여기에서 우리는 단일 세포 시퀀싱을 위한 틸라피아 장의 고품질 단일 세포 현탁액의 준비를 보여줍니다.
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여기에서 우리는 단일 세포 시퀀싱을 위한 틸라피아 장의 고품질 단일 세포 현탁액의 준비를 보여줍니다.
나일 틸라피아는 전 세계적으로 가장 일반적으로 양식되는 민물고기 종 중 하나이며 양식 어류 연구에 널리 사용되는 연구 모델입니다. 고품질 단일 세포 현탁액의 준비는 단일 세포 RNA 또는 게놈 시퀀싱과 같은 단일 세포 수준 연구에 필수적입니다. 그러나 양식 어종, 특히 틸라피아의 장에 대해 즉시 사용할 수 있는 프로토콜은 없습니다. 효과적인 해리 효소는 조직 유형에 따라 다릅니다. 그러므로, 최소한의 손상으로 충분한 생존 세포를 얻기 위해 적절한 효소 또는 효소 조합을 선택함으로써 조직 해리 프로토콜을 최적화하는 것이 필수적이다. 이 연구는 콜라게나제/디스파스의 효소 조합을 사용하여 나일 틸라피아 장에서 고품질 단일 세포 현탁액을 준비하기 위한 최적화된 프로토콜을 보여줍니다. 이 조합은 소화 후 세포 응집을 감소시키기 위해 소 혈청 알부민 및 DNase를 활용하여 해리에 매우 효과적입니다. 세포 출력은 90%의 세포 생존율과 높은 세포 농도로 단일 세포 시퀀싱에 대한 요구 사항을 충족합니다. 이 프로토콜은 또한 다른 어종의 내장으로부터 단세포 현탁액을 제조하기 위해 수정될 수 있다. 이 연구는 효율적인 참조 프로토콜을 제공하고 양식 어종에 대한 단일 세포 현탁액 준비에 대한 추가 시험의 필요성을 줄입니다.
세포는 유기체의 기본 단위입니다. 벌크 조직 연구와 비교했을 때, 단일 세포 수준 연구는 세포 이질성을 반영하고 더 높은 분해능 정보를 제공할 수 있습니다1. 최근 몇 년 동안 연구자들은 포유류, 제브라피쉬 및 기타 모델 유기체의 단일 세포 수준에서 게놈, 전사체, 후성유전체 또는 다중 오믹 연구를 위한 단일 세포 시퀀싱 기술을 적용했으며 큰 돌파구를 보고했습니다 2,3,4,5,6,7 . 대부분의 연구가 모델 유기체에 초점을 맞추었지만, 경제적인 어종에서 단일 세포 시퀀싱을 위한 참조 프로토콜이나 상업적 해리 키트가 거의 없기 때문에 양식 연구에서 단일 세포 시퀀싱의 적용이 제한됩니다. 따라서 높은 세포 생존율과 핵산 무결성을 가진 고품질 단일 세포 현탁액을 생산하는 조직 해리 프로토콜을 개발하는 것이 중요합니다.
손상을 최소화하면서 충분한 생존 가능한 세포를 얻기 위해 적절한 효소 또는 효소 조합으로 조직 해리 프로토콜을 최적화하는 것이 필수적입니다. 조직 해리에 가장 효과적인 효소는 조직 유형에 따라 다릅니다. 포유류에서 콜라게나제, 디스파스, 트립신, 파파인, 엘라스타제, 히알루로니다제, 리베라제, 아쿠타제 및 트립LE 8,9를 포함한 여러 효소가 포유류 고형 조직을 위한 단일 세포 현탁액을 제조하는 데 사용되었습니다. 기계적 파괴와 결합된 트립신 소화는 일반적으로 어류의 세포 배양을 위해 조직을 해리하는 데 사용되어 왔다10,11,12,13,14. 트립신은 또한 쥐의 장(15)과 제브라피쉬 아가미 조직(16)에서 조직 해리를 위해 소화 칵테일에 사용되거나 첨가되었다. 그러나 여러 가지 이유로 트립신은 단일 세포 시퀀싱에 가장 적합한 옵션이 아닙니다. 트립신 단독은 일반적으로 조직 해리에 효과적이지 않습니다. 또한, 트립신은 DNA 가닥 파괴 17,18 및 RNA 분해19를 유도한다.
