Artykuł metodologiczny

Mikroskopia bez wychwytu laserowego do mikrodysekcji dyskretnych regionów mózgu myszy w celu całkowitej izolacji RNA oraz sekwencjonowania nowej generacji i profilowania ekspresji genów

DOI:

10.3791/3125

13 listopada 2011

W tym artykule

Podsumowanie

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Profilowanie ekspresji RNA w dyskretnych regionach mózgu myszy wymaga precyzyjnej i powtarzalnej strategii pobierania tkanek. Opisany jest tutaj protokół, który wykorzystuje zarówno koronalne cięcie mózgu, jak i mikrodysekcję wspomaganą rdzeniem tkankowym. Wydajność i jakość całkowitego RNA uzyskanego z otrzymanych próbek potwierdza użyteczność przedstawionej metody.

Streszczenie

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Jako platformy technologiczne, podejścia takie jak sekwencjonowanie nowej generacji, mikromacierze i qRT-PCR są bardzo obiecujące dla poszerzenia naszego zrozumienia zakresu regulacji molekularnej. Nowsze podejścia, takie jak sekwencjonowanie RNA o wysokiej rozdzielczości (RNA-Seq)1, dostarczają nowych i ekspansywnych informacji na temat ekspresji specyficznej dla tkanki lub stanu, takich jak względne poziomy transkryptów, alternatywny splicing i mikro RNA2-4. Perspektywy zastosowania metody RNA-Seq w porównawczym profilowaniu całego transkryptomu5 w obrębie odrębnych tkanek lub między fenotypowo odrębnymi grupami osobników otwierają nowe możliwości wyjaśnienia mechanizmów molekularnych zaangażowanych zarówno w normalne, jak i nieprawidłowe stany fizjologiczne. Ostatnio przeprowadzono pełne profilowanie transkryptomu na ludzkiej tkance mózgowej, identyfikując różnice w ekspresji genów związane z postępem choroby6. Jednak zastosowanie sekwencjonowania nowej generacji nie zostało jeszcze szerzej włączone do badań na ssakach.

Badania ekspresji genów w modelach mysich wykazały wyraźne profile w różnych jądrach mózgu przy użyciu laserowej mikroskopii przechwytywania (LCM) do wycięcia próbki7,8. Podczas gdy LCM umożliwia pobieranie próbek z precyzją pojedynczej komórki i dyskretnego regionu mózgu, stosunkowo niska całkowita wydajność RNA z podejścia LCM może być zaporowa dla RNA-Seq i innych podejść do profilowania w tkankach mózgowych myszy i może wymagać nieoptymalnych etapów amplifikacji próbki. W tym miejscu przedstawiono protokół mikrodysekcji i całkowitej ekstrakcji RNA z dyskretnych obszarów mózgu myszy. Rdzenie tkankowe o średnicy zestawu służą do izolowania 13 tkanek z szeregowych odcinków koronalnych o średnicy 750 μm pojedynczego mózgu myszy. Próbki mikrodziurkowania tkanek są natychmiast zamrażane i archiwizowane. Całkowite RNA uzyskuje się z próbek przy użyciu technologii izolacji całkowitego RNA z wykorzystaniem kulek magnetycznych. Otrzymane próbki RNA mają odpowiednią wydajność i jakość do wykorzystania w dalszym profilowaniu ekspresji. Ta strategia mikrodysekcji stanowi realną alternatywę dla istniejących strategii pobierania próbek w celu uzyskania całkowitego RNA z dyskretnych regionów mózgu, otwierając możliwości nowych odkryć ekspresji genów.

Protokół

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Konfiguracja i przygotowanie do pobierania próbek

