Dit protocol beschrijft een single-cell RNA-sequencingworkflow om immune-celinfiltratie en celtype-specifieke transcriptieverschillen tussen ganglionaire en aganglionaire colonsegmenten te analyseren bij de ziekte van Hirschsprung.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Dit protocol beschrijft een single-cell RNA-sequencingworkflow om immune-celinfiltratie en celtype-specifieke transcriptieverschillen tussen ganglionaire en aganglionaire colonsegmenten te analyseren bij de ziekte van Hirschsprung.
Hirschsprung-ziekte (HSCR) is een aangeboren darmmotiliteitsstoornis die wordt gekenmerkt door het ontbreken van enterische neuronen in de distale darm. In vergelijking met bulk RNA-sequencing maakt single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq) genexpressieprofilering op single-celniveau mogelijk, waarbij cellulaire heterogeniteit wordt opgelost die in populatiegemiddelde analyses wordt gemaskeerd. Er werd een gestandaardiseerde scRNA-seq-workflow vastgesteld om het transcriptielandschap van ganglionaire en aganglionaire segmenten van patiënten met HSCR te karakteriseren. Darmweefsels werden verzameld en er werd hematoxyline- en eosine kleuring uitgevoerd om ganglionaire en aganglionaire regio's te identificeren. Weefsels werden enzymatisch en mechanisch gedissocieerd in single-cell suspenties, gevolgd door filtratie, levensvatbaarheidsbeoordeling en de constructie van single-cell transcriptome libraries. Bibliotheken die de kwaliteitscontrole doorstonden, werden gesequenced en ruwe data werden verwerkt voor celkwantificatie en kwaliteitsfiltering om laagwaardige cellen en technische artefacten te verwijderen. Na normalisatie en dimensionaliteitsreductie werden cellen geclusterd en geannoteerd op basis van gevestigde markergenen. Downstream-analyses vergeleken celtypesamenstelling tussen ganglionaire en aganglionaire weefsels en identificeerden verschillend tot expressie gebrachte genen binnen belangrijke immuuncelsubsets. De resultaten tonen aanzienlijke verschillen in de immuunmicro-omgeving tussen ganglionaire en aganglionaire segmenten in HSCR.
De ziekte van Hirschsprung (HSCR) is een van de meest voorkomende aangeboren darmmotiliteitsstoornissen, met een incidentie van ongeveer 1 op de 5.000 levendgeborenen wereldwijd1. De ziekte ontstaat doordat enterische neurale crestcellen (ENCC's) tijdens de embryonale weken 5–12 niet migreren naar de distale darm, wat resulteert in het ontbreken van enterische ganglia in de getroffen segmenten2. Het aganglionaire segment vertoont daardoor aanhoudende spastische contractie en verstoorde peristaltie, wat leidt tot proximale darmdilatatie. Klinisch gezien uit dit zich als functionele obstructie, wat constipatie, buikspanning en braken veroorzaakt, en in ernstige gevallen levensbedreigend kan zijn. Chirurgische resectie van het aganglionaire segment blijft de primaire behandeling voor HSCR; Echter, een aanzienlijk deel van de patiënten ervaart postoperatieve complicaties, waaronder constipatie, enterocolitis en fecale vervuiling, wat de kwaliteit van leven aanzienlijk aantast3. Daarnaast kan het kortdarmsyndroom (SBS) optreden na een uitgebreide darmresectie, wat leidt tot een verminderde opname van voedingsstoffen en grotere klinische beheersuitdagingen. Daarom blijven het ophelderen van de onderliggende mechanismen van HSCR en het identificeren van nieuwe therapeutische doelwitten cruciale klinische behoeften.
In de afgelopen jaren is single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq) op grote schaal toegepast om ziekte-geassocieerde moleculaire mechanismen te onderzoeken. In tegenstelling tot conventionele bulk RNA-sequencing maakt scRNA-seq genexpressie-analyse mogelijk met enkelcelresolutie, waardoor cellulaire heterogeniteit en zeldzame subpopulaties die in bulkanalyses worden gemaskeerd, kunnen worden geïdentificeerd4. Daardoor is scRNA-seq uitgegroeid tot een krachtig hulpmiddel om cellulaire heterogeniteit en intercellulaire communicatie te ontleden, waarmee het onderzoek in biologieen geneeskunde vooruit heeft geholpen. Deze aanpak heeft nieuwe pathogene mechanismen en therapeutische doelwitten onthuld bij complexe ziekten, waaronder de ziektevan Alzheimer 6, reumatoïde artritis7, longkanker8 en type 2 diabetes9.
