このプロトコルは、老化マウスの涙腺を解離し、単一細胞RNAシーケンスのための生存可能な単一細胞を得る最適化方法を説明しています。逐次酵素的消化と穏やかな取り扱いにより細胞の完全性が保たれ、細胞型特異的分離や加成に伴う涙腺集団の変化のトランスクリプトミック解析に適した高品質な懸濁液が得られます。
方法論記事
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このプロトコルは、老化マウスの涙腺を解離し、単一細胞RNAシーケンスのための生存可能な単一細胞を得る最適化方法を説明しています。逐次酵素的消化と穏やかな取り扱いにより細胞の完全性が保たれ、細胞型特異的分離や加成に伴う涙腺集団の変化のトランスクリプトミック解析に適した高品質な懸濁液が得られます。
涙腺(LG)の老化は涙液分泌の減少と慢性炎症と関連し、ドライアイの発症に寄与します。加齢に伴うLGの変化には、免疫細胞浸潤、細胞損傷、腺皮細胞内の脂質蓄積、細胞外マトリックス沈着、乳管拡張が含まれます。単細胞RNAシーケンシング(scRNA-seq)は、加成中の細胞異質性や転写変化をプロファイリングする強力な手法を提供します。しかし、高齢のLG組織から有効な単細胞懸濁液を生成することは、線維化の増加、細胞の脆弱性、脂質蓄積の増加により技術的に困難です。本研究は、老化マウスLGの効率的な解離と複数の細胞タイプの分離のための最適化され再現性のあるプロトコルを提示し、下流のscRNA-seq解析に適しています。重要なのは、このプロトコルが若い涙腺、結膜、その他の外分泌組織にも適用可能である点です。ワークフローは、初期組織消化にコラゲナーゼIV、ディスパーゼII、DNase Iを用いた段階的な酵素解離戦略を採用し、その後アキュターゼで残りの細胞クラスターを解離し、最後にDNase I処理を用いてクリーンな単細胞懸浮液を得る。細胞損傷を最小限に抑えるため、すべてのプラスチック製品はPBS含有の牛血清アルブミンでコーティングされ、組織処理は制御された温度と攪拌条件下で行われる。赤血球溶解と複数のストレーナーによる逐次ろ過は、細胞純度をさらに高める。細胞型特異的分離は、リポーターマウスラインと蛍光活性化細胞選別(FACS)を組み合わせることで達成されている。 Acta2GFP マウスと PdgfraEGFPマウスを用いて、EpCAM抗体による免疫染色後にそれぞれ筋上皮細胞と線維芽細胞を単離することに成功しました。FACSによりEpCAM⁺/αSMA⁺筋上皮集団の分離が可能となり、一方でPdgfraEGFPマウスのEGFP⁺細胞が線維芽細胞集団を代表しました。このプロトコルは、老化LGから高品質で生存可能な単一細胞懸濁液を生み出し、穏やかな解離と標的細胞分離を必要とする他の線維化性または老化外分泌組織にも容易に適応可能です。
涙腺(LG)は、涙膜の水層を分泌する外分泌管状の小管腺です。生涯を通じて角膜表面とLGは細菌やウイルス感染にさらされ、上皮細胞の全身的な乱、慢性炎症反応の誘導、免疫細胞のLGへの浸透、再生の欠如を引き起こすことがあります。加成は慢性炎症性疾患の発症率増加を伴います1.その中で、ドライアイ病(DED)は世界で最も多い視力障害の原因10位の一つであり、高齢者の自立、移動能力、日常生活機能の低下に大きく寄与しています2。DEDの主な原因はLG機能障害です。
加齢に伴い、マウスおよびヒトのLGは、腺皮萎縮、管郭拡張、免疫細胞浸潤、線維症、脂質沈着など、顕著な構造的・機能的変化を遂げます。これらの変性変化は、LGの慢性炎症や組織線維化3,5,8,9も伴います。加成とLGの病理の明確な関連があるにもかかわらず、これらの変化を駆動する分子および細胞のメカニズムは依然として十分に解明されていません。
単一細胞RNAシーケンシングにより、10歳の老化中の細胞集団とその転写変化の包括的なプロファイリングが可能になります。このアプローチにより、涙腺内の異なる細胞タイプや状態を偏りなく特定でき、加齢が遺伝子発現プロファイル、免疫細胞の浸潤、上皮-間葉系相互作用にどのように変化をもたらすかを明らかにします。
現在、多くの組織解離法が利用可能であり、機械的解離法11や、コラーゲン酵素、ディスパーゼ、トリプシン12などの酵素を用いた37°Cでの温熱酵素消化を含むプロトコルも含まれます。肝臓、肺、腎臓、心臓、そして複数の腫瘍タイプを含む幅広い組織に対して様々な解離戦略が記載されています。しかし、経年経過した涙液腺組織から実用的な単細胞懸濁液を製備することは、線維化の増加と細胞の脆弱性のため技術的に依然として困難です。また、以前に報告したように、脆弱な腺細胞の回復は困難であり、解離に伴う膜透過性の変化がこれらの大きな分泌細胞からの周囲RNA放出を増加させることがあり、これが下流の単一細胞データセットにおける背景信号に寄与する可能性がある16。いくつかの研究で老化した涙腺のscRNA-seqアトラスが報告されているが、これらのデータセットの質は最適でない解離法によって制限されており、上皮細胞の収率は間質集団よりも低い。ここでは、老年マウスLGの効率的な解離と、下流のscRNA-seqおよびバルクRNA-seq解析のための異なる細胞集団の分離のための詳細かつ最適化されたプロトコルを提示する(図1)。このアプローチは、加齢に伴う涙腺機能障害の分子メカニズムを研究する強力なツールを提供する。
