このプロトコルは、マウス上頸部および星状神経節の解剖、細胞解離、凍結保存、核単離、ハッシュタグバーコーディングなど、単一核シーケンシングのための詳細で低入力のサンプル調製について説明しています。
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このプロトコルは、マウス上頸部および星状神経節の解剖、細胞解離、凍結保存、核単離、ハッシュタグバーコーディングなど、単一核シーケンシングのための詳細で低入力のサンプル調製について説明しています。
心臓自律神経系は、心拍数や心収縮などの心機能を制御する上で重要であり、交感神経と副交感神経の枝に分かれています。通常、恒常性を維持するためにこれら2つの枝の間にはバランスがあります。しかし、心筋梗塞、心不全、高血圧などの心臓病状態は、心臓神経支配に関与する細胞のリモデリングを誘導する可能性があり、これは有害な臨床転帰と関連している。
心臓自律神経系の組織学的構造と機能に関する膨大な量のデータがあるが、健康と疾患におけるその分子生物学的構造は、依然として多くの面で謎めいている。単一細胞RNAシーケンシング(scRNA-seq)などの新しい技術は、単一細胞分解能での組織の遺伝的特性評価に有望です。しかしながら、ニューロンのサイズが比較的大きいことは、これらの技術の標準化された使用を妨げる可能性がある。ここで、このプロトコルは、液滴ベースの単一核RNAシーケンシング(snRNA-seq)を利用し、健康および疾患における心臓交感神経ニューロンの生物学的アーキテクチャを特徴付ける方法である。段階的なアプローチは、成体マウスから解剖された両側上頸部(SCG)および星状神経節(StG)のsnRNA-seqを行うことが実証される。
この方法により、長期間のサンプル保存が可能となり、短期間に複数の個人/実験からのサンプルを一度に採取できない場合でも、適切なRNA品質を維持できます。ハッシュタグオリゴ(HTO)で核をバーコードすることで、シーケンシング後の個別の神経節サンプルの多重化解除とトレースバックが可能になります。その後の解析により、交感神経節のニューロン、衛星グリア、および内皮細胞の核捕捉が成功し、snRNA-seqによって検証された。要約すると、このプロトコルは、交感神経外因性心核のsnRNA-seqに対する段階的なアプローチを提供し、他の器官および組織の神経支配の研究においてより広範な適用の可能性を有する方法である。
自律神経系(ANS)は、環境条件や病態への適応を含む身体の恒常性を維持する末梢神経系の重要な部分です1。これは、心臓血管系、呼吸器系、消化器系、および内分泌系などの全身の複数の臓器系の調節に関与しています。ANSは交感神経と副交感神経の枝に分かれています。交感神経系の脊髄枝は、交感神経鎖の神経節においてシナプスし、傍椎体の位置で両側に位置する。両側頸部および胸部神経節、特にStGは、心臓交感神経支配に関与する重要な構成要素である。心臓虚血などの疾患状態では、ニューロンリモデリングが起こり得、交感神経オーバードライブ2をもたらす。ニューロンリモデリングは、ヒトおよびいくつかの他の動物種における複数の組織学的研究において実証されている3、4、5、6。心臓交感神経節における心臓虚血誘発ニューロンリモデリングの詳細な生物学的特徴付けは現在欠如しており、心臓交感神経系(SNS)内の特殊なニューロン細胞型またはサブタイプの基本的な生物学的特徴は、健康および疾患においてまだ完全には決定されていない7。
scRNA-seqなどの新しい技術は、単一細胞レベルでの小組織の遺伝的特徴付けのためのゲートウェイを開いた8,9。しかしながら、ニューロンのサイズが比較的大きいことは、ヒトにおけるこれらの単一細胞技術の最適化された使用を妨げる可能性がある10。さらに、単一細胞シーケンシングでは、シーケンシングプロセスにおける高い損失のために十分な細胞数を回復するために、高スループットの細胞が必要です。これは、1 回のセッションで捕捉するのが難しく、シーケンシングに十分な単一細胞を導入するために複数のサンプルを必要とする小さな組織を研究する場合、困難になる場合があります。最近開発された液滴ベースのsnRNA-seq技術(すなわち、10倍クロムプラットフォーム)は、単一核間の生物学的差異の研究を可能にする11,12。snRNA-seqは、エマルジョン中のゲルビーズ(GEM)では捕捉できない可能性のある大型細胞(>30μm)に対してscRNA-seqよりも優位に立つだけでなく、広範な解離および/または長期保存との適合性も向上しています13,14,15。
不均一性、神経細胞の数、および心臓SNSにおいて富化された他の細胞は、健康および疾患状態におけるANSの特性評価にとって重要な側面である。さらに、各交感神経節による臓器特異的または領域特異的な神経支配は、SNSの複雑さに寄与する。さらに、交感神経連鎖の子宮頸部、星状、および胸部神経節は、心臓の異なる領域を神経支配することが示されている16。そのため、個々の神経節に由来する神経節細胞の単一核解析を行い、その生物学的構造を研究する必要がある。
