本プロトコルは、パラホルムアルデヒド固定および最適切断温度化合物埋め込みマウス肝組織の定義された組織領域からRNAをレーザーキャプチャマイクロ解剖を用いて単離し、ターゲットを絞った下流遺伝子発現解析を可能にする方法を説明しています。
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本プロトコルは、パラホルムアルデヒド固定および最適切断温度化合物埋め込みマウス肝組織の定義された組織領域からRNAをレーザーキャプチャマイクロ解剖を用いて単離し、ターゲットを絞った下流遺伝子発現解析を可能にする方法を説明しています。
レーザーキャプチャマイクロディセクション(LCM)は、複雑な組織内の特定の細胞群に、 現地 での可視化と分離を通じて空間的アクセスを提供します。固定組織の組織学的に定義された領域のトランスクリプトミック解析を可能にするため、パラホルマルデヒド(PFA)固定および最適切削温度(OCT)化合物埋め込みマウス肝切片からのRNA抽出に関する詳細なLCMプロトコルを提示します。このプロトコルは、組織固定、ショ糖脱水、OCT埋め込み、クライオセクシング、ヘマトキシリン染色、ターゲット組織学的部位のレーザー捕捉を含むワークフローを通じて、約1,000個のマイクロスケールサンプルの同定と収集を詳細に行います。この方法を用いると、高純度RNA(A260/A280: 1.9-2.1)が得られました。RNA完全数(RIN)は6.7±0.9で、PFA固定に伴う断片化が予想されていました。しかし、 βアクチン の定量PCRではCt値が17-19となり、断片化最適化ライブラリー調製を用いたRNAシーケンスでは高品質なリードが得られ、>90%の塩基がQ20およびQ30の閾値を満たし、RNAが感度度な下流解析に適していることが確認されました。したがって、このプロトコルはPFA固定肝組織の特定の組織学的領域から純度と完全性のRNAを提供することで、空間的に分解された標的的遺伝子発現解析を可能にします。
空間的に解明された遺伝子発現プロファイルの正確な取得は、健康や疾患における組織の異質性を理解する上で極めて重要です。単一細胞RNAシーケンシング(scRNA-seq)は細胞分解能が高い1,2を提供しますが、本来の空間的文脈を失い、組織解離時に転写プロファイルを変化させる可能性があります3,4。公に特定された特定のマーカーを欠く細胞タイプでは、免疫蛍光に基づく選別や免疫磁気分離による純粋な集団の取得は依然として困難です5,6。VisiumやGeoMxなどの空間トランスクリプトミクス技術は、高スループットの遺伝子発現データの現地捕捉を可能にしますが、単一細胞またはサブセルレベルでの空間分解能は制限されています。逆に、画像ベースの空間トランスクリプトミクスはナノメートルレベルの解像度を達成できますが、遺伝子検出スループットは制限されています。これは、特定の形態領域に対する仮説主導の分析における継続的なギャップを浮き彫りにしています。
レーザーキャプチャマイクロディセクション(LCM)は、観察可能な表現型に基づいて組織切片や生細胞培養から顕微鏡誘導下で特定の細胞を選択・分離することを可能にします。このアプローチは細胞構造と空間情報を保存します。この技術は肝疾患研究の下流解析に広く応用されています。例えば、LCMは肝生検から胆道上皮細胞を採取し、原発性胆管炎11におけるその免疫調節役割を明らかにするために用いられています。さらに、実験モデルからγグルタミルトランスフェラーゼ(GGT)陽性組織を分離し、部位特異的な Ggt1 遺伝子発現の確認にも用いられています12。しかし、これらの研究は主に新鮮な凍結組織に焦点を当てており、臨床的注釈や長期追跡が欠如していることが多いです。これに対し、化学的に固定された組織は組織病理診断に利点をもたらします14。LCMベースのRNAシーケンシング(RNA-Seq)は、アーカイブされた大規模なホルマリン固定およびパラフィン埋め込み(FFPE)肝標本に成功裏に適用されています15。しかし、パラホルマルデヒド(PFA)固定および最適切削温度(OCT)化合物埋め込み肝組織のマイクロスケールサンプルに特化した堅牢なLCMベースの遺伝子発現プロファイリングプロトコルは存在しません。
この未充足のニーズに対応するため、PFA固定かつOCT埋め込みのクライオセクシングを用いた包括的なプロトコルが最適化されました。このプロトコルは、感度の高いLCM-RNAアプリケーションにおけるFFPEワークフローの限界(例:長時間の処理や過酷な化学物質)に対応します。これに対し、PFA固定およびOCT埋め込みサンプルの固定および埋め込みプロセスは比較的単純かつ柔軟であり、RNAの完全性と組織形態の両方を保つ高品質な断片の迅速な準備を可能にします。さらに、このプロトコルは紫外線(UV)レーザーベースのLCMシステムを用いて実行されます。赤外線システムと比較して、UV-LCMはより細かい切断解像度を提供し、直接かつ非接触のサンプル採取を可能にし、汚染を最小限に抑え、複雑な組織構造から微小スケール領域を正確に分離することに適しています(17,18)。したがって、このプロトコルの運用価値は、PFA固定肝切片から微小スケール領域(~1,000細胞)を形態保存的に捉えられる能力にあります。これにより、標的遺伝子発現解析に適したRNAが得られ、組織病理学的特徴と局所的なトランスクリプトムプロファイルの直接的な相関が可能となります。