このプロトコルは、老化した涙腺から高品質で生存可能な単細胞懸濁液の生成を可能にし、包括的なトランスクリプトム解析の信頼できる基盤を提供します。また、筋上皮細胞、線維芽細胞、その他加減に伴う変化を遂げる上皮細胞や間質細胞タイプを含む多様な細胞集団の詳細な同定と分子特性解析を可能にします。最適化されたワークフローにより細胞の完全性が保たれ、ストレス誘発の転写アーティファクトを最小限に抑え、生体内細胞状態の正確な表現が保証されます。さらに、この手法は広く応用可能であり、他の外分泌腺や線維組織にも適応可能です。これらの場合には、穏やかな組織解離と異なる細胞集団の正確な分離が、下流の単一細胞研究において重要です。
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すべての動物実験は、スクリップス研究所の施設動物ケア・使用委員会(IACUC)が承認したプロトコル(プロトコル番号08-0123、2023年8月29日承認)に従って実施されました。スクリップス研究所の動物ケアは、国際実験動物ケア評価認定協会(AAALAC)によって認定されています。マウスは標準的な12時間の光と12時間の暗夜サイクルで飼育され、 自由に餌と水が提供されました。 実験にはPdgfraEGFP および Acta2GFP の遺伝子組換えマウス系統が使用されました。マウス系統に関する詳細情報は「材料表」セクションに記載されています。
1. 一般的な考慮事項
2. プラスチック製陶器
3. 溶液とバッファー
4. 組織採取とマイクロディサクレーション(~ 40 - 50分)
5. 最初の酵素的消化(~1.5 - 2時間)
6. 酵素活性と一次洗浄の終了(~ 15分)
7. アキュターゼおよびDNase処理(~ 30 - 35分)
8. 細胞計数と生存可能性の確認
9. scRNA-seq用細胞の準備(~ 1 - 1.5時間)
10. フローサイトメトリーに基づく細胞選別のための細胞準備(~ 1 - 1.5時間)
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高齢外分泌腺の解離は脂質蓄積と広範なECM沈着により困難です。老年した腺は顕著なリンパ球浸潤と、腔内物質との顕著な導管拡張を示し、組織解離を複雑にする構造的および炎症的変化を反映しています。涙腺は、アシナー、導管、筋上皮の3つの主要な上皮細胞タイプから成る外分泌器官です。アクシナー細胞は、角膜の水分を保ち、抗菌および創傷治癒機能を果たす涙膜の水性およびタンパク質成分を産生します。高齢LGでは、慢性炎症が上皮損傷、免疫細胞浸潤、アシナー細胞内の脂質蓄積、細胞外マトリックス堆積の増加、管拡張と関連しており、これらはいずれも涙液分泌を妨げ、組織の異質性をさらに増加させる可能性があります(図2)。それにもかかわらず、本プロトコルはLGを効果的に解離し、若年(2か月)および老化(20か月)の腺における主要な細胞群をすべて特定可能にしました。UMAP解析により、MECsや線維芽細胞を含む上皮および間質の集団がよく代表され、多様な免疫細胞(図3A,B)が明らかになりました(
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ここでは、外分泌組織から単細胞懸濁液を生成するための大幅に改良されたプロトコルを最適化・評価し、特に涙腺に焦点を当てました。この手法を用いて、古いLGおよび若いLGからクリーンで高品質な単一細胞懸濁液を生成し、単一細胞シーケンスやその他の下流用途に適しています。
多数の組織解離プロトコルが存在するにもかかわらず、分離時に最も脆弱な細胞群を効率的に回復させるためにそれらを修正・最適化する必要がありました。特定の細胞集団の脆弱性と、分離が困難な上皮および間葉系集団が同時に存在するため、非酵素的機械的解離のみに基づくプロトコルを開始から除外しました21,22。冷間酵素解離は、低温(0-10°C)で高い触媒活性を保持する親性生物由来のプロテアーゼを使用することに依存しており、低温条件下でも組織解離を行え、ストレス誘発の転写活性化アーティファクトを最小限に抑えます(16,...