液滴ベースのsnRNA-seqは、プレートベースのシーケンシングプラットフォームよりも低コストで、一度に複数のサンプルからの数千の細胞のプールのトランスクリプトーム全体の発現プロファイリングを可能にします。このアプローチにより、液滴ベースのsnRNA-seqは、SCGおよびStG内の細胞の細胞表現型分類および新しい亜集団同定により適しており、特に、このプロトコルは、交感神経外因性心核の同定、単離、および単一核RNAシーケンシングのための簡潔な段階的アプローチを提供し、他の関連器官および組織を神経支配する神経節の特性評価の研究において幅広い応用の可能性を秘めた方法を提供する。 健康と病気。
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このプロトコルは、マウス子宮頸部および/または子宮頸部胸部(星状)神経節のsnRNA-seqに必要なすべてのステップを記述する。雌雄のC57BL/6Jマウス(15週齢、性別毎にn=2)を用いた。さらに1匹のWnt1-Cre;mT/mGマウスを用いて、解剖目的で神経節を視覚化した17,18。この追加のマウスは、B6.Cg-Tg(Wnt1-cre)2Sor/JマウスとB6.129(Cg)-Gt(ROSA)26Sortm4(ACTB-tdTomato,-EGFP)Luo/Jマウスの交配によって生成されました。すべての動物実験は、NIHが発行し、ライデン大学の動物倫理委員会によって承認された実験動物の世話と使用のためのガイド(ライセンス番号AVD1160020185325、ライデン、オランダ)に従って実施されました。プロトコルで使用されるすべての材料、機器、ソフトウェア、および動物の詳細については、材料表を参照してください。
1. 準備
メモ: すべての手順は、細胞培養フローキャビネットで実行されます。
2. 成体マウス上頸部神経節(SCG)の解剖
3. 成体マウス星状神経節(StG)の解剖
4. マウス神経節細胞の単離と凍結保存
ステップ 4 ~ 6 を図 2 にまとめます。
5. 核の分離
注:4匹のマウスから単離した左右のSCG(計8サンプル)を、以下の核単離およびシークエンシング調製において例として使用した。手順全体を通してすべてを氷の上に保ちます。小さな核ペレットは見えないため、手順全体を通して上清の除去を容易にするために、スイングバケツを備えた遠心分離機を強くお勧めします。
6. ハッシュタグオリゴ(HTO)と多重化による中核バーコード
注:HTO染色ステップは、Gaublommeらによる皮質組織における以前の適用に従って、非常に少量の(神経節)核の核標識のために修正および最適化された15。
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単一核cDNAライブラリー調製およびsnRNA-seqの品質管理解析
代表的な結果は、25,000読み取り/核遺伝子発現ライブラリと5,000読み取り/核ハッシュタグライブラリを備えた単一のプール内の10,000個の捕捉された核のシーケンシング結果を記述します。 図3B は、バイオアナライザーで確認した1本鎖 cDNA、遺伝子発現(GEX)ライブラリー、及びHTOライブラリーの品質管理結果を示す。HTO由来cDNAは180bpより小さく、mRNA由来cDNAは300bpより大きいと予想される。高品質のGEXライブラリは300~1,000 bpのブロードなピークとして検出でき、HTOライブラリは194 bpの特定のピークとして検出されます。セルレンジャーは、デフォルト設定で多重化解除、fastqファイル生成、および読み取りアライメントに使用されました。スーラトRパッケージ19 は、その後、品質管理と下流分析に使用されました。
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ここでは、i)成体マウス上頸部および星状交感神経節の解剖、ii)神経節細胞の単離および凍結保存、iii)核単離、およびiv)多重化目的のためのHTO標識およびsnRNA-seqによる核バーコードに焦点を当てた詳細なプロトコルが記載されている。
このプロトコールにより、交感神経節細胞は、一般的に使用されるトリプシンおよびコラゲナーゼを用いて個々の神経節を解離させることによって容易に得ることができる。単離された神経節細胞の長期保存は、10%DMSOを添加したFBSで細胞を凍結することによっても容易に達成され、融解後の回収率の高さを示した。さらに、従来の単一細胞RNAシーケンシングと比較して、単一マウス交感神経節の液滴ベースのsnRNA-seqの使用とHTO染色ベースの核バーコードの適用を組み合わせると、以下の利点を有する:i)すべてのサンプルがさらなる核単離の準備が整うまでサンプルを長期間保存することができる。ii)複数の小型神経節から単離された良質の核を、分離された試料調製によって引き起こされるバッチ効果なしにシーケンシングのために一緒にプールすることができる;iii)核バーコードを...