파파인은 세포 사이의 긴밀한 접합부를 구성하는 단백질을 분해합니다. 포유류의 신경 및 평활근 세포에서 파파인은 다른 프로테아제보다 더 효율적이고 덜 파괴적이다20,21. 그러나 트립신과 마찬가지로 파파인은 효소 소화 과정에서 발생하는 세포 용해로 인해 유리 DNA에 의한 세포 응집을 일으킨다9. 엘라스타제는 엘라스틴을 분해하는데, 엘라스틴은 피부, 폐, 인대, 힘줄, 혈관 조직에서 전형적으로 발견된다22. 폐 조직을 해리하기 위해 콜라게나제(collagenase), 디스파스(dispase) 또는 트립신(trypsin)과 함께 자주 사용된다8. 히알루로니다아제는 히알루로난의 글리코시드 결합을 절단하여 다양한 결합 조직과 피부에서 세포외 기질의 소화에 기여합니다 9,23.
일반적으로 콜라게나제와 디스파제는 세포외 기질 분해에 좋은 옵션입니다. 그들은 인간, 마우스 및 제브라 피쉬 내장24,25,26,27의 해리에 사용되었습니다. 콜라게나제는 콜라겐에서 펩타이드 결합을 파괴하고, 세포외 기질의 소화를 촉진하며, 세포를 현탁액으로 방출하므로, 콜라게나제는 간 28,29, 비장30, 췌장31 및 장25를 포함하여 인간 및 마우스 고형 조직 해리에 자주 사용된다 . Dispaase는 비극성 아미노산 잔기의 N-말단 펩타이드 결합을 가수분해하는 프로테아제이며 콜라게나제보다 온화합니다. 그것은 세포-세포 접합에 영향을 미치지 않고 피브로넥틴, 유형 IV 콜라겐 및 더 적은 정도로 유형 I 콜라겐과 같은 세포외 기질 성분을 절단합니다. Dispase는 장25,32, 뇌33, 간 34 등과 같은 조직 해리를 위해 별도로 또는 다른 효소와 함께 사용됩니다. 또한, 리베라제(liberase), 아쿠타제(accutase), 트립레(trypLE)를 포함한 시판되는 소화 칵테일은 특히 피부, 간, 신장에 대한 고형 조직 해리를 위한 좋은 대안이다 8,9.
나일 틸라피아 (Oreochromis niloticus)는 Perciformes 주문의 Cichlidae 계통에 속한다. 열대 및 아열대 지역에서 가장 많이 양식된 민물고기 종 중 하나로 2022년 연간 생산량이 450만 톤입니다35. 주석이 잘 달린 게놈을 가진 가장 잘 연구된 양식 어종 중 하나입니다. 나일 틸라피아는 짧은 생성 시간, 사육 용이성 및 광범위한 사육 환경에 대한 적응성으로 인해 양식 어종에 대한 이상적인 연구 모델입니다. 장은 영양 소화 및 흡수, 신진 대사 및 점막 면역의 기관이기 때문에 큰 연구 관심을 받고 있습니다. 장은 미생물 개체군의 서식지이며 필수 면역 조직입니다36. 대식세포, B 세포, 과립구 및 T 세포를 포함한 수많은 면역 세포 유형의 존재로 인해 면역학적으로 활성입니다.
