Tutaj demonstrujemy przygotowanie wysokiej jakości jednokomórkowego zawiesiny jelita tilapii do sekwencjonowania pojedynczych komórek.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Tutaj demonstrujemy przygotowanie wysokiej jakości jednokomórkowego zawiesiny jelita tilapii do sekwencjonowania pojedynczych komórek.
Tilapia nilowa jest jednym z najczęściej hodowanych gatunków ryb słodkowodnych na świecie i jest szeroko stosowanym modelem badawczym do badań nad rybami akwakultury. Przygotowanie wysokiej jakości zawiesin jednokomórkowych jest niezbędne do badań na poziomie pojedynczej komórki, takich jak sekwencjonowanie RNA pojedynczej komórki lub genomu. Nie ma jednak gotowego do użycia protokołu dla gatunków ryb akwakultury, w szczególności dla jelita tilapii. Skuteczne enzymy dysocjacyjne różnią się w zależności od typu tkanki. Dlatego niezbędna jest optymalizacja protokołu dysocjacji tkanek poprzez wybór odpowiedniego enzymu lub kombinacji enzymów w celu uzyskania wystarczającej liczby żywotnych komórek przy minimalnym uszkodzeniu. Badanie to ilustruje zoptymalizowany protokół przygotowania wysokiej jakości zawiesiny jednokomórkowej z jelita tilapii nilowej z kombinacją enzymów kolagenazy / dispazy. Ta kombinacja jest wysoce skuteczna w dysocjacji z wykorzystaniem albuminy surowicy bydlęcej i DNazy w celu zmniejszenia agregacji komórek po trawieniu. Wydajność komórkowa spełnia wymagania sekwencjonowania pojedynczych komórek, z 90% żywotnością komórek i wysoką koncentracją komórek. Protokół ten można również zmodyfikować w celu przygotowania zawiesiny jednokomórkowej z jelit innych gatunków ryb. Badania te zapewniają skuteczny protokół referencyjny i zmniejszają potrzebę przeprowadzania dodatkowych prób w zakresie przygotowania zawiesin jednokomórkowych dla gatunków ryb akwakultury.
Komórki są podstawowymi jednostkami organizmów. W porównaniu z badaniami tkanek masowych, badania na poziomie pojedynczej komórki mogą odzwierciedlać heterogeniczność komórek i dostarczać informacji o wyższej rozdzielczości1. W ostatnich latach naukowcy zastosowali technologie sekwencjonowania pojedynczych komórek do badań genomu, transkryptomu, epigenomu lub badań multiomicznych na poziomie pojedynczych komórek u ssaków, danio pręgowanego i innych organizmów modelowych i poinformowali o wielkich przełomach2,3,4,5,6,7. Podczas gdy większość badań koncentrowała się na organizmach modelowych, istnieje niewiele protokołów referencyjnych lub komercyjnych zestawów dysocjacyjnych do sekwencjonowania pojedynczych komórek u ekonomicznych gatunków ryb, co ogranicza zastosowanie sekwencjonowania jednokomórkowego w badaniach nad akwakulturą. Dlatego kluczowe znaczenie ma opracowanie protokołów dysocjacji tkanek, które wytwarzają wysokiej jakości zawiesiny pojedynczych komórek o wysokiej żywotności komórek i integralności kwasów nukleinowych.
Optymalizacja protokołu dysocjacji tkanek za pomocą odpowiedniego enzymu lub kombinacji enzymów w celu uzyskania wystarczającej liczby żywotnych komórek przy minimalnych uszkodzeniach jest niezbędna. Najskuteczniejszy enzym dysocjacji tkanek różni się w zależności od typu tkanki. U ssaków do przygotowania zawiesin jednokomórkowych dla tkanek stałych ssaków użyto kilku enzymów, w tym kolagenazy, dypazy, trypsyny, papainy, elastazy, hialuronidazy, liberazy, akutazy i trypLE8,9. Trawienie trypsyny w połączeniu z zakłóceniami mechanicznymi było powszechnie stosowane do dysocjacji tkanek w hodowli komórkowej u ryb10,11,12,13,14. Trypsyna była również używana lub dodawana do koktajlu trawiennego w celu dysocjacji tkanek w jelicie szczura15 i tkanka skrzelowa danio pręgowanego16. Jednak z kilku powodów trypsyna nie jest najlepszą opcją do sekwencjonowania pojedynczych komórek. Sama trypsyna jest zwykle nieskuteczna w dysocjacji tkanek. Dodatkowo trypsyna indukuje pęknięcia nici DNA17,18 i degradację RNA19.