  1. Uzupełnij zbilansowany roztwór soli Earle'a (EBSS) wodorowęglanem sodu (0,44 g na 100 ml EBSS) i glukozą (0,884 g na 100 ml EBSS)9. Traktować EBSS DEPC (0,1 ml na 100 ml EBSS) przez co najmniej 12 godzin w temperaturze 37 °C w autoklawowalnej butelce lub kolbie z zakrętką.
  2. Umieść 5 szklanych pipet Pasteura 3/4" w szklanej zlewce o pojemności 1000 ml i umieść pędzle artystyczne, z włosiem skierowanym do góry, w szklanym cylindrze z podziałką o pojemności 100 ml. Dodać wystarczającą ilość roztworu DEPC (0,1 ml na 100 ml ddH2O), aby pokryć odpowiednio pipety i szczoteczki. Przykryć zlewkę i cylinder miarowy folią aluminiową i inkubować przez co najmniej 12 godzin w temperaturze 37 °C.
  3. Po 12-godzinnej inkubacji za pomocą DEPC podgrzej wszystkie materiały poddane działaniu DEPC do temperatury >100 °C przez co najmniej 15 minut. Wyjąć EBSS i schłodzić do temperatury pokojowej przed przechowywaniem w temperaturze 4 °C. Wylać ddH2O z dala od zlewki i cylindra miarowego; kontynuować inkubację w temperaturze >100 °C, aż materiały wyschną. Wyjąć, ostudzić do temperatury pokojowej i przechowywać do późniejszego użycia.
  4. W dniu eksperymentu potraktuj wszystkie powierzchnie robocze RNaseZap.
  5. Umieścić i utrzymywać EBSS w łaźni wodnej o temperaturze 40 °C. Aby zbuforować i natlenić EBSS, infiltruj 95%/5% O2 / CO2 , umieszczając rurkę gazową w pipecie Pasteura bez RNaz i wkładając pipetę do EBSS. Zakryj otwór pojemnika EBSS.
  6. Skonfiguruj krajalnicę do tkanek Stoelting do użytku w seryjnym cięciu tkanki mózgowej. Potraktuj górną i dolną powierzchnię krajalnicy tkanek za pomocą RNaseZap. Przymocuj prostokątny kawałek bibuły filtracyjnej Whatman #4 do powierzchni z pleksi szkła rozdrabniacza do tkanek. Przymocuj żyletkę z podwójnym ostrzem do ramienia rozdrabniacza. Ustaw mikrometr na zero i wyreguluj minimalną wysokość ramienia siekacza, aby żyletka mogła przeciąć bibułę filtracyjną, ale nie płytkę z pleksi.
  7. Zbierz wszystkie dodatkowe materiały potrzebne do mikrodysekcji, w tym wolne od RNaz szalki do hodowli komórkowych 60x15 mm, rdzenie tkankowe Harris Uni-Core, 200 μl bezRNaz końcówki mikropipet do mocowania na rurkach gazowych w celu natleniania EBSS koronalnych odcinków mózgu podczas wykrawania mikropróbek, zakrzywione nożyczki, suchy lód i probówki do pobierania tkanek. Umieść probówki na suchym lodzie.

2. Usunięcie mózgu i przekrój korony

  1. Umieść mysz w DecapiCone i odetnij głowę za pomocą gilotyny dla gryzoni. Zdejmij głowę z DecapiCone i umieść ją na płaskiej powierzchni. Za pomocą skalpela przeciąć skórę wzdłuż linii środkowej czaszki, zaczynając około 3 mm ogonowo do nozdrza. Odsuń z boku płaty skóry z powrotem, aby odsłonić czaszkę i oczodoły.
  2. Za pomocą zakrzywionych nożyczek przetnij oba nerwy wzrokowe, zrywając ich połączenie z okiem. Otwórz jamę czaszki, ostrożnie łamiąc kości potyliczne i międzyciemieniowe oraz usuwając grzbietowe kości ciemieniowe i czołowe. Za pomocą kości rongeur połam kości nosowe i łzowe, aby odsłonić opuszki węchowe. Użyj zakrzywionych nożyczek, aby odciąć opuszki węchowe od mózgu rostralnego. Usuń cały mózg z nienaruszonym tyłomózgowiem. Umieść mózg w górnej części naczynia do hodowli komórek Cellstar o wymiarach 60 x 15 mm, wolnego od RNaz. Przenieść na powierzchnię roboczą pobierania próbek tkanek.
  3. Użyj pipety wolnej od RNaz, aby ostrożnie zwilżyć bibułę filtracyjną do dołączonego rozdrabniacza do tkanek za pomocą EBSS. Zwilż tkankę mózgową za pomocą EBSS.
  4. Przenieś mózg do rozdrabniacza tkanek i ustaw odpowiednią orientację. Uwaga: Mózg powinien być umieszczony tak, aby powierzchnia brzuszna spoczywała na bibule filtracyjnej. Linia środkowa (szczelina międzypółkulowa) powinna być prostopadła do ostrza siekacza, a krawędź rostralna mózgu powinna przylegać do ostrza.
  5. Użyj pędzla artystycznego nasączonego DEPC, aby utrzymać mózg nieruchomo, wywierając delikatny nacisk na grzbietową powierzchnię mózgu. Trzymając mózg nieruchomo, podnieś dźwignię uchwytu ostrza do góry około 4-5 cm ponad powierzchnię tkanki grzbietowej i przytrzymaj ją w tej pozycji. Zdejmij szczoteczkę z powierzchni mózgu i wybierz 750 μm za pomocą mikrometru. Pozwól, aby dźwignia opadła, siekając tkankę i tworząc przekrój koronalny o długości 750 μm.
  6. Podczas gdy ostrze siekacza pozostaje nieruchome, użyj ruchu tocznego pędzlem artysty, aby delikatnie odsunąć część tkanki od powierzchni ostrza. Natychmiast umieść wycinek tkanki w natlenionym EBSS na szalce Petriego. Drugi badacz może rozpocząć od kroku 3.1.
  7. Powtarzaj kroki 2.5 i 2.6, aż uzyskasz seryjne skrawki mózgu na całej płaszczyźnie rostro-ogonowej.

