新しい蛍光タンパク質、または有機溶媒中の蛍光を維持する利用可能なものの変異体は、この限界を克服することを発見することができる。
著者らは、競合する財政的利益はないと宣言している。
著者たちは、ジョージ・ファーとホーウィッチ・ラボのメンバーに有益な議論に感謝したいと考えています。 この作品はハワード・ヒューズ医学研究所によって支えられていました。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| ケタミン | ウェブスター獣医 | 26637041101 | 機関の獣医サービスによって承認された任意のソース |
| 解剖ツール(はさみ、鉗子、 etc.) | 高品質の解剖器具の便利なソース | ||
| Cryostat | ライカマイクロシステム | CM3050S | その他のクライオスタットはLMD6000に適している必要があります |
| B | ライカマイクロシステム | 他のLMDシステムはテストされていません | |
| RNaseフリーPEN膜 2 μスライド | ライカマイクロシステム | 11505189 | 他のスライドタイプがテストされており、うまく機能しません |
| RNeasy マイクロキット (50) | Qiagen | 74004 | グアニジンチオシアン酸溶解バッファーを使用し、少量のRNAを回収するためにテストされたキットは、 |
| Agilent 2100 BioAnalyzer | Agilent Technologies | G2939A | |
| Azure B Certified | MP Biomedicals | 190520 | !任意のソースからの製品は、RNAの完全性PBS |
| シグマライフサイエンス | D8537 | RNaseフリーPBS | |
| RNAエタノール70%(DEPC処理水で作られる) | の | AB04010 | 、任意の信頼性の高いソース、実験室で作られることができます |
| 水、RNaseフリー、エンドトキシンテスト(RNaseを排除するためにDEPCで処理 | アメリカのバイオアナリティカル | AB02128-00500 | 任意の信頼できるソース、ラボで作ることができます |
| RNase AWAY | Invitrogen Life Technologies | 10328-011 | RNaseZAP(これもInvitrogen製)などの他の同様のRNase除去試薬は、 |
| 2-メチルブタン | 電子顕微鏡科学 | 78-78-4 | 任意のソース |
| Maxymum Recovery マイクロフュージチューブ (0.6 および 1.5 ml) とピペットチップ | Axygen | 311-03-051 & 311-09-051 | 超低保持、RNase フリーのチューブとチップ; |
| O.C.T. Compound | Tissue-Tek | 4583 | |
| Cryomold Intermediate Size | Tissue-Tek | 4566 | |
| Lab wipes (Kimwipes) | KIMTECH | 34155 |
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