Papaina degraduje białka, które tworzą ścisłe połączenia między komórkami. W komórkach nerwów i mięśni gładkich ssaków papaina jest bardziej wydajna i mniej destrukcyjna niż inne proteazy20,21. Jednak, podobnie jak trypsyna, papaina powoduje agregację komórek indukowaną przez wolne DNA w wyniku lizy komórek, która zachodzi podczas trawienia enzymatycznego9. Elastaza rozkłada elastynę, która zwykle znajduje się w skórze, płucach, więzadłach, ścięgnach i tkankach naczyniowych22. Jest często stosowany w połączeniu z kolagenazą, dypazą lub trypsyną w celu dysocjacji tkanki płucnej8. Hialuronidaza rozszczepia wiązania glikozydowe hialuronanu, przyczyniając się do trawienia macierzy zewnątrzkomórkowej w różnych tkankach łącznych i skórze9,23.
Ogólnie rzecz biorąc, kolagenaza i dispase są dobrymi opcjami do rozpadu macierzy zewnątrzkomórkowej. Zostały one użyte do dysocjacji jelit ludzkich, mysich i danio pręgowanych24,25,26,27. Kolagenaza niszczy wiązanie peptydowe w kolagenie, wspomaga trawienie macierzy zewnątrzkomórkowej i uwalnia komórki do zawiesiny, a zatem kolagenaza jest często stosowana do dysocjacji tkanek stałych ludzi i myszy, w tym do wątroby28,29, spleen30, pancreas31 i intestine25. Dypaza jest proteazą, która hydrolizuje N-końcowe wiązania peptydowe niepolarnych reszt aminokwasowych i jest łagodniejsza niż kolagenaza. Rozszczepia składniki macierzy zewnątrzkomórkowej, takie jak fibronektyna, kolagen typu IV i w mniejszym stopniu kolagen typu I, nie wpływając na połączenia komórkowo-komórkowe. Dypaza jest używana oddzielnie lub z innymi enzymami do dysocjacji tkanek, takich jak intestine25,32, brain33, liver34, itd. Ponadto dostępne na rynku koktajle trawienne, w tym liberaza, akutaza i trypLE, są również dobrą alternatywą dla dysocjacji tkanek stałych, szczególnie dla skóry, wątroby i nerek8,9.
Tilapia nilowa (Oreochromis niloticus) należy do rodziny pielęgnicowatych z rzędu Perciformes. Jest to jeden z najbardziej hodowanych gatunków ryb słodkowodnych w obszarach tropikalnych i subtropikalnych, z roczną produkcją 4,5 miliona ton w 2022 roku35. Jest to jeden z najlepiej przebadanych gatunków ryb akwakultury z dobrze opisanym genomem. Tilapia nilowa jest idealnym modelem badawczym dla gatunków ryb akwakultury ze względu na krótki czas generacji, łatwość hodowli i zdolność przystosowania się do szerokiego zakresu środowisk hodowlanych. Jelito jest przedmiotem dużego zainteresowania badawczego, ponieważ jest narządem odżywiania, trawienia i wchłaniania, metabolizmu i odporności błony śluzowej. Jelito jest siedliskiem populacji drobnoustrojów i jest niezbędnym układem odpornościowym tkanki36. Jest aktywny immunologicznie ze względu na obecność wielu typów komórek odpornościowych, w tym makrofagów, limfocytów B, granulocytów i limfocytów T.
W obecnym badaniu opracowaliśmy protokół przygotowania wysokiej jakości zawiesiny jednokomórkowej z jelita tilapii nilowej, aby ułatwić badania na poziomie pojedynczych komórek u gatunków ryb akwakultury. Zgodnie z charakterystyką tych enzymów specyficznych dla tkanek i pracami wstępnymi, kolagenaza / dypaza jest odpowiednia do dysocjacji tkanki jelitowej tilapii. Ostatnim typem enzymu, który należy wziąć pod uwagę przy przygotowywaniu zawiesin jednokomórkowych, jest DNaza-I, która zapobiega agregacji komórek poprzez degradację wolnego DNA uwalnianego w wyniku lizy martwych komórek podczas trawienia enzymatycznego bez inicjowania szlaków apoptotycznych9 i zwiększa wydajność żywych komórek36. Dodatkowo albumina surowicy bydlęcej (BSA) jest dodawana do buforu myjącego w celu zmniejszenia zlepiania się komórek i poprawy żywotności komórek. Kilka firm produkujących odczynniki opisuje BSA jako stabilizator enzymów. Dodatek 0,04%-1% BSA do PBS (sól fizjologiczna buforowana fosforanem) został wykorzystany do opracowania roztworu myjącego do przygotowania zawiesin do sekwencjonowania pojedynczych komórek bez negatywnych skutków38. Dodanie niskiego stosunku BSA może pomóc w utrzymaniu żywotności komórek i uniknięciu agregacji komórek wywołanej przez wolne DNA w wyniku lizy komórek. Protokół ten może również stanowić cenne odniesienie do opracowywania protokołów dysocjacji komórek z jelit innych gatunków ryb akwakultury.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie protokoły dla zwierząt podczas tego badania zostały zatwierdzone przez Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt Uniwersytetu Hainan (numer protokołu: HNUAUCC-2022-00063; Data zatwierdzenia: 03-03-2022). Listę sprzętu i materiałów użytych w tym eksperymencie można znaleźć w Tabeli Materiałów. Podsumowanie obecnego protokołu jest zilustrowane na Rysunek 1.