3. Mikrodysekcja obszaru mózgu

  1. Dostosuj oświetlenie, aby upewnić się, że oświetlenie próbki nie będzie utrudnione podczas mikrodysekcji tkanek. Dostosuj położenie i przepływ 95%/5% mieszankiO2/CO2, aby utrzymać buforowane, natlenione środowisko dla tkanki podczas mikrodysekcji.
  2. Zidentyfikuj koronalną sekcję mózgu, która obejmuje obszar zainteresowania. Ustaw część mózgu płasko na dnie szalki Petriego za pomocą pędzla artystycznego. Wybierz rdzeń tkankowy o odpowiedniej średnicy na podstawie tabeli 1 lub innych odniesień. Przytrzymując wycinek tkanki koronalnej na miejscu za pomocą pędzla artysty, przesuń końcówkę tnącą rdzenia tkankowego w dół po powierzchni odcinka tkanki.
  3. Wywierając nacisk, wciśnij końcówkę rdzenia tkankowego przez część tkanki i mocno w dół na dno szalki Petriego. Użyj toczących się ruchów okrężnych, aby upewnić się, że obszar zainteresowania został oddzielony od otaczającej tkanki. Ostrożnie podnieś rdzeń tkankowy z sekcji tkanki i uwolnij mikrodziurk, pozwalając mu unosić się w EBSS.
  4. Za pomocą pędzla artystycznego natychmiast umieść mikrodziurkowanie tkanek w probówce do przechowywania o stabilnej temperaturze -80 °C, przechowywanej na suchym lodzie. Tkanka powinna łatwo przylegać do boku rurki. Włożyć probówkę zawierającą mikropróbkę z powrotem do suchego lodu.
  5. Powtórz kroki 3.2 - 3.4 dla każdego obszaru mózgu, który Cię interesuje.

4. Archiwalne tkanki

  1. Po zakończeniu mikrodysekcji użyj systemu skanera VisionMate, aby zarejestrować odpowiednie kody kreskowe dla każdej probówki TrakMates zawierającej próbkę. Po napełnieniu 96-szczelinowego stojaka na probówki TrakMates szybko zeskanuj stojak i natychmiast umieść próbki tkanek w zamrażarce o temperaturze -80 °C do czasu ekstrakcji RNA.

5. Całkowita ekstrakcja RNA

  1. Przygotuj obszar roboczy wolny od RNaz za pomocą RNaseZap. Przygotuj wystarczającą ilość mieszanki kulek magnetycznych i roztworu do lizy/wiązania zgodnie z opisem w Protokole Izolacji Całkowitego RNA MagMAX-9610.
  2. Wyjąć próbki tkanek z zamrażarki o temperaturze -80 °C i umieścić probówki bezpośrednio na suchym lodzie.
  3. Dodać 100 μl roztworu do lizy/wiązania do probówki TrakMates zawierającej próbkę. Podłącz niezawierający nukleaz tłuczek o pojemności 0,5 ml wielkości tubki do mieszalnika do peletów i homogenizuj tkankę. Używając końcówki pipety o niskiej retencji, wolnej od nukleaz, przenieś homogenizowaną próbkę do dołka na okrągłodennej 96-dołkowej płytce do hodowli tkankowej. Natychmiast dodać 60 μl 100% izopropanolu do próbki za pomocą końcówki pipety o niskiej retencji wolnej od nukleaz i mieszać, pipetując w górę i w dół 3-4 razy.
  4. Dodać 20 μl mieszanki perełkowej do próbki za pomocą końcówki pipety o niskiej retencji, wolnej od nukleaz. Mieszać, pipetując w górę iw dół 3-4 razy.
  5. Powtórzyć kroki 5.3-5.4 dla wszystkich próbek tkanek.
  6. Postępuj zgodnie z krokami protokołu izolacji całkowitego RNA MagMAX-96, zaczynając od III.A.2, aby zakończyć ekstrakcję całkowitego RNA. nuta: Inne zestawy do izolacji całkowitego RNA z wykorzystaniem kulek magnetycznych są dostępne na rynku; Nie zostały one jednak zbadane w tym badaniu. Proszę zapoznać się z instrukcjami producenta zestawów, aby uzyskać szczegółowe informacje na temat całkowitej izolacji RNA przy użyciu odpowiednich produktów.
  7. Zmierz czystość i stężenie otrzymanego całkowitego RNA za pomocą spektrofotometru NanoDrop 3300 lub innych technologii spektrofotometru/fluorometru o małej objętości.

