여기에서는 단일 핵 RNA-seq, ATAC-seq 및 관절 다중오믹스(RNA-seq 및 ATAC-seq)에 대해 급속 냉동되고 보관된 간 조직에서 핵을 분리하기 위한 프로토콜을 제시합니다.
여기에서는 단일 핵 RNA-seq, ATAC-seq 및 관절 다중오믹스(RNA-seq 및 ATAC-seq)에 대해 급속 냉동되고 보관된 간 조직에서 핵을 분리하기 위한 프로토콜을 제시합니다.
간은 에너지 항상성 유지 및 생체 이물질의 신진 대사와 같은 많은 중요한 생리적 기능을 수행하는 복잡하고 이질적인 조직입니다. 이러한 작업은 간 실질 세포와 비 실질 세포 사이의 긴밀한 조정을 통해 수행됩니다. 또한 다양한 대사 활동이 간 소엽의 특정 영역에 국한되어 간 구역 화라고하는 현상입니다. 최근 단일 세포 시퀀싱 기술의 발전으로 연구자들은 단일 세포 분해능에서 조직 이질성을 조사할 수 있게 되었습니다. 간을 포함한 많은 복잡한 조직에서 가혹한 효소 및/또는 기계적 해리 프로토콜은 건강 및 질병에서 이 기관을 포괄적으로 특성화하는 데 필요한 단일 세포 현탁액의 생존력 또는 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
이 논문은 냉동되고 보관된 간 조직에서 핵을 분리하기 위한 강력하고 재현 가능한 프로토콜을 설명합니다. 이 방법은 단일 핵 RNA-seq, 고처리량 시퀀싱을 사용한 트랜스포아제 접근 염색질 분석(ATAC-seq) 및 다중 모드 오믹스(공동 RNA-seq 및 ATAC-seq)를 포함한 다운스트림, 단일 세포 체학 접근법과 호환되는 고품질 핵을 생성합니다. 이 방법은 건강하고 병에 걸린 인간, 마우스 및 비인간 영장류 냉동 간 샘플에서 핵을 분리하는 데 성공적으로 사용되었습니다. 이 접근법은 간에서 모든 주요 세포 유형을 편향되지 않게 분리 할 수 있으므로 단일 세포 분해능에서 간을 연구하기위한 강력한 방법론을 제공합니다.
단일 세포 유전체학은 간 기능을 연구하고 건강 및질병 상태에서 세포 이질성의 영향을 평가하는 데 필수적인 방법론이 되고 있습니다1. 서로 다른 정보 계층의 동시 측정과 강력한 컴퓨팅 파이프라인의 병렬 확장을 위한 "다중오믹스"의 급속한 발전은 정상 및 병든 간에서 이전에 알려지지 않은 세포 유형 및 하위 유형을 발견할 수 있는 길을 열어주고 있습니다2.
바이오뱅크 및 보관된 냉동 샘플을 탐색할 수 있는 가능성은 비실질 세포 3,4,5의 역할을 재검토 및 발견하고 노화 및 만성 질환 동안 배수체 간세포의 역할을 조사할 수 있는 기회를 크게 증가시켰습니다.6,7,8,9 . 따라서 이 백서에서는 다운스트림 단일 핵 RNA 시퀀싱 및 ATAC 시퀀싱은 물론 다중 모드 오믹스(관절 RNA-seq 및 ATAC-seq)와 호환되는 급속 냉동(FF) 보관 간에 대한 강력하고 재현 가능한 단일 핵 분리 프로토콜에 대해 설명합니다(그림 1).
이 워크플로우를 통해 효소 해리 프로토콜에서 세포 크기 또는 취약성에 관계없이 간에 있는 모든 세포 유형의 전사체 및 염색질 접근성을 조사할 수 있습니다. 귀중한 인간 샘플 또는 형질 전환 마우스의 작은 조직 절편 (15-30 mg 또는 5-10 mm3)으로 수행 할 수 있습니다. 핵 분리의 고순도를 결정하는 것은 증가된 세포 크기 및 노화10,11와 상관관계가 있을 수 있는 핵 크기의 정량화 및 측정을 포함하며, 이 순도는 간세포 배수성12 및 세포 크기 의존적 전사 메커니즘11,13,14,15 모두의 분석과 관련이 있습니다. . 또한 냉동 간에서 분리 된 핵은 간 구역화에 대한 귀중한 정보를 보유합니다. 워크플로우 및 조직 수집을 통해 단일 세포 유전체학 데이터 또는 동일한 조직 및 동일한 개인의 면역조직화학 또는 공간 전사체학과 같은 추가 보완 분석을 검증할 수 있습니다. 따라서이 접근법은 여러 간 질환 상태 및 모델 유기체에 체계적이고 안정적으로 적용될 수 있습니다.