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著者らは、開示する利益相反はありません。
Susan L. Kloet(オランダ、ライデン、LUMC、人間遺伝学部)の実験設計と有益な議論への彼女の助けに感謝します。我々は、Emile J. de Meijer(オランダ、ライデン、LUMC、ヒト遺伝学部)に対し、単一核RNA単離およびシーケンシングのためのライブラリー調製の支援に感謝する。この研究はオランダ科学研究機構(NWO)[016.196.346 to M.R.M.J.]の支援を受けています。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| <強>化学薬品および試薬 | |||
| 0.25% トリプシン-EDTA | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 25200056 | |
| 0.4% トリパンブルー色素 | バイオ・ラッド | 1450021 | |
| 抗生物質-抗真菌剤 | Gibco | 15240096 | |
| B-27 | Gibco | A3582801 | |
| コラゲナーゼ 2 型 | ワージントンLS004176 | 1,400 U/mL | |
| ジメチルスルホキシド | Sigma Aldrich | 67685 | |
| エタノールアブソリュート ≥99.5% | VWR | VWRC83813.360 | |
| ウシ胎児血清 (低エンドトキシン) | Biowest | S1810-500 | |
| L-グルタミン | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 25030024 | |
| ニューロベース 培地 | Gibco | 21103049 | |
| ウシ血清アルブミン 10% | Sigma-Aldrich | A1595-50ML | 細胞洗浄バッファー |
| DPBS (Ca2+、Mg2+フリー) | Gibco | 14190-169 | Cell wash buffer |
| 塩化マグネシウム溶液、1 M | Sigma-Aldrich | M1028 | Nucleus Lysis buffer |
| Nonidet P40 Substitute (nonionic detergent) | Sigma-Aldrich | 74385 | Nucleus Lysis buffer |
| Nuclease free water (not DEPC treated) | Invitrogen | AM9937 | Nucleus Lysis buffer |
| プロテクターRNase阻害剤、40 U/µL | Sigma-Aldrich | 3335399001 | 核溶解バッファー |
| 塩化ナトリウム溶液、5 M | Sigma-Aldrich | 59222C | 核溶解バッファー |
| Trizma 塩酸塩溶液、1 M、pH 7.4 | Sigma-Aldrich | T2194 | 核溶解バッファー |
| ウシ血清アルブミン 10% | Sigma-Aldrich | A1595-50ML | 核洗浄 |
| DPBS (Ca2+、Mg2+無料) | Gibco | 14190-169 | Nucleus |
| wash Protector RNase Inhibitor,40 U/µL | Sigma-Aldrich | 3335399001 | Nucleus wash |
| ウシ血清アルブミン 10% | Sigma-Aldrich | A1595-50ML | ST 染色バッファー (ST-SB) |
| 塩化カルシウム溶液、1 M | Sigma-Aldrich | 21115-100ML | ST 染色バッファー (ST-SB) |
| 塩化マグネシウム溶液、1 M | Sigma-Aldrich | M1028 | ST 染色バッファー (ST-SB) |
| ヌクレアーゼフリー水 (DEPC 以外)処理済み) | Invitrogen | AM9937 | ST 染色緩衝液 (ST-SB) |
| 塩化ナトリウム溶液、5M | Sigma-Aldrich | 59222C | ST 染色緩衝液 (ST-SB) |
| Trizma 塩酸塩溶液、1M、pH 7.4 | Sigma-Aldrich | T2194 | ST 染色緩衝液 (ST-SB) |
| Tween-20 | Merck Millipore | 822184 | ST 染色緩衝液 (ST-SB) |