6. Reprezentatywne wyniki:

Obszar/jądro mózgu Średnica rdzenia tkankowego (mm) Całkowite RNA (ng/μL) Stosunek 260/280 Kora czołowa 2.0 Godzina 27.03 1,99 pkt. Jądro półleżące 1,0 Lokal 6,26 Z drugiej strony, 77 TGL Prążkowiu 1,5 Godzina 27,94 Informacja o tym, że 2,19 roku Kora obręczy 1,5 Godzina 29.05 Informacja o tym, że 2,07 TGL Podwzgórze - jądro przykomorowe / jądro nadskrzyżowaniowe (PVN/SCN) 2.0 Z dnia 40,34 zł Wynik 2.03 Wzgórza 2.0 Godzina 34,40 Godzina 2.00 Podwzgórze - jądro grzbietowo-przyśrodkowe / jądro brzuszno-przyśrodkowe (DMH/VMH) 2.0 44,83 pkt. Godzina 2,05 Ciało migdałowate 1,0 Godzina 10.06 Kwota 1,89 Hipokamp - Ca 2/3 1,5 Godzina 7,31 Godzina 2,32 Hipokamp - Ca1/Zakręt zębaty 1,5 Godzina 5,20 Pytanie 2,24 Okołowodociągowy szary 1,0 Lokal z numerem 48,21 Pytanie 2,02 Jądro szwu grzbietowego 1,0 Godzina 6,56 Rozdział 2.18 Formacja siatkowata 2.0 Godzina 35,35 Wynik 2,27

Tabela 1. Wyliczenie mikrowypreparowanych obszarów mózgu myszy z odpowiednimi optymalnymi średnicami rdzenia tkankowego, reprezentatywną całkowitą wydajnością RNA i czystością. 13 mikrowypreparowanych obszarów mózgu, wymienionych w kolejności rostro-ogonowej, różni się wielkością i orientacją. Mikropunch PVN/SCN obejmuje przednio-przyśrodkowe jądro przykomorowe, części jądra okołokomorowego, strefę podkomorową i inne neurony parwokomórkowe. Mikropunch wzgórza zawiera jądra przednie wzgórza znajdujące się w tej samej płaszczyźnie koronalnej, co obszar mikropunch PVN/SCN. Mikropunch DMH / VMH obejmuje dodatkowe jądra wielkokomórkowe i inne neurony parwokomórkowe znajdujące się między jądrem grzbietowo-przyśrodkowym a jądrem brzuszno-przyśrodkowym. Próbka ciała migdałowatego obejmuje zarówno podregion centralny, jak i podstawno-boczny. Wydajność RNA i proporcje 260/280 są pojedynczymi wartościami uzyskanymi z odpowiednich próbek mikrodysekcji w celu pokazania odczytów uzyskanych z każdego obszaru mózgu.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W tym protokole jest wiele krytycznych kroków, które wymagają szczególnej uwagi i rozważenia. Należy określić wybór odpowiedniej średnicy rdzenia tkankowego w celu usunięcia każdego odpowiedniego obszaru zainteresowania. Chociaż średnice rdzenia tkankowego przedstawione w Tabeli 1 są odpowiednie do pobrania wymienionych obszarów mózgu, każdy badacz powinien określić odpowiednią wielkość rdzenia tkankowego dla optymalnego pobrania odpowiedniej tkanki (warstw) będącej przedmiotem zainteresowania. Po drugie, grubość prze...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nie stwierdzono konfliktu interesów.