모든 동물 실험은 독일 동물 복지법 및 어퍼 바이에른 정부의 규정에 따라 수행되었습니다. 동물 사육은 독일 동물 복지법 §11에 따라 승인되었으며 지침 2010/63/EU에 따라 수행되었습니다.
1. 조직 준비
2. 핵 분리
3. 간세포 배수성 프로파일링 또는 웰 기반 시퀀싱 접근법을 위한 핵 분류
4. 이미징 세포 분석에 의한 핵 매개 변수의 육안 검사 및 정량화 (옵션)
5. 단일 핵 RNA-seq, ATAC-seq 또는 멀티옴 라이브러리 구성 및 시퀀싱
냉동 간 샘플에서 단일 핵 분리를 위한 이 워크플로우는 단일 핵 다중오믹스에 맞게 조정되며 i) 세포 이질성 및 조직 구조의 병렬 분석을 위한 샘플 수집, ii) 단일 핵 현탁액 및 iii) 단일 핵 다중오믹스로 요약할 수 있는 세 가지 주요 단계에 의존합니다(그림 1 ). 추출된 간은 안락사된 마우스에서 해부되고 파라핀 포매, 냉동 절개 또는 둘 다에 대한 조직학적 검사를 위해 조각으로 절단됩니다. 다른 절단 조각은 다중오믹스 분석을 위한 다운스트림, 단일 핵 분리를 위해 액체 질소에서 즉시 급속 냉동됩니다. 이 조직 수집 시스템을 통해 사용자는 동일한 개인의 조직 절편에 대한 단일 핵 체학 데이터를 추가로 검증할 수 있으므로 필요한 경우 공간 전사체학 또는 면역조직화학 분석으로 데이터 세트를 보완할 수 있습니다.
여기에 설명된 방법으로 냉동 간에서 추출한 핵의 현미경 검사는 밀도 구배 원심분리 단계가 원치 않는 세포 및 조직 파편의 제거를 크게 용이하게 한다는 것을 보여줍니다(그림 2C, D). 또한 이 방법론은 세포분석 분석을 통해 검증하고 정량화할 수 있는 모든 수준의 배수성을 보존합니다(그림 3).
이 프로토콜의 성능을 추가로 검증하기 위해 분류되지 않은 핵과 FACS 분류 핵에 대해 액적 기반 snRNA-seq를 수행하고 Seurat 파이프라인에 따라 데이터를 분석했습니다. 간략하게, 추출된 단일 핵을 앞서 도19에 기재된 바와 같이 액적 기반 snRNA-seq에 대해 제조하였다. 2n 및 4n 핵 또는 그 이상의 수준의 배수성의 snRNA-seq의 경우, cDNA 증폭 단계에 11 사이클을, 최종 유전자 발현 라이브러리 구축을 위해 10 사이클을 사용하였다. 결과 라이브러리는 핵 당 ~ 25,000-39,000 평균 판독의 판독 깊이로 시퀀싱되었습니다. 획득된 단일 핵 판독은 GRCm39/mm39 마우스 게놈에 매핑되었습니다. 전처리 파이프라인을 실행할 때 핵에 존재하는 스플라이싱되지 않은 메신저 RNA(mRNA)의 포함 및 정량화를 확인하기 위해 - -include-intron 명령을 추가했습니다. 얼라이너 내에 통합된 EmptyDrops 알고리즘은 빈 드롭릿을 필터링하고 제거했습니다.
R 패키지 Seurat(버전 4.1.1)는 snRNA-seq 분석 파이프라인에서 출력되는 고유 분자 식별자(UMI) 카운트 매트릭스를 사용하여 품질 관리(QC) 메트릭을 계산하는 데 사용되었습니다. 100개 미만의 특징(유전자)과 10개 미만의 세포를 가진 카운트는 제거되었습니다. 확인된 QC 역치에 따라 핵을 여과하였다: 최소 유전자 수 = 200 및 최대 유전자 수 = 8,000, 미토콘드리아 분획 <1% 및 리보솜 분획 <2%). 상위 3,000 개의 고도로 가변적 인 유전자 (HVG)는 Seurat에서 구현 된 주성분 분석 (PCA)에 사용되었습니다. 그래프 기반 클러스터링은 PCA 분석 결과 상위 15개 PC 치수를 입력한 후 수행되었습니다. 세포를 클러스터링하기 위해 분해능 파라미터를 0.5로 설정한 모듈성 최적화 기술(Louvain 알고리즘)을 적용했습니다. 이 데이터 세트를 시각화하고 탐색하기 위해 비선형 차원 축소, 즉 UMAP(Uniform Manifold Approximation and Projection)를 실행했습니다. 각 클러스터의 동일성은 마커 유전자 6,20,21의 사전 지식에 기초하여 할당되었다.