ここでは、PFA固定かつOCT埋め込みされたマウス肝切片からマイクロスケール組織(~1,000細胞)をレーザーキャプチャマイクロ解剖し、その後RNA抽出と定量逆転写PCRおよびRNAシーケンスによる下流解析を行うプロトコルを説明します。これらの処置は5日以内に完了可能です。
このプロトコルの適用可能性を評価する際の参考として、主な範囲と制限事項を以下にまとめます。このプロトコルは、主にマウス肝臓に応用されるPFA固定型OCT埋め込み組織から、特定の組織学的領域を仮説駆動型かつ形態学的に誘導するサンプリングに最適化されています。空間的に分解されたトランスクリプトミックデータを、固定標本に保存された正確な組織病理学的特徴と相関させる必要がある研究者に適しています。このワークフローは、新鮮に凍結されたサンプルが入手できないアーカイブまたは臨床注釈付きの固定組織を扱う際に特に価値があります。しかし、このプロトコルは、高完全性で非断片化RNA(例:RNA完全性番号(RIN)>8)を必要とする研究には理想的ではありません。なぜなら、化学的固定による断片化が全長転写産物に依存する応用に制限があるためです。
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動物の取り扱いおよびケアのすべての手続きは倫理ガイドラインに従って実施され、サザン医科大学の動物倫理委員会によって承認されました。本法は成体の 雄C57BL/6J マウスを用い、高脂肪・高糖・コリン欠乏の食事で代謝関連脂肪肝炎(MASH)をモデル化しました。肝臓組織を採取する前に、動物たちは首を切断して安楽死させられました。
1. PFA固定試料の調製
2. レーザーキャプチャマイクロ解剖のためのクライオセクシング
3. レーザー捕獲マイクロ解剖のためのヘマトキシリン染色
4. レーザーキャプチャマイクロディセクティング
注意:各スライドのLCM実験時間は30分から1時間の範囲に保つべきです。LCM実験全体は4時間以内に完了することが推奨されています。この限界はRTでのRNA分解を最小限に抑え、チューブキャップ内の収集バッファーの蒸発を防ぐために設定されており、効率的なサンプル回収に不可欠です。実際には、形態的に定義された領域から約1,000個の細胞を目標に4時間以内に確実に収穫できます。
5. 微量解剖サンプルの全RNA抽出
6. RNA解析
注:qRT-PCRはステップ6.1および6.2で記述され、RNA-Seqはステップ6.3で記述されています。
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実験ワークフローには、PFA固定、30%ショ糖脱水、OCT埋め込みおよび冷凍切開、ヘマトキシリン染色、LCMによる標的領域(~1,000細胞)の同定と精密収集、細胞溶解、RNA分離、RNA品質管理指標、そして2つの主要な分析応用 が含まれます。PENスライドのヘマトキシリン染色された肝臓断片は、顕微鏡下で(図2A)および(図2B)のマイクロスケール肝組織のレーザー捕捉の前後に示されています。微小胞性脂肪症を示す関心領域はPCRチューブのキャップに正確に収集され、細胞形態を完全な状態に保ちました(図2C)。
1回の複製ごとに約1,000および2,000個のLCM捕獲細胞から総RNAが抽出され、それぞれ110.7 ng±11.8 ngおよび213.3 ± 26.2 ngを得ました(<...
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LCMの強みは、選択された細胞や組織領域を正確に現地捕捉し、異質な組織内の特定の領域の研究を容易にすることにあります。しかし、サンプル収率の低さ、時間のかかる工程、高コスト、そして専門機器の必要性により、この技術の実験室での広範な応用は制限されています。本研究では、LCM-RNAプロトコルが歴史的な主要な制約を克服するために確立されました。このプロトコルは、ヘマトキシリン染色の迅速ステップ(~10秒)を実装し、FFPEの代わりにPFA/OCT埋め込みを用いることで、多くの固定組織プロトコルで必要とされる時間のかかるキシレン脱硫化手順を排除しました。単一チューブ採取戦略は中間移送を避け、試料損失やピペッティング作業を削減します。膜の周囲をマウントメディウムで密封することで、一般的な水分問題を防ぎ、初回成功率と切断効率を上げます。PFA適応RNA抽出キットの使用により、架橋RNAの効率的な回収が保証されました。超高感度ライブラリー調製キットと組み合わせることで、...