Podziękowania

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ta praca została sfinansowana przez Agencję Zaawansowanych Projektów Badawczych w Obszarze Obronności (DARPA) i Biuro Badań Wojskowych (ARO), numer nagrody W911NF-10-1-006.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Kąpiel wodna Isotemp 102Fisher Scientific15-460-3Q
RNase ZapAmbionAM9782
Rotator laboratoryjny (wytrząsarka orbitalna)Thermo Fisher Scientific, Inc.2314 –- 1CEQ
Mieszalnik peletówVWR international47747-370
Tłuczek 0,5 ml bez RNazVWR internationalKT749521-0590bez nukleaz
(DEPC)Sigma-AldrichD5758-50ML
Żyletki z podwójnym ostrzemStoelting Co.51427
St– krajalnica do tkanek z ręcznym mikrometremStoelting Co.51425
2/0 Okrągły artysta' s pędzelPrinceton Art Brush4350R
Rdzeń do tkanek Harris Uni-Core (0.75 mm)Ted Pella, Inc.15072
Rdzeń tkankowy Harris Uni-Core (1,0 mm)Ted Pella, Inc.15099
Rdzeń tkankowy Harris Uni-Core (1,5 mm)Ted Pella, Inc.15075
Rdzeń tkankowy Harris Uni-Core (2,0 mm)Ted Pella, Inc.15076
GilotynaBraintree Scientific, Inc.RG-100
DecapiConesBraintree Scientific, Inc.MDC-200
HyClone Earle' s zrównoważony roztwór soli (EBSS)Thermo Fisher Scientific, Inc.SH30029.02
Pibułki 25 mlCorning4489Bez nukleaz
epT.I.P.S. Końcówki do pipet LoRetention Dualfilter, 20 — 300 μ LEppendorf0030 077.636
Rurki przykręcane TrakMates z nakrętkamiThermo Fisher Scientific, Inc.3741
Bezprzewodowy czytnik kodów kreskowych 2D VisionMateThermo Fisher Scientific, Inc.3122MTX
Czytnik kodów kreskowych 2D VisionMate SR z pojedynczą szafąThermo Fisher Scientific, Inc.3115
1-200 μ L uniwersalne końcówki do pipetCorning4864bez nukleaz
Greiner Bio-One628160Bez nukleaz
Greiner Bio-One 96-dołkowa polistyrenowa płytka do hodowli tkankowych Cellstar, U-bottomUSA Scientific, Inc.5665-0180Bez nukleaz
#4 Bibuła filtracyjnaWhatman, GE Healthcare1004 150
Napełniacz do pipet bezpiecznych z silikonową bańkąFisher Scientific13-681-102A
Spektrofotometr NanoDrop 3300Thermo Fisher Scientific, Inc.Zobacz materiał ND-3300
Pirowęglan dietylu Naczynia do hodowli komórkowych Cellstar

Bibliografia

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Pickrell, J. K. Understanding mechanisms underlying human gene expression variation with RNA sequencing. Nature. 464, 768-772 (2010).
  2. Costa, V., Angelini, C., De Feis, I., Ciccodicola, A. Uncovering the complexity of transcriptomes with RNA-Seq. J. Biomed. Biotechnol. 853916, (2010).
  3. Nagalakshmi, U., Waern, K., Snyder, M. RNA-Seq: a method for comprehensive transcriptome analysis. Curr. Protoc. Mol. Biol. Chapter 4, 11-13 (2010).
  4. Anglicheau, D., Muthukumar, T., Suthanthiran, M. MicroRNAs: small RNAs with big effects. Transplantation. 90, 105-112 (2010).
  5. Forrest, A. R., Carninci, P. Whole genome transcriptome analysis. RNA. Biol. 6, 107-112 (2009).
  6. Twine, N. A., Janitz, K., Wilkins, M. R., Janitz, M. Whole transcriptome sequencing reveals gene expression and splicing differences in brain regions affected by Alzheimer's disease. PLoS One. 6, e16266-e16266 (2011).
  7. Paulsen, S. J. Gene expression profiling of individual hypothalamic nuclei from single animals using laser capture microdissection and microarrays. J. Neurosci. Methods. 177, 87-93 (2009).
  8. Winrow, C. J. Refined anatomical isolation of functional sleep circuits exhibits distinctive regional and circadian gene transcriptional profiles. Brain. Res. 1271, 1-17 (2009).
  9. Atkins, N. Circadian integration of glutamatergic signals by little SAAS in novel suprachiasmatic circuits. PLoS One. 5, e12612-e12612 (2010).
  10. Technologies, L. MagMAX-96 Total RNA Isolation Kit Instruction Manual. , Forthcoming.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Microdissection Brain RegionsTissue Corer TechniqueRNA Free EnvironmentSerial Tissue SectionsMagnetic Bead ExtractionEBSS Preparation

Powiązane artykuły