도 4A는 핵 추출의 이 방법을 사용하여 얻어진 데이터로부터의 고품질 메트릭들을 도시한다. UMAP는 핵 전사체와 상대적으로 얕은 시퀀싱(~25,000-40,000개의 세포당 평균 판독)으로만 확실하게 식별할 수 있는 모든 핵 및 주요 세포 유형에 걸친 카운트 수를 나타냅니다(그림 4B). 이 접근법은 Hnf4a, Mlxipl 및 Ppara와 같은 간 특이적 전사 인자뿐만 아니라 생체 이물질의 대사에 관여하는 다운스트림 표적 유전자(즉, Cyp2e1 및 Cyp2f2)의 조사를 허용합니다(그림 4C). 참고로, 추출 된 핵은 주변 중심 Cyp2e1 및 주변 문맥 Cyp2f2와 같은 특징적인 유전자의 상보적인 패턴에서 알 수 있듯이 간 구역 화에 대한 중요한 정보를 유지했습니다 (그림 4C).
우리는 동일한 단일 핵18에서 후성 유전체 풍경 (ATAC) 및 유전자 발현 (RNA)의 동시 프로파일 링을위한 새로운 다중오믹스 분석과 함께이 방법을 사용하여 추출 된 분류되지 않은 핵의 호환성을 추가로 평가했습니다. 핵 용해 배양 시간을 전치 전 5분으로 최적화했습니다. 시퀀싱 라이브러리는 cDNA 예비증폭을 위해 6개의 PCR 사이클을 실행하여 구축하였다. 사전 증폭된 샘플로부터, 35 μL를 취하고, 유전자 발현 라이브러리를 구축하기 위한 샘플 인덱싱을 위해 15 PCR 사이클에 의해 추가로 증폭하였다. cDNA 트레이스의 대표적인 전기페로그램이 도 5A (상단)에 도시되어 있다. ATAC 라이브러리의 구축을 위해 40μL의 사전 증폭된 샘플을 사용하고 샘플 인덱싱을 위해 추가로 6번의 PCR 주기 동안 실행했으며, DNA 추적의 대표적인 전기페로그램은 그림 5A (하단)에 나와 있습니다. 생성된 유전자 발현 라이브러리(RNA)는 핵당 44,600회 판독 깊이로, ATAC 라이브러리는 핵당 43,500회 판독 깊이로 시퀀싱되었습니다(그림 5B).
상술한 것과 유사하게, 단일 양식, 액적 기반 시퀀싱 프로토콜, 판독 맵핑, 정렬, 빈 방울 제거, 및 단편 계수는 GRCm39/mm39 참조 게놈18을 사용하여 이전에 설명된 바와 같이 표준 지침에 따라 수행되었다. Seurat 및 Signac 패키지22를 사용하여 두 양식(RNA + ATAC)(그림 5C)의 다중 측정을 위해 "가중 최근접 이웃"(WNN) 분석을 수행하여 세포 크기 또는 핵 취약성으로 인한 현저한 편향 없이 주요 및 부 간 세포 유형을 식별하고 주석을 달 수 있었습니다(그림 5D). Satija 실험실22,23에서 발표 한 파이프 라인에는 두 분석에서 독립적으로 수행 된 표준 QC 단계 전처리 및 치수 감소가 포함됩니다. RNA-seq 및 ATAC-seq 양식의 가중 조합을 양호하게 표현하기 위해, WNN 그래프를 플롯팅하고, 이전에 확인된 마커 유전자 6,20,21에 기초하여 UMAP 시각화, 클러스터링 및 주석에 사용하였다. 단일 양식을 사용한 분석과 유사하게, 우리는 또한 업스트림 전사 조절자 (Hnf4a, Ppara, Mlxipl) 및 간 구역화의 특징적인 유전자 (Hamp, Cyp2e1 및 Cyp2f2)를 검출했다 (그림 5E).

