このプロトコルは、マウス眼レンズ上皮と線維細胞バルク塊の分離、続いてRNA単離およびqPCR分析を詳述する。この方法により、水晶体細胞コンパートメントを分離して、上皮細胞と分化した線維細胞におけるトランスクリプトームと生物学的プロセスをより詳細に分析することができます。
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このプロトコルは、マウス眼レンズ上皮と線維細胞バルク塊の分離、続いてRNA単離およびqPCR分析を詳述する。この方法により、水晶体細胞コンパートメントを分離して、上皮細胞と分化した線維細胞におけるトランスクリプトームと生物学的プロセスをより詳細に分析することができます。
水晶体は、目の前房にある特殊な透明な組織であり、上皮細胞と線維細胞の 2 つの主要な細胞型で構成されています。水晶体上皮細胞の単層が水晶体の前半球を覆っていますが、水晶体の大部分は水晶体繊維細胞の塊で構成されています。カプセルとして知られるコラーゲン基底膜が組織全体を取り囲み、カプセル化します。水晶体上皮細胞は水晶体カプセルに強く付着しており、カプセルを組織から剥がすことでバルク繊維塊から簡単に分離できます。水晶体単層内の少数の上皮細胞から十分なRNA濃度を得ることが困難であるため、以前は上皮細胞対線維細胞トランスクリプトームの研究が妨げられてきました。このプロトコルは、上皮および線維細胞コンパートメントおよびRNA濃度ステップをきれいに分離および単離し、単一のマウスレンズペアからの上皮細胞サンプルのその後のトランスクリプトーム実験を可能にする方法を提示する。水晶体の主要な細胞型を個別に調査する能力は、水晶体の維持と調節不全の生物学的メカニズムの調査に役立ち、加齢に伴う水晶体の病状の原因となる細胞型特異的破壊の特徴付けを可能にします。
接眼レンズは、光を網膜に細かく集束させて鮮明な画像を生成する透明な器官です。水晶体は、前半球を覆う上皮細胞の単層と、組織のバルク塊を構成する線維細胞の2つの主要な細胞型で構成されています(図1)。水晶体は水晶体嚢として知られるコラーゲン基底膜で包まれており、上皮細胞がしっかりと接着しています。水晶体が成長するにつれて、赤道の上皮細胞は増殖し、同心円状に水晶体上に層状になった繊維細胞の初期殻に分化します1,2,3。生涯にわたる水晶体の成長は、発芽ゾーンを構成する赤道上皮細胞のこの小さな集団の継続的な増殖に依存します4。線維細胞が成熟するにつれて、すべての細胞小器官が分解されて光散乱物体5,6,7,8,9,10,11が除去され、組織の透明性が維持され、最も内側の線維細胞が最終的に圧縮され、硬い水晶体中心9,12が生じます.周囲の水晶体嚢により、水晶体内の細胞代謝回転はなく、組織周辺または皮質に新しい繊維が追加されるにつれて、精線維は生涯を通じて水晶体の中心にとどまります。レンズのファイバーセルは、その年齢に応じて異なる光学特性を有し、各所与の段階における異なる生物学的特性の時間的スナップショットを提供することができる13。
利用可能な外科的選択肢にもかかわらず、通常は透明な水晶体の混濁として定義される白内障は、依然として世界の失明の主な原因です14。白内障は、異なる病態生理学で水晶体上皮、皮質、または核に現れることがあります15。しかし、白内障形成の細胞的および分子的メカニズムは不明のままです16,17。これらのさまざまな種類の白内障を予防し、手術に代わる方法を開発する方法をよりよく理解するには、これらのさまざまな細胞型が水晶体内の恒常性をどのように維持するかをよりよく理解する必要があります。
上皮細胞と線維細胞は、水晶体内で異なる生理学的役割を果たします。例えば、細胞増殖は水晶体上皮に限定される18。一方、レンズ繊維はレンズのかさばの質量を構成し、レンズ9に構造と屈折特性を提供する。水晶体のさまざまなコンパートメントに関与する生物学的プロセスのより微妙な視点を得るには、上皮細胞と線維細胞を別々に調査する必要があります。ここでは、線維細胞バルクマスから上皮を単離し、各画分からmRNAを抽出し、逆転写定量的ポリメラーゼ連鎖反応(RT-qPCR)を用いてこれらの転写産物を解析する方法を紹介します。

図1:レンズの解剖学図。 水晶体は、前半球を覆う単層上皮細胞(青とオレンジ)と水晶体繊維のバルク塊(白)の2つの細胞型で構成されています。組織は、水晶体嚢(黄褐色)として知られる薄い膠原膜に囲まれています。前上皮細胞(青)は静止していますが、赤道上皮細胞(オレンジ)は増殖、分化、伸長して水晶体周辺で繊維細胞の新しい層(白)になります。新世代のファイバーセルは、同心円状のシェルで前世代のファイバーに重ねられます。最も古い水晶体線維細胞は、組織の中心に圧縮されています。この図は、Cheng (2024)38 から修正されています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