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著者には利益相反を主張するものはありません。
この研究は、中国国家自然科学基金(82070589)、広東自然科学基金(2022A1515010218)、および広州科学技術計画プロジェクト(206077078001)からの助成金によって一部支援されました。これは閻王教授への助成金です。サザン医科大学の生物医学研究センターの技術支援とレーザー捕捉マイクロ解剖システムへのアクセスに感謝しています。
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| <ストロング>マテリアル<ストロング> | |||
| 0.2 ml 薄壁チューブ | アクシゲン | PCR-02-C | LCM収集用の管 |
| 1.5 mL遠心分離機チューブ | アクシゲン | 339653 | |
| 4% パラホルムアルデヒド | レーゲン | DF0135 | |
| 50 mL遠心分離機チューブ | サーモフィッシャー・サイエンティフィック | 339653 | |
| DEPC(ジエチルピロカーボネート) | シグマ | D-5758 | |
| DNase I 消化セット | キアゲン | 73504 | RNeasy FFPEキットのコンポーネントには、DNase Iストック溶液とDNaseブースターバッファーが含まれています |
| エタノール(100%) | サーモフィッシャー・サイエンティフィック | BP2818 | 分子生物学用に精製 |
| エタノール系洗浄バッファー | キアゲン | 73504 | バッファRPE(RNeasy FFPEキットのコンポーネント) |
| 高塩水洗浄バッファー | キアゲン | 73504 | バッファRBC(RNeasy FFPEキットのコンポーネント) |
| ロープロファイルミクロトームブレード | ライカ・バイオシステムズ | 819 | |
| マイヤー」Sヘマトキシリン | レーゲン | DH0001 | |
| OCTコンパウンド | さくら | 4583 | |
| PEN膜コーティングスライド | ライカ | 11505188 | |
| リン酸塩緩衝塩水 | レーゲン | CC0010 | DNase/RNaseフリー |
| ポリLリジン | マックリン | P875131S | |
| プロテナゼK消化バッファー | キアゲン | 73504 | バッファーPKD(RNeasy FFPEキットのコンポーネント) |
| 精製柱 | キアゲン | 73504 | RNeasy MinEluteスピンカラム(RNeasy FFPEキットの部品) |
| 定量PCRマスターミックス | タカラバイオ | RR820A | TB グリーンプレミックス Ex Taq II(Tli RNaseH Plus) |
| 逆転記キット | キアゲン | 205411 | QuantiNova 逆転写キット |
| RNA抽出キット | キアゲン | 73504 | RNeasy FFPEキット |
| RNAシーケンシングキット(低入力、鎖状) | タカラバイオ | 634412 | SMARTerストランドトータルRNA-seqキット - ピコ入力哺乳類V2 |
| RNase除染剤 | ソーラービオ | SR0040 | 清掃 |
| ショ糖 | マックリン | S818049 | |
| <ストロング・アンド・アニマルズ>ダイエット | |||
| マウス:C57BL/6J | 広東省実験動物センター | 03 | |
| <ストロング>特別な食事と飲み水<強い> | |||
| 高脂肪・コリン欠乏食(ベースダイエット) | トロフィック動物飼料ハイテク株式会社 | TP36310M | マクロ栄養素:タンパク質、14kcal%;炭水化物:26 kcal%;脂肪、60 kcal) |
| 砂糖補助飲料水 | マックリン | 該当なし(社内準備) | D-グルコース(Macklin, Cat# F87500)とD-フルクトース(Macklin, Cat# S818049)の混合物が、最終濃度42 g/Lでオートクレーブされた飲料水に加えられ、グルコース対果糖の比率は55:45(w/w)でした |
| マウスプライマー | |||
| β-actin(前書き:AGAGGGAAATCGTGGTGGTGAC) | BGIシーケンシング | カスタム | HPLC精製 |
| β-actin (逆:CAATAGTGATGACCTGGCCGT) | BGIシーケンシング | カスタム | HPLC精製 |
| <ストロング>装備 | |||
| クライオスタットマイクロトーム | ライカ・バイオシステムズ | CM3050 S | |
| バイオアナライザーシステム | アジレント | G2939BA | |
| ハイスループットシーケンシングプラットフォーム | イルミナ;Inc. | NovaSeq 6000システム | |
| レーザーキャプチャマイクロディセクレーションシステム | ライカ・マイクロシステムズ | ライカLMD6500 | |
| 定量PCRシステム | 応用バイオシステム | QuantStudio 5 リアルタイムPCRシステム | |
| 分光光度計 | サーモフィッシャー・サイエンティフィック | NP80 | ナノドロップ |
| サーマルサイクラー | バイオラッド | T100 | |
| Software | |||
| Adobe Illustrator CC 2019(バージョン 23.0.2) | アドビ | https://www.adobe.com/products/illustrator.html | |
| GraphPad プリズム(バージョン 8.3.0) | GraphPadソフトウェア | https://www.graphpad.com |
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