그림 1: 실험 개요, 워크플로 및 단일 세포 게놈 응용 프로그램. (A) 조직학을 위한 조직 샘플링(왼쪽, 파라핀 임베딩 및/또는 냉동 절제를 위해 3개 섹션 선택), 단일 세포 유전체학을 위한 플래시 냉동 조직 수집(가운데), 대표적인 면역조직화학 및 면역형광 분석(오른쪽)의 예시적 표현; 스케일 바 = 100 μm. (B) 고품질 단일 핵 현탁액을위한 중요한 단계. (C) 핵 현탁액은 10x 크롬 칩에 로딩되거나 FACS 분류 및 플레이트 기반 접근법에 사용될 수 있습니다. 약어 : H & E = 헤 마톡 실린 및 에오신; DAPI = 4',6- 디아 미디 노 -2- 페닐 인돌; FACS = 형광 활성화 세포 분류. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 간 해부 및 Dounce-유리 조직 균질화. (A) 3개월령 C57BL6/J 마우스(왼쪽)로부터의 대표적인 쥐간 간 섹션은 메스로 조직을 분쇄하기 전(가운데)과 후(오른쪽) 단일 핵 분리에 사용됩니다. 스케일 바 = 1cm. (B) "느슨한"유봉 A (왼쪽)와 "단단한"유봉 B (오른쪽)로 치기 전에 2mL Dounce-유리 균질화의 예시 이미지. 구배 원심분리 전 (C) 및 구배 원심분리 후 (D) 혈구계를 사용하여 조직 균질화를 모니터링한다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 고처리량 핵 특성 분석을 위한 형광 활성화 세포 분류 및 이미징 유세포분석 . (A) 다양한 수준의 배수성을 조사하기 위해 플레이트로 분류하는 단일 핵 FACS를 위한 게이팅 전략. 전방 산란 영역 대 측면 산란 영역에 기초하여 파편을 배제하도록 설정된 산란 게이트; 여러 핵 집단을 통합하는 Hoechst-높이 대 Hoechst-Area를 기반으로 하는 핵 게이트; 이중 차별을 위해 Hoechst-Width 대 Hoechst-A 세트를 기반으로 한 싱글 렛 게이트; Hoechst-A 히스토그램을 사용하면 핵 배수성 프로파일을 시각화 할 수 있습니다. (B) 이배체 및 사배체 핵을 보여주는 모든 사건(왼쪽) 및 단일(오른쪽) 사건의 대표적인 영상화 세포분석 정량화. (C) 2n 및 4n 핵의 명시야 및 Hoechst 이미지와 이미징 세포 분석을 사용한 정량화. 약어: FACS = 형광 활성화 세포 분류; FSC-A = 전방 산란 영역; SSC-A = 측면 산란 영역; 회히스트-H = 회히스트-높이; 회흐스트-A = 회흐스트 면적; Hoechst-W = Hoechst-Width. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: snRNA-seq를 사용한 간세포 배수성의 심층 특성 분석 . (A) 유전자 수, 개수, 미토콘드리아 유전자의 백분율 및 검출된 리보솜 유전자의 백분율을 보여주는 바이올린 플롯. (B) snRNA-seq (왼쪽)를 사용하여 검출 된 세포 유형을 보여주는 UMAP와 핵의 백분율로 표현 된 정량화 (오른쪽). (c) UMAP는 개수를 예시하고 간세포 특이적 유전자의 발현을 지시하였다. 모든 핵(윗줄), 2n 핵(중간 행), 4n 핵(아랫줄). 약어 : snRNA-seq = 단일 핵 RNA-seq; UMAP = 균일 매니 폴드 근사 및 투영; 미톡. = 미토콘드리아 유전자; 리보스. = 리보솜 유전자. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: 냉동되고 보관된 어린 간에서 추출한 다중오믹스(관절 RNA-seq 및 ATAC-seq)의 품질 관리 및 분석 . (A) cDNA 합성 및 ATAC 후 분자량 생성물을 보여주는 다중오믹스 파이프라인 후에 얻어진 대표적인 자동 전기영동 트레이스. (B) ATAC-seq, RNA-seq, 미토콘드리아 유전자의 백분율 및 필터링 전후의 리보솜 유전자의 백분율에 대한 카운트 수를 보여주는 바이올린 플롯. (c) UMAP는 RNA-서열(왼쪽), ATAC-서열(중간) 및 관절 양상-RNA-서열 및 ATAC-서열(오른쪽)로부터의 유전자 발현을 나타낸다. (D) 다른 세포 유형은 표시된 간세포 특이 적 유전자의 발현과 함께 다른 색상으로 주석이 달립니다. (E) 지시된 세포 유형에서 지시된 유전자의 군집 특이적 발현을 보여주는 특징 플롯. 약어: ATAC-seq = 고처리량 시퀀싱을 사용한 전이효소 접근 가능한 염색질에 대한 분석; 중간 Hep = 중간 구역 간세포; 엔도 = 내피 세포; PV Hep = 문맥주위 간세포; 비 -z Hep = 비 구역 된 간세포; CV Hep = 중심 주위 간세포; Kup & DC = Kupffer & 수지상 세포; SC = 성상 세포, Neu = 호중구; Chol = 담관 세포; 미톡. = 미토콘드리아 유전자; 리보스. = 리보솜 유전자. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 시약 | 주식 | 10 밀리리터 | 15 mL | 50 밀리리터 | ||