| TotalSeq-A0451 抗核細孔複合体タンパク質 ハッシュタグ1 抗体 | バイオレジェンド | 682205 | ハッシュタグ抗体 |
| TotalSeq-A0452 抗核細孔複合体タンパク質 ハッシュタグ2 | レジェンド | 682207 | ハッシュタグ抗体 |
| TotalSeq-A0453 抗核細孔複合体タンパク質 ハッシュタグ3 | レジェンド | 682209 | ハッシュタグ抗体 |
| TotalSeq-A0461 抗核細孔複合体タンパク質 ハッシュタグ11 抗体 | バイオレジェンド | 682225 | ハッシュタグ抗体 |
| TotalSeq-A0462 抗核細孔複合体タンパク質 ハッシュタグ12 抗体 | バイオレジェンド | 682227 | ハッシュタグ抗体 |
| TotalSeq-A0463 抗核孔複合体タンパク質 ハッシュタグ13 | 抗体バイオレジェンド | 682229 | ハッシュタグ抗体 |
| TotalSeq-A0464 抗核細孔複合体タンパク質 ハッシュタグ14 抗体 | バイオレジェンド | 682231 | ハッシュタグ抗体 |
| TotalSeq-A0465 抗核細孔複合体タンパク質 ハッシュタグ15 抗体 | バイオレジェンド | 682233 | ハッシュタグ |
| 抗体 TruStain FcX (ヒト) | バイオレジェンド | 422302 | FC受容体遮断液 |
| <強力>装置および消耗品 | |||
| ブライトライン 血球計算盤 | Merck | Z359629-1EA | |
| Centrifuge 5702/R A-4-38 | Eppendorf | ||
| CoolCell LX Cell 凍結容器 | Corning | CLS432003-1EA | |
| クライオバイアル | Thermo Scientific | 479-6840 | |
| DNA LoBind 0.5 mL Eppendorf チューブ | Eppendorf | EP0030108035-250EA | |
| Eppendorf Safe-Lock Tubes 1.5 mL | Eppendorf | 30121872 | |
| Falcon 35 mm TC処理されていないペトリ皿 | Corning | ||
| ファルコン 15 mL 円錐形遠心分離管 | フィッシャー科学 | 10773501 | |
| 鉗子 デュモン #5 | ファイン サイエンス ツール | 11252-40 | |
| 硬化ファイン ハサミ | ファイン サイエンス ツール | 14091-09 | |
| アイスパン、長方形 4 L オレンジ | コーニング | CLS432106-1EA | |
| ライカ MS5 | ライカ | 顕微鏡 | |
| モリア MC50 はさみ | ファインサイエンスツール | 15370-50 | |
| ノイズ スプリングシザー | ス ファインサイエンスツール | 15012-12 | |
| オリンパス CK2 ULWCD | オリンパス | 顕微鏡 | |
| P10 | ギルソン | F144802 | |
| P1000 | Gilson | F123602 | |
| P200 | Gilson | F123601 | |
| Preseparation フィルター (30 µm) | Miltenyi biotec | Miltenyi biotec130-041-407 | |
| 振とうウォーターバス | GFL | 1083 | |
| シリコンプレート | RubberBV | 3530 | 解剖板 |
| ソフトウェアとパッケージ | |||
| Cell ranger | V4.0.0 | ||
| R programming | V4.1.1 | ||
| R sudio | V1.3.1073 | ||
| Seurat | V4.0 | ||
| tydiverse | V1.3.1 | ||
| Animals | |||
| B6.Cg-Tg(Wnt1-cre)2Sor/J マウス | ジャクソン研究所 | JAX 株 #022501 | |
| B6.129(Cg)-Gt(ROSA)26Sortm4(ACTB-tdTomato,-EGFP)Luo/J マウス | ジャクソン研究所 | JAX 株 #007576 | |
| C57BL/6J マウス | チャールズ川 | ||
| データ分析用コード | |||
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