현재 연구에서 우리는 양식 어종에 대한 단일 세포 수준 연구를 용이하게 하기 위해 나일 틸라피아 장에서 고품질 단일 세포 현탁액을 준비하기 위한 프로토콜을 개발했습니다. 이러한 조직 특이적 효소의 특성과 예비 연구에 따르면 콜라게나제/디스파아제는 틸라피아 장 조직을 해리하는 데 적합합니다. 단세포 현탁액을 제조할 때 고려해야 할 마지막 효소 유형은 DNase-I이며, 이는 세포사멸 경로를 시작하지 않고 효소 소화 동안 죽은 세포 용해를 통해 방출된 유리 DNA를 분해하여 세포 응집을 방지하고9 살아있는 세포 수율을 증가시킨다36. 또한 소 혈청 알부민(BSA)을 세척 완충액에 첨가하여 세포 응집을 줄이고 세포 생존율을 향상시킵니다. 몇몇 시약 회사는 BSA를 효소 안정제로 설명합니다. PBS(phosphate-buffered saline)에 0.04%-1% BSA를 첨가하여 부작용 없이 단일 세포 시퀀싱 현탁액을 제조하기 위한 세척 용액을 개발하는 데 사용되었습니다38. 낮은 비율의 BSA를 첨가하면 세포 생존율을 유지하고 세포 용해로 인한 세포의 유리 DNA 유도 응집을 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 프로토콜은 또한 다른 양식 어종의 장에서 세포 해리 프로토콜을 개발하는 데 유용한 참고 자료를 제공할 수 있습니다.
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이 연구 동안 모든 동물 프로토콜은 하이난 대학교 기관 동물 관리 및 사용 위원회(프로토콜 번호: HNUAUCC-2022-00063; 승인일: 2022-03-03). 이 실험에 사용된 장비 및 소모품 목록은 재료 표에서 찾을 수 있습니다. 현재 프로토콜에 대한 요약은 그림 1에 나와 있습니다.
1. 생선 준비
2. 시약 준비
3. 장비 준비
4. 조직 해부 및 세포 해리
5. 염색 및 현미경 검사
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이 프로토콜은 단일 세포 시퀀싱을 위한 나일 틸라피아 장의 고품질 단일 세포 현탁액의 준비를 설명합니다(그림 1). 이 연구는 콜라게나제/디스파아제 혼합물이 좋은 해리 효과를 가지며 장 조직에 경미하다는 것을 보여줍니다. 최적의 소화 효소의 선택은 고품질 단일 세포 현탁액을 준비하는 데 필수적입니다. 예비 연구에서는 일반적으로 사용되는 여러 효소의 해리 효율을 비교하고 그 결과를 표 1에 나열했습니다. 콜라게나제/디스파아제 혼합물은 콜라게나제, 디스파스 또는 트립신 단독 및 리베라제, 트립신/엘라스타제, 콜라게나제/엘라스타제, 콜라게나제/트립신을 포함한 여러 다른 효소 혼합물보다 훨씬 더 나은 해리 효과를 갖는 것으로 확인되었습니다. 또한, 콜라게나제/디스파아제는 실험이 끝날 때 가장 생존 가능한 세포를 생성했습니다.
배양 시간 동안, 해리의 진행을 현미경으로 확인하였다. 30분 후에는 벌크 조직...
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이 프로토콜은 나일 틸라피아 장의 고품질 단일 세포 현탁액의 제조를 설명합니다. 해리하기 전에 장에서 지방과 장간막을 제거하는 것이 필요하며, 특히 지방이 많은 육식성 생선 내장의 경우 더욱 그렇습니다. 장 내용물을 씻어 내기 위해 딱딱하게 긁는 대신 주사기를 사용하면 세포의 기계적 손상을 줄일 수 있습니다. 세포 생존율을 보장하기 위해서는 조직 해부 및 헹굼 단계를 위해 온도를 20°C 이하로 유지하는 것도 필수적입니다. 세척 용액을 얼음 상에서 냉각시키고, 원심분리기 온도를 미리 4°C로 조정한다. 가장 중요한 것은 연구 조직에 대한 온화하고 효율적인 세포 해리 효소를 선택해야 한다는 것입니다. 이전 연구에 따르면 콜라게나제/디스파아제 혼합물은 나일 틸라피아 장에 최적입니다. 이 효소 조합은 트립신, 디스파스 또는 콜라게나제 단독보다 틸라피아 장에 더 온화하고 효과적입니다. 추가적으로, 5% FBS는 소화 동안 세포 생존율을 유지하기 위해 해리 시약에 포함되었다39. 정확한 배양 시...