| (A ) 요오드 산올 배지 (IDM) | ||||||
| 250 mM 자당 | 1분 | 12.5 밀리리터 | ||||
| 150 밀리엠 KCl | 2분 | 3.75 밀리리터 | ||||
| 30 mMMgCl2 | 1분 | 1.5 밀리람베르트 | ||||
| 60 mM 트리스 버퍼 pH 8.0 | 1분 | 3 mL | ||||
| 초순수 RNase 프리 워터 | 29.25 밀리리터 | |||||
| (B) 50 % IDM | ||||||
| 이오딕산올 | 60% | 12.5 밀리리터 | ||||
| 증권 시세 표시기 | 2.5 밀리리터 | |||||
| (씨) 29% IDM | ||||||
| 이오딕산올 | 60% | 7.25 밀리리터 | ||||
| 증권 시세 표시기 | 7.75 밀리리터 | |||||
| (d ) 핵 분리 배지 -1 (NIM-1) | ||||||
| 250 mM 자당 | 1분 | 12.5 밀리리터 | ||||
| 25 밀리엠 케이씨엘 | 2분 | 0.625 밀리리터 | ||||
| 5 mMMgCl2 | 1분 | 0.25 밀리리터 | ||||
| 10 mM 트리스 버퍼 pH 8.0 | 1분 | 0.5 밀리리터 | ||||
| 초순수 르나제 무함유 물 | 36.125 밀리리터 | |||||
| (E ) 핵 분리 배지 -2 (NIM-2) | ||||||
| NIM-1 버퍼 | 9.99 밀리리터 | |||||
| 디티오트레이톨 (DTT) | 1 밀리미터 | 0.01 mL | ||||
| 프로테아제 억제제 정제 (EDTA 무첨가) | 1 | 1 태블릿 | ||||
| (f ) 균질화 완충액 (HB) | ||||||
| NIM-2 버퍼 | 9.697 밀리리터 | |||||
| 재조합 RNase 억제제 | 40 U/μL | 0.1 밀리리터 | ||||
| 단백질 기반 RNAse 억제제 (슈퍼 아제 • IN) | 20 U/μL | 0.1 밀리리터 | ||||
| 0.1% 트리톤-X | 10% | 0.1 밀리리터 | ||||
| 3 μg/mL 회히스트 33342 | 10 밀리그램 / 밀리리터 | 0.003 mL | ||||
| (g ) 핵 저장 완충액 (NSB) | ||||||
| 166.5 mM 자당 | 1분 | 1.665 밀리리터 | ||||
| 5 mMMgCl2 | 1분 | 0.05 밀리리터 | ||||
| 10 mM 트리스 pH 8.0 | 1분 | 0.1 밀리리터 | ||||
| 재조합 RNase 억제제 | 40 U/μL | 0.1 밀리리터 | ||||
| 단백질 기반 RNase 억제제 (슈퍼 아제 • IN) * | 20 U/μL | 0.1 밀리리터 | ||||
| 초순수 RNase 프리 워터 | 8.085 mL | |||||
| * 옵션(FACS 정렬에만 해당) | ||||||
표 1 : 솔루션 레시피. (a) 요오드 산올 배지 (IDM)의 제조; (b) 요오드 딕산올 용액의 50 % 희석; (C) 요오드 딕산올 용액의 29 % 희석. (D) 핵 분리 배지-1(NIM-1)의 제조. (E) 핵 분리 배지-2(NIM-2)의 제조. (f) 균질화 완충액(HB)의 제조. (g) 핵 저장 완충액(NSB)의 제조.
단일 세포 또는 단일 핵 RNA-seq에 의한 간의 세포 구성을 해부하면 간 질환 발달 및 진행에 대한 더 깊은 이해를 제공합니다 3,4,5,24. 간에서 단일 세포 분리는 시간이 많이 걸리고 가혹한 기계적 또는 효소 해리를 포함하는 프로토콜이 필요합니다25,26,27. 모든 조직은 최적의 조직 해리 프로토콜을 결정하기 위한 체계적인 평가뿐만 아니라 취약한 세포 유형 또는 핵(28)을 포획하기 위한 적절한 저장 방법을 필요로 한다는 것이 널리 받아들여지고 있다. 조직 가용성, 관심 질병, 발달 단계 또는 모델 유기체에 따라 다운스트림 처리를 위한 단일 핵 현탁액의 제조가 단일 세포 현탁액을 사용하는 것보다 더 적합한 방법론일 수 있습니다. 중요하게도, 간에서 scRNA-seq 및 snRNA-seq는 핵과 세포질 mRNA 사이에 높은 상관 관계를 보여 주었으며, 이는 두 접근법 모두 상보적인 정보 2,3,4,6,29를 제시한다는 것을 시사한다.