In deze studie werd scRNA-seq toegepast om het transcriptielandschap van immuuncellen en infiltratiepatronen in ganglionaire en aganglionaire colonweefsels van patiënten met HSCR te karakteriseren. De workflow bestond uit drie hoofdstappen: voorbereiding en kwaliteitsbeoordeling van single-cell suspensies, de bouw van 3′ single-cell RNA-seq bibliotheken, en downstream bio-informatische analyse. Weefselmonsters werden direct na resectie bewaard in een speciale enkelcelconserveringsoplossing en werden enzymatisch gedissocieerd in eencelsuspensies binnen 48 uur. De cellevensvatbaarheid overschreed 80%, en de uiteindelijke celconcentratie werd aangepast naar 700–1.500 cellen/μL vóór de bibliotheekvoorbereiding. Infiltratie van immuuncellen tussen ganglionaire en aganglionaire segmenten werd vergeleken en immuuncelsubpopulaties met uitgesproken transcriptieverschillen werden geïdentificeerd. Deze analyses beschrijven immuuncelveranderingen die geassocieerd worden met colonische pathologie bij HSCR.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Deze studie werd goedgekeurd door de Institutionele Ethische Commissie van het Affiliated Hospital van de Zunyi Medical University (Goedkeuringsnummer: KYLL-2024-030). De studie voldoet aan de Verklaring van Helsinki. Geïnformeerde toestemming (mondeling en schriftelijk) werd verkregen van alle deelnemers en hun voogden. Tabel 1 presenteert de informatie over HSCR-patiënten.
Verzamel colonisch weefsel, waaronder ganglionaire en aganglionaire segmenten, van HSCR-patiënten die zijn gediagnosticeerd en geopereerd worden in de afdeling Kinderchirurgie van het Affiliated Hospital van Zunyi Medical University. Includeer ganglionaire en aganglionaire segmenten van twee mannelijke HSCR-patiënten. Gedetailleerde klinische informatie is te vinden in Tabel 1. Alle reagentia, chemicaliën, apparatuur en software staan vermeld in de Tabel van Materiaal.
1. Hematoxyline- en eosine kleuring
2. Single-cell RNA-sequencing
3. Afvalverwerking
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Hematoxylin- en eosinekleuring (HE) (Figuur 1) toonde duidelijke histologische verschillen tussen ganglionaire en aganglionaire segmenten. In vergelijking met ganglionaire segmenten vertoonden aganglionaire segmenten een verhoogde mucosale exfoliatie, een duidelijke vermindering van gobletcellen en submucosale neuronen, en vervagde grenzen tussen de mucosale en spierlaag. In een subset van secties was weefselbehoud suboptimaal, met partiële epitheelloslating...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Single-cell RNA-sequencing werd toegepast op het profileren van transcriptiekenmerken van chirurgisch geremde colonweefsels (ganglionaire en aganglionaire segmenten) van patiënten met Hirschsprung-ziekten 4,5. Bijzondere aandacht werd besteed aan de weefseldissociatiestrategie, aangezien dissociatieparameters invloed hebben op celherstel, celtyperepresentatie en RNA-integriteit. Enzymatische verteringscondities werden geoptimalis...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dit werk werd ondersteund door het Guizhou Science and Technology Project (Guizhou Science and Technology Cooperation - Foundation - ZK - [2024] General 344) (aan X.F. Yang) en het Zunyi Science and Technology Project Contract (Science and Technology Cooperation) (Zunyi Science and Technology Cooperation HZ (2023) Nr.) (aan Y. Qu).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Beeswax | Sinopharm Chemical Reagent CO., Ltd. | 8012-89-3 | https://www.reagent.com.cn/ProductSearch/8012-89-3 |
| Beeswax | Sinopharm Chemical Reagent CO., Ltd. | 8012-89-3 | https://www.reagent.com.cn/ProductSearch/8012-89-3 |
| Bovine serum albumin | Thermofisher | 30066575 | https://www.thermofisher.cn/order/catalog/product/30066575?SID=srch-srp-30066575 |