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すべての著者は利益相反がないと宣言しています。
この研究は、米国国立衛生研究所(NIH)、国立眼科研究所(NEI)の助成金5R01EY026202、R01EY035333、国立歯科・頭蓋顔面研究所(NIDCR)の助成金R01DE031044、2R01DE014756、国立がん研究所(NCI)助成金5R01CA271500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 |
|---|---|---|---|
| <ストロング>マテリアル<ストロング> | |||
| BSA | シグマ・オルドリッチ | A4919 | |
| CaCl2(1 M解) | バイオビジョン | B1010-100 | |
| コラーゲナーゼIV | シグマ・オルドリッチ | C5138 | |
| 死細胞除去キット | ミルテンニ・バイオテック | 130-090-101 | |
| 死細胞除去キット | ミルテンニ・バイオテック | 130-090-101 | |
| ディスパースII | ロッシュ | C756V28 | |
| DNase I | シグマ・オルドリッチ | DN25-100MG | |
| DPBS | Gibco、サーモフィッシャー・サイエンティフィック | 14190-144 | |
| 胎児用牛血清、超低IgGです | ギブコ | # 16250078 | |
| ハンクのバランスソルトソリューション(HBSS) | コーニング(サーモ・フィッシャー・サイエンティフィック) | 21-022-CV | |
| HEPES(1 M解) | シグマ・オルドリッチ | H0887 | |
| イソフルラン溶液 | コヴェルトゥス | # 11695067772 | |
| MACS®SmartStrainers(30 & micro;m) | ミルテンニ・バイオテック | 130-098-458 | |
| MACS®SmartStrainers(70 & micro;m) | ミルテンニ・バイオテック | 130-110-916 | |
| ミディアム/F12(DMEM/F12) | ミリポール | DF-042-B | |
| MgCl2 1M | シグマ・オルドリッチ | M1028-100ML | |
| MSコラム | ミルテンニ・バイオテック | 130-042-201 | |
| NaCl(5Mストック) | インビトロジェン&トレード; | AM9759 | |
| リン酸緩衝生理食塩水(PBS)タブレット | シグマ・オルドリッチ | P8920-500ML | |
| 赤血球溶解液(10回以上) | ミルテンニ・バイオテック | 130-094-183 | |
| StemPro Accutase | Gibco、サーモフィッシャー・サイエンティフィック | A1110501 | |
| トライパンブルー溶液、0.4% | Gibco、サーモフィッシャー・サイエンティフィック | 15250061 | |
| 超純度EDTA(0.5M、pH 8.0) | インビトロジェン | 15575020 | |
| <強い>抗体<強い> | |||
| CD140a(PDGFRA)、モノクローナル抗体(APA5)、APC-eFluorおよびトレード;780、ラット/IgG2a、カッパ | eバイオサイエンス | 47-1401-82;リッド:AB_2784706 | |
| FcBlock(CD16/CD32 Fcブロッカー) | BD バイオサイエンス | 553141;リッド:AB_394656 | |
| FxCycle™バイオレット・ステイン | サーモフィッシャー・サイエンティフィック | F10347 | |
| ラットCD326(EpCAM)-APCモノクローナル抗体(G8.8)、ラットIgG2a、カッパ | eバイオサイエンス | 17-579182;リッド:AB_2716944 | |
| Mice | |||
| Acta2GFP <も> | イヴォ・カラジッチ博士からのご厚意 | PMID: 18571490 | |
| PdgfraEGFP - B6.129S4-Pdgfratm11(EGFP)Sor/J | ジャクソン研究所 | リッド:IMSR_JAX:007669 | |
| <ストロング>装備 | |||
| インビトロジェン&トレード; 伯爵夫人&トレード;3 自動セルカウンター | フィッシャー・サイエンティフィック | A49862;リッド:SCR_026963 |
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