이 논문은 생쥐와 인간과 원숭이를 포함한 다른 종의 냉동되고 보관된 간 샘플에서 표준화되고 강력하며 재현 가능한 단일 핵 분리를 제공합니다. 이 방법은 차우와 고지방 식단(HFD)을 먹인 야생형 마우스와 웰 플레이트 기반 및 액적 기반 단일 핵 게놈 접근법을 모두 사용하는 간 섬유증의 마우스 모델에 사용할 수 있습니다6. 이 방법은 원래 Krishnaswami et al.30 에 의해 뇌 조직에 대해 설명한 프로토콜에 의존하며 급속 냉동 간에 맞게 조정된 추가 수정이 있습니다. 최적의 균질화는 핵막 무결성에 부정적인 영향을 미치지 않고 조직으로부터 대부분의 핵을 유리시킨다. 그러나 너무 많이 사용하면 깨지기 쉬운 핵이 손상되고 전반적인 품질이 저하 될 수 있습니다. 젊은 및/또는 지방간은 일반적으로 유봉 A 로 5회, 유봉 B로 10회만 필요한 반면, 노인 및/또는 섬유성 간은 유봉 B 로 15회만 필요하지만 그 이상은 필요하지 않습니다. 따라서 여기에 표시된 숫자 이상으로 더 많은 스트로크를 수행하지 않는 것이 좋습니다. 오버 더블은 단일 핵 현탁액의 품질에 부정적인 영향을 미치고 주변 RNA의 양을 증가시킬 수 있습니다. 결과적으로 다운스트림 데이터 분석 중에 추가 계산 필터링 단계를 수행해야 할 수 있습니다.
여기에 제시된 프로토콜은 다목적이며 젊은 (3 개월) 및 노인 (24 개월) 마우스의 다양한 간 상태에 맞게 조정할 수 있습니다. 우리는 오래된, HFD 및 섬유 성 조직에 간의 더 큰 부분이 필요하다는 것을 발견했기 때문에 처리에 사용할 수있는 조직의 크기는 생물학적 물질의 양이 적은 일부 사용자에게는 한계를 제기 할 수 있습니다. 그러나 그래디언트 정제는 액적 기반 게놈 분석을 사용한 즉각적인 샘플 처리에 적극 권장됩니다. 웰 기반 분석을 위해 핵을 96-/384-웰 플레이트로 FACS 분류해야 하는 경우 그래디언트 정제를 생략할 수 있습니다. FACS 분류를 위한 권장 핵 농도(즉, ~1 ×10 5 핵/mL)를 얻기에 충분한 조직 샘플이 있는 경우 사용자가 그래디언트 정제를 수행하는 것이 좋습니다.
간은 간세포의 배수체 성질을 특징으로하지만, 정상적인 생리학및 질병에서 간세포 배수체의 역할은 아직 명확하지 않다. 배수성이 게놈 가변성31을 제공한다는 증거가 증가하고 있으며, 배수성이32,33세에 따라 증가한다는 것은 잘 알려져 있습니다. 그러나 단핵 사배체 간세포의 농축은 인간 간세포 암종 (HCC)의 예후가 좋지 않은 것과 임상 적으로 관련이 있습니다.34. 유사하게, 간세포 배수성 수준의 변화는 비 알코올성 지방간 질환 (NAFLD)과 같은 노화 관련 만성 간 질환과 관련이 있습니다.35,36,37. 배수성은 두 개 이상의 게놈 사본을 소유하는 상태이며, 이는 Hoechst38과 같은 DNA 염료로 게놈 함량을 염색하여 탐색 할 수 있습니다. 추출 전에 HB에 첨가되는 Hoechst 염료는 분리 프로토콜 동안 모든 핵에 라벨을 붙입니다. 이를 통해 유세포 분석 장비에서 UV (350nm) 또는 보라색 (450nm) 레이저에 의해 여기 될 때 DNA 함량을 기반으로 이배체와 배수체 핵을 구별 할 수 있습니다. 전시된 게이팅 전략을 통해 2n, 4n, 8n 및 더 높은 수준의 간세포 배수성을 냉동된 간에서 조사하여 조직 기능1에서 세포 이질성의 역할을 더 잘 이해할 수 있습니다(그림 3A). 또한, 크기 및 부피를 포함한 핵 형태는 이미징 유세포 분석을 사용하여 정량화하여 핵 크기의 변화를 배수성 수준에 따라 총 카운트 수 또는 유전자 수의 변화와 연관시킬 수 있습니다 (그림 3B, C).
다중 모드 체학 측정은 여러 층의 게놈 조직을 동시에 조사할 수 있는 기회를 제공합니다. 공동 RNA + ATAC 다중오믹스 접근 방식을 사용하면 업스트림 조절자 및 다운스트림 대사 유전자를 조사할 수 있으므로 단일 세포 분해능에서 간 기능과 관련된 전사 네트워크 및 염색질 구조를 연구하기 위한 포괄적인 접근 방식을 제공합니다. 또한 데이터 희소성과 시퀀싱 비용 절감을 설명할 수 있는 계산 방법의 발전으로 단일 세포 다중오믹스는 동일한 세포에서 여러 양식의 평가를 개척하고 있습니다. 이 단일 핵 분리 프로토콜은 발현 및 염색질 데이터 세트의 개별 및 공동 평가와 호환됩니다. 우리는 데이터의 품질을 설명하기 위해 Stuart et al.23 (Signac 패키지)에 의해 확립 된 표준 파이프 라인을 사용했으며, 다운 스트림 분석23,39,40,41에 사용 가능한 몇 가지 대체 계산 방법을 쉽게 채택 할 수 있습니다.