| Bovine serum albumin | Thermofisher | 30066575 | https://www.thermofisher.cn/order/catalog/product/30066575?SID=srch-srp-30066575 |
| CellTypist | N/A | NA | http://celltypist.org/tutorials/onlineguide |
| CellTypist | N/A | NA | http://celltypist.org/tutorials/onlineguide |
| Cluster profiler package | Bioconductor | v4.8.1 | https://bioconductor.org/packages/release/bioc/html/clusterProfiler.html |
| Cluster profiler package | Bioconductor | v4.8.1 | https://bioconductor.org/packages/release/bioc/html/clusterProfiler.html |
| Collagenase II | Thermofisher | 17101015 | https://www.thermofisher.cn/order/catalog/product/17101015?SID=srch-srp-17101015 |
| Collagenase II | Thermofisher | 17101015 | https://www.thermofisher.cn/order/catalog/product/17101015?SID=srch-srp-17101015 |
| Cover glass | CITOTEST | 80340-0130 | https://cn.citotest.com/pd40971476.html |
| Cover glass | CITOTEST | 80340-0130 | https://cn.citotest.com/pd40971476.html |
| Disposable microtome blade | Feather | S-35 | https://www.feather.co.jp/en/m_Products/pathology01.html |
| Disposable microtome blade | Feather | S-35 | https://www.feather.co.jp/en/m_Products/pathology01.html |
| DNase I | Thermofisher | 18047019 | https://www.thermofisher.cn/order/catalog/product/18047019?SID=srch-srp-18047019 |
| DNase I | Thermofisher | 18047019 | https://www.thermofisher.cn/order/catalog/product/18047019?SID=srch-srp-18047019 |
| Drying oven | BORUK | DHG-9140A | http://www.shboruike.com/sys-pd/84.html |
| Drying oven | BORUK | DHG-9140A | http://www.shboruike.com/sys-pd/84.html |
| Dulbecco’s Modified Eagle Medium | Thermofisher | 12491015 | https://www.thermofisher.cn/order/catalog/product/12491015 |
| Dulbecco’s Modified Eagle Medium | Thermofisher | 12491015 | https://www.thermofisher.cn/order/catalog/product/12491015 |
| Ethyl alcohol | Sinopharm Chemical Reagent CO., Ltd. | 10009218 | https://www.reagent.com.cn/ProductSearch/10009218 |
| Ethyl alcohol | Sinopharm Chemical Reagent CO., Ltd. | 10009218 | https://www.reagent.com.cn/ProductSearch/10009218 |
| Fetal bovine serum | Thermofisher | A5669801 | https://www.thermofisher.cn/order/catalog/product/A5669801 |
| Fetal bovine serum | Thermofisher | A5669801 | https://www.thermofisher.cn/order/catalog/product/A5669801 |
| Hematoxylin and eosin staining kit | Beyotime | C0105S | https://m.beyotime.com/mobilegoods.do?method=code&code=C0105S |
| Hematoxylin and eosin staining kit | Beyotime | C0105S | https://m.beyotime.com/mobilegoods.do?method=code&code=C0105S |
| Hydrochloric acid | Sinopharm Chemical Reagent CO., Ltd. | 10011028 | https://www.reagent.com.cn/ProductSearch/10011028 |
| Hydrochloric acid | Sinopharm Chemical Reagent CO., Ltd. | 10011028 | https://www.reagent.com.cn/ProductSearch/10011028 |
| Microscope slide | CITOTEST | 80302-3111 | https://cn.citotest.com/pd530614548.html |
| Microscope slide | CITOTEST | 80302-3111 | https://cn.citotest.com/pd530614548.html |
| Mounting medium | Beyotime | C0173-100ml | https://m.beyotime.com/mobilegoods.do?method=code&code=C0173-100ml |
| Mounting medium | Beyotime | C0173-100ml | https://m.beyotime.com/mobilegoods.do?method=code&code=C0173-100ml |
| Optical microscope | Nikon | ECLIPSE SI | https://www.microscope.healthcare.nikon.com/ja_JP/products/upright-microscopes/eclipse-si |
| Optical microscope | Nikon | ECLIPSE SI | https://www.microscope.healthcare.nikon.com/ja_JP/products/upright-microscopes/eclipse-si |
| Paraffin wax | Sinopharm Chemical Reagent CO., Ltd. | 8002-74-2 | https://www.reagent.com.cn/ProductSearch/8002-74-2 |
| Paraffin wax | Sinopharm Chemical Reagent CO., Ltd. | 8002-74-2 | https://www.reagent.com.cn/ProductSearch/8002-74-2 |
| Paraformaldehyde Fix Solution | Beyotime | P0099-3L | https://m.beyotime.com/mobilegoods.do |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.