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すべての動物実験は、国立衛生研究所の「実験動物のケアと使用に関するガイド」およびインディアナ大学の施設動物ケアおよび使用委員会(IACUC)から承認されたプロトコルに従って実施されました。
1. 作業エリア、機器、試薬の準備
2. マウスレンズの解剖
3. RNA単離
注:RNA単離のワークフローをまとめて図 2に示します。
4. 紫外可視分光光度計によるRNA濃度測定
5. 逆転写
| 歩 | 温度(°C) | 時間(分) | サイクル |
| アニーリング | 25 | 10 | 1 |
| 逆転写 | 50 | 10 | 1 |
| 酵素の不活性化 | 85 | 5 | 1 |
| 持つ | 4 | ∞ | 1 |
表1:逆転写のためのサーモサイクラー条件。 これらの条件は、特異的で、高度に処理性があり、熱安定性のある逆転写酵素に同調しています。使用する酵素やキットによって、実行条件が異なる場合があります。
6. 定量的リアルタイムPCR
| 歩 | 温度(°C) | 時間 | サイクル |
| ウラシル-N-グリコシラーゼ (UNG) の不活性化 | 50 | 120 | 1 |
| 変性 | 95 | 120 | 1 |
| 変性 | 95 | 1 | 45 |
| アニーリング | 60 | 20 | |
| 持つ | 4 | ∞ | 1 |
表2:定量的ポリメラーゼ連鎖反応のためのサーモサイクラー条件。 これらの条件は、特定の一連の市販の遺伝子発現アッセイに調整されています。増幅サイクルを40から45に増やす以外は、デフォルトのパラメータが使用されます。
7. qPCRの体積計算例
注:以下で説明する方程式の体積計算機のRソースコードは、 補足ファイル1で入手できます。この計算機は、 材料表に記載されているTaqmanプローブとマスターミックス用です。




















補足ファイル 1: ボリューム計算機の R ソース コード。このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。
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水晶体上皮と繊維は、6〜7週齢の野生型マウスから単離されました。これらの実験には3匹のマウスを使用し、各マウスの2つのレンズカプセルまたは2つの繊維細胞塊をプールして1回の生物学的複製を行いました。プロトコルに記載されているように、TRIzol試薬相分離を使用してRNAを抽出しました。平均して、一対の水晶体上皮と繊維のバルク質量は、それぞれ0.8μg(SD ± 0.2)および9.7μg(SD ± 2.3)のRNAを生成しました。15 μL溶出液の平均濃度は、上皮サンプルと繊維サンプルでそれぞれ55.4 ng/μL(SD ± 16.3)および650.0 ng/μL(SD ± 152.2)でした。5 ng/ウェル反応を使用すると、理論的には、このプロトコルを使用して単離された一対の水晶体上皮から平均160の反応が可能になります。A260/280比で測定された平均RNA純度は、上皮で1.92(SD ± 0.05)、繊維で2.05(SD ± 0.01)であり、タンパク質汚染が最小限であることを示しています。一般に、~2.0のA260/280比はRNA20に対して純粋であると見なされます。全体として...
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ここで紹介する手順は、分子生物学の方法でcDNAに逆転写できる個別のレンズコンパートメントからRNAを単離する能力を示しています。分析方法は感度が高いため、解剖段階ではレンズに付着した組織がきれいであることが不可欠です。これには、適切な清潔さを実現するために、Kimwipe でレンズを数回繰り返しする必要がある場合があります。上皮細胞サンプルを大量の繊維細胞で汚染しないように、線維性バルクマスコンパートメントからコラーゲンカプセルを分離する際にレンズを深く浸透しすぎないように注意する必要があります。水晶体上皮細胞はカプセルにしっかりと接着しており、上皮細胞とその下にある線維細胞との接着は比較的弱いため、カプセルと付着した上皮細胞を線維細胞塊からきれいに分離できます。レンズコンパートメントが単離され、TRIzolに堆積したら、有害なヒュームを避け、単離されたRNAの汚染と分解を防ぐために、サンプルを化学ヒュームフードで処理する必要があります。
RNA単離プロセスでは、RNA Clean and Concentrato...