전반적으로, 단일핵 다중오믹스는 여기에 제시된 핵 추출 프로토콜을 구현함으로써 매우 적은 양의 출발 샘플 물질을 사용하여 바이오 아카이브, FF 마우스, 인간 및 비인간 영장류 간 조직의 조사를 가능하게 합니다. 이 귀중한 도구는 간 생물학자가 다양한 간 병리의 맥락에서 유전자 발현과 염색질 접근성을 모두 조사할 수 있도록 합니다. 또한, 다양한 수준의 간세포 배수성과 간 소엽에서의 위치에 의존하는 유전자 발현의 결과 조정은 간 병리에서의 역할을 나타낼 수 있습니다. 따라서 우리는 세포 이질성에 대한 조사가 정밀 의학 개발과 간세포 암종 및 NAFLD와 같은 질병에 대한 표적 개입을위한 새로운 기회를 제공 할 것으로 기대합니다.
저자는 이해 상충이 없다고 선언합니다.
이 연구는 Helmholtz Pioneer Campus (M.S., K.Y., C.P.M.-J.)와 Institute of Computational Biology (C. T.-L.)의 지원을 받았습니다. 이 연구는 또한 보조금 번호 JP20jm0610035 (C.P.M.-J.)에 따라 AMED의 지원을 받았습니다. HMGU (I. de la Rosa)의 핵심 유전체학 (I. de la Rosa)과 생물 정보학 (T. Walzthoeni) 지원, 특히 Xavier Pastor의 교육과지도에 감사드립니다. A. Feuchtinger, U. Buchholz, J. Bushe 및 HMGU 병리학 및 조직 분석 핵심 시설의 다른 모든 직원의 기술 및 과학적 지원과 J. Zorn, R. Erdelen, D. Würzinger, E-Streifen의 직원 및 지속적인 과학적 지원 및 토론에 대한 실험실 동물 서비스 핵심 시설에 감사드립니다. TranslaTUM(R. Mishra)과 DiaSorin Company(P. Rein)의 핵심 시설 세포 분석에 감사드립니다. 우리는 그의 기술 지원에 대해 Dr. I Deligiannis에게 감사드립니다. M. Hartman 박사, A. Schröder 박사 및 A. Barden (Helmholtz Pioneer Campus)은 법적, 관리 적 및 행정적 지원의 기본이었습니다.
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 10% 트윈 20 - 5 mL | Bio-Rad | 1662404 | |
| 2100 Bioanalyzer 기기 | Agilent | G2939BA | |
| Adhesive PCR 필름 | Thermo Fisher Scientific | AB0558 | |
| Bioanalyzer 고감도 DNA 분석 | Agilent | 5067-4626 | |
| C1000 Touch Thermal Cycler | Bio-Rad | 1851196 | |
| Cell Sorter(세포 분류기 | ): 형광 활성화 세포 분류(FACS)용; 예: BD FACSAria Cell Sorter. | ||
| Centrifuge 5430R | Eppendorf | 5428000619 | 4°C에서 냉장 사용; C |
| 크롬 컨트롤러 & Next GEM 액세서리 키트 | 10X 유전체학 | 1000204 | |
| 크롬 Next GEM Chip G 단일 세포 키트 | 10X Genomics | 1000127 | |
| Chromium Next GEM Chip J Single cell kit, 16 반응 | 10X Genomics | 1000230 | |
| Chromium Next GEM Single Cell 3' Kit v3.1, 4 reactions | 10X Genomics | 1000269 | |
| 크롬 넥스트 젬 단일 세포 멀티옴 ATAC + 유전자 발현 시약 번들, 4 반응 | 10X Genomics | 1000285 | |
| cOmplete, EDTA 프리 프로테아제 억제제 칵테일 | 시그마 알드리치 | 11873580001 | |
| 디티오트레이톨(DTT) 1M 용액 | 시그마 알드리치 | 646563 | 1mM 스톡 용액을 만들고 1 &마이크로에서 사용; M 최종 농도. |
| DNA AWAY 표면 오염 제거 | Thermo Fisher Scientific | 10223471 | 실험 시작 전 표면 및 피펫 닦기 |
| DNA LoBind 튜브, 1.5 mL | Thermo Fisher Scientific | 16628742 | |
| DNA LoBind 튜브, 2.0 mL | Thermo Fisher Scientific | 16638742 | |
| 용리 완충액(EB) - 250 mL | Qiagen | 19086 | |
| Eppendorf ThermoMixer C | Thermo Fisher Scientific | 13527550 | |
| Eppendorf ThermoMixer C 액세서리: Smartblock | Thermo Fisher Scientific | 13518470 | |
| 에탄올, 절대 (200 proof), 분자 생물학 등급 - 100 mL | Thermo Fisher Scientific | 10517694 | |