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저자는 공개할 이해 상충이 없습니다.
저자는 중국 하이난성 자연과학재단(NO. 320QN211)과 중국 광둥성 수생동물 질병 통제 및 건강한 문화 핵심 연구소의 연구 기금 프로그램(NO. PBEA2021ZD01)의 지원에 감사를 표합니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 0.22-&뮤; m 멸균 필터 | Solarbio Life Sciences | SLGV033RB | 효소 용액을 여과하고 살균하는 데 사용됩니다. |
| 40-&뮤; m Cell Strainer | Solarbio Life Sciences | F8200 | Cell Strainer는 소화되지 않은 조직 조각을 제거하기 위해 적용됩니다. |
| 소 혈청 알부민 (BSA) | 시그마 알드리치 | SRE0098 | 분말; 0.04 g BSA를 100 mL 1×로 묽게 하십시오; 0.04% BSA-DPBS 세척 bffer를 준비하는 DPBS. 2 - 8 °C에 보관하십시오. |
| Collagenase II | Sangon Biotech | A004202 | PBS로 최종 농도 1mg/mL로 희석합니다. |
| 콜라겐 분해 효소 / 디스 페이스 | Roche | 10269638-001 | PBS로 최종 농도 1mg / mL로 희석합니다. |
| Dispase | Sigma-Aldrich | D4818 | PBS로 1mg/mL의 최종 농도로 희석합니다. |
| DNase I | Sigma-Aldrich | AMPD1 | DNase I는 세포 응집을 줄이는 데 도움이 됩니다. |
| Dulbecco의 인산염 완충 식염수(DPBS), Ca2+/Mg2+-free | Solarbio Life Sciences | E607009-0500 | 실온에서 보관하십시오. |
| Elastase | Sangon Biotech | A600438 | PBS로 최종 농도 0.5mg/mL로 희석합니다. |
| 소 태아 혈청 (FBS) | Gibco | 16000-044 | 혈청, digetstion 용액에 5 % 부피로 사용. |
| 반전 현미경 | Leica | qTOWER3G | 세포 생존력을 검사하는 데 사용됩니다. |
| Liberase | Roche | 5401119001 | PBS로 최종 농도 0.25mg/mL로 희석합니다. |
| 나일강틸피아(Oreochromis niloticus) | ProGift 양식 기술 유한 회사 | NA | 질병 징후가 없는 건강한 물고기 (평균 체중: 100 g). |
| 인산염 완충 식염수(PBS) | Solarbio Life Sciences | P1020 | 실온에서 보관하십시오. |
| Refrigerated Centrifuge | Eppendorf | 5424 | 조직과 세포를 방사하는 데 사용됩니다. |
| RNase inhibitor | NEB | M0314L | Inhibit RNase activity |
| 고체상 RNase-Be-Gone 시약 | Sangon Biotech | B644201-0050 | 해부 가위 및 유리 피펫과 같은 도구에서 RNase를 제거하는 데 사용됩니다. 실온에서 보관하십시오. |
| 트리카인 메탄설포네이트 (MS-222) | 시그마-알드리치 | E10521 | 물고기 안락사용. |
| Trypan Blue | Invitrogen | C0040 | 죽은 세포를 염색하는 데 사용됩니다. |
| Trypsin | Sangon Biotech | E607001 | PBS로 최종 농도 1mg/mL로 희석합니다. |
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