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著者らは開示するものは何もない。
この研究は、国立眼科研究所からの助成金 R01 EY032056 (CC へ) によって資金提供されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 遠心分離機とローター | フィッシャーサイエンティフィック | 午後14285554時 | |
| クロロホルム、HPLCグレード | アルファ エザール | 22920 | |
| エタノール(190プルーフ) | デコンラボ | 2801 | |
| エタノール(200プルーフ) | フィッシャーバイオ試薬 | BP2818 | |
| フィッシャーブランドペレット乳棒 | フィッシャーサイエンティフィック | 12-141-363 | |
| 鉗子、湾曲;学生ピンセット #7 | 世界の精密機器 | 501981 | |
| 鉗子、ストレート;デュモン #5 | ファインサイエンスツール | 11252-40 | |
| 鉗子、ストレート;学生用ピンセット #4 | 世界の精密機器 | 501978 | |
| キムワイプ、小型 | キンバリー・クラーク | 34155 | デリケートなタスクワイプ |
| MicroAmp 粘着フィルム アプリケーター | アプライドバイオシステムズ | 4333183 | |
| MicroAmp EnduraPlate Optical 96ウェル高速クリア反応プレート(バーコード付き) | アプライドバイオシステムズ | 4483485 | |
| マイクロピペッター | エッペンドルフ | 01-671-120 | |
| 顕微鏡, 解剖 | カールツァイス | ステレオディスカバリー.V8 | |
| MiniAmp 光学式接着剤カバー | アプライドバイオシステムズ | 4360954 | |
| MiniAmpサーマルサイクラー | アプライドバイオシステムズ | A37834 | |
| MixMateプレートボルテックスミキサー | エッペンドルフ | 5353000529 | |
| 分子グレードの水 | フィッシャーサイエンティフィック | BP28191 | |
| Nanodrop One Microvolume 紫外可視分光光度計 | サーモサイエンティフィック | ND-ワン-W | |
| Nunc MicroWell ミニトレイ | フィッシャーサイエンティフィック | 12-565-154 | 解剖トレイ |
| PCRチューブ | VWRの | 201007-012 | |
| ペトリ皿、60 mm x 15 mm | フィッシャーサイエンティフィック | FB0875713A | |
| リン酸緩衝生理食塩水、1x ダルベッコ | ギブコ | 14190-136 | |
| ピペットチップ、10 & マイクロ;L 目盛り付き | USAサイエンティフィック | 1161-3700 | |
| ピペットチップ、1250 & マイクロ;L XL 目盛り付き | USAサイエンティフィック | 1161-1720 | |
| ピペットチップ、200 & マイクロ;L プロファイル目盛り付き | USAサイエンティフィック | 1163-1700 | |
| QuantStudio 3 リアルタイム PCR システム | アプライドバイオシステムズ | A28567 | |
| 逆転写酵素、上付き文字IV VILO | インビトロゲン | 11756050 | 処理性と熱安定性に優れた逆転写酵素 |
| RNAクリーン&コンセントレーター5キット | ザイモ | ZR1013 | |
| RNaseフリー水 | フィッシャーバイオ試薬 | BP2819 | |
| RNaseZap | シグマ | R2020 | RNase除染液 |
| SealRite マイクロ遠心分離機 1.5 mL チューブ | USAサイエンティフィック | 1615-5500 | |
| スーパーファイン ヴァンナス 8 cm | 世界の精密機器 | 501778 | 鋏 |
| qPCR用TaqMan FASTアドバンスドマスターミックス | アプライドバイオシステムズ | 4444557 | |
| TaqMan遺伝子発現アッセイ(FAM)プローブ(MTO) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 4448892 | |
| トリゾール | インビトロゲン | 15596026 | 酸-グアニジニウム-フェノール溶液 |
| ボルテックスミキサー | サーモサイエンティフィック | 88880017 |
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