| 필터 50 &마이크로; M, 멸균 | SYSMEX PARTEC - CELLTRICS | 04-004-2327 | 조직 및 핵 크기에 따라 필터 직경 조정 |
| 글리세린(글리세롤), 50%(v/v) - 1L | Ricca Chemical Company | 3290-32 | |
| 하드쉘, 384웰 PCR 플레이트, 얇은 벽, 스커트, 투명/흰색 | Bio-Rad | HSP3905 | |
| Herenz Heinz ABS 집게 | Thermo Fisher Scientific | 1131884 | |
| Hoechst 33342, Trihydrochloride, Trihydrate, 10 mg/mL 수용액 | Invitrogen | H3570 | 감광 |
| 유세포 | 분석기 유세포 분석 이미징용, 예: Luminex Amnis ImageStream | ||
| Invitrogen TE 버퍼 - 100 mL | Thermo Fisher Scientific | 11568846 | |
| KCl (2 M), RNase-free, 100 mL | Thermo Fisher Scientific | AM9640G | |
| MgCl2(1 M), 100 mL | Thermo Fisher Scientific | AM9530G | |
| MicroAmp 8-Cap 스트립, clear-300 스트립 | Thermo Fisher Scientific | 10209104 | |
| MicroAmp 8-튜브 스트립, 0.2 mL-125 스트립 | Thermo Fisher Scientific | 10733087 | |
| Mö rser 2 mL DOUNCE | 바그너 & Munz GmbH | 9651632 RNase 사용 전에 MillQ로 헹구십시오 | |
| MyFuge 12 Mini MicroCentrifuge C1012 | Benchmark Scientific | C1012 | 또는 다른 스트립 및 튜브 미니 원심분리기 |
| Neubauer Hemocytometer | OMNILAB LABORZENTRUM | 5435293 | 현미경으로 핵 시각화 및 계수 |
| 뉴클레아제가 없는 물(DEPC 처리 아님) | Thermo Fisher Scientific | AM9937 | |
| OptiPrep 밀도 구배 중간 | 시그마 Aldrich | D1556 | |
| 피펫 팁 RT LTS 1000 &마이크로; L, Wide-O | Mettler Toledo | 30389218 | |
| Pistill "A" 2 mL | Wagner & 뮌즈 GmbH | 9651621 | RNase zap을 사용하고 MillQ로 헹구기 전에 Pistill |
| "B" 2 mL | Wagner & Munz GmbH | 9651627 | RNase 사용 전에 MillQ로 헹굽 |
| 폴리프로필렌 15 mL 원심분리기 튜브 | Thermo Fisher Scientific | 10579691 | |
| 폴리스티렌 페트리 접시, 60 mm x 15 mm | Thermo Fisher Scientific | 10634141 | |
| 폴리스티렌 라운드 바텀 5 mL FACS 튜브 | Thermo Fisher Scientific | 10100151 | |
| Protector RNase inhibitor - 2,000 U | Sigma Aldrich | 3335399001 | -20 °를 유지하십시오. C 사용 전까지 |
| 단백질 기반 RNase 억제제 SUPERase• 에서 (20 U/μ L) | Thermo Fisher Scientific | AM2696 | -20 °에 보관; C 사용할 때까지 |
| 재조합 RNase 억제제 | Clontech Takara | 2313B | 유지 -20 ° C |
| RNAse free microfuge tube - 0.5 mL | Thermo Fisher Scientific | AM12450 | |
| RNaseZap RNase Decontamination Solution | Thermo Fisher Scientific | AM9780 | 실험 시작 전 표면 및 피펫 닦기 |
| SPRIselect - 60 mL | Beckman Coulter | B23318 | 부분 표본 및 4°C에 보관; C |
| , 설탕, 500g | , 시그마, Aldrich | S0389-500G | 1M 원액 제조 |
| Swann-Morton 멸균 일회용 스테인리스 스틸 메스, | Thermo Fisher Scientific | 11798343 | |
| Tris-HCI(1M), pH 8.0 | Invitrogen | 15568025 | |
| Triton X-100, 98%, 100mL | Thermo Fisher Scientific | 10671652 | 10% 원액 제조. 4 °에서 유지 C는 빛으로부터 보호하십시오. |
| Trypan 블루 솔루션, 0.4% | Thermo Fisher Scientific | 11538886 | |
| Vortex- Mixer | VWR | 444-1372 | 또는 기타 유형의 와류 |
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