1. Przygotowanie ryb
2. Przygotowanie odczynnika
3. Przygotowanie sprzętu
4. Sekcja tkanek i dysocjacja komórek
5. Barwienie i badanie mikroskopowe
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Niniejszy protokół opisuje przygotowanie wysokiej jakości zawiesiny pojedynczych komórek jelita nilskiej tilapii do sekwencjonowania pojedynczych komórek (Rysunek 1). Badania te wykazują, że mieszanina kolagenazy i dispazy wykazuje korzystny efekt dysocjacji i jest łagodna dla tkanki jelita. Wybór optymalnego enzymu trawiennego jest kluczowy dla przygotowania wysokiej jakości zawiesiny pojedynczych komórek. W pracach wstępnych porównano wydajność dysocjacji kilku powszechnie stosowanych enzy...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół ten opisuje przygotowanie wysokiej jakości jednokomórkowej zawiesiny jelita tilapii nilowej. Przed dysocjacją konieczne jest usunięcie tłuszczu i krezki z jelita, szczególnie w przypadku jelit ryb mięsożernych z dużą ilością tłuszczu. Użycie strzykawki zamiast twardego skrobania do zmycia treści jelitowej zmniejsza mechaniczne uszkodzenia komórek. Aby zapewnić żywotność komórek, konieczne jest również utrzymanie temperatury na poziomie 20 °C lub niższym na etapie preparacji tkanek i płukania. Roztwory myjące są ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.
Autorzy pragną podziękować za wsparcie ze strony Chińskiej Fundacji Nauk Przyrodniczych Prowincji Hainan (nr 320QN211) oraz Programu Funduszu Badawczego Prowincji Guangdong Kluczowego Laboratorium Kontroli Chorób Zwierząt Wodnych i Zdrowej Kultury Chin (NO. PBEA2021ZD01).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 0,22-μ m Sterylny filtr | Solarbio Life Sciences | SLGV033RB | Służy do filtrowania i sterylizacji roztworu enzymatycznego. |
| 40-μ m Sitko do komórek | Solarbio Life Sciences | F8200 | Sitko do komórek stosuje się w celu wyeliminowania niestrawionych kawałków tkanki. |
| Albumina surowicy bydlęcej (BSA) | Sigma-Aldrich | SRE0098 | w proszku; rozcieńczyć 0,04 g BSA w 100 ml 1&razy; DPBS do przygotowania 0,04% BSA-DPBS bffer myjący. Przechowywać w temperaturze 2 - 8 stopni Celsjusza. |
| Kolagenaza II | Sangon Biotech | A004202 | Rozcieńczyć PBS do końcowego stężenia 1 mg/ml. |
| Kolagenaza/dispaza | Roche | 10269638-001 | Rozcieńczyć PBS do końcowego stężenia 1 mg/ml. |
| Rozcieńczyć | Sigma-Aldrich | D4818 | Rozcieńczyć PBS do końcowego stężenia 1 mg/ml. |
| DNaza I | Sigma-Aldrich | AMPD1 | DNaza I pomaga zmniejszyć zlepianie się komórek. |
| Sól fizjologiczna buforowana fosforanami (DPBS) firmy Dulbecco, Ca2+/Mg2+ | Solarbio Life Sciences | E607009-0500 | Przechowywać w temperaturze pokojowej. |
| Elastase | Sangon Biotech | A600438 | Rozcieńczyć PBS do końcowego stężenia 0,5 mg/ml. |
| Surowica bydlęca płodu (FBS) | Gibco | 16000-044 | Surowica, stosowana w objętości 5% w roztworze digetstion. |
| Odwrócony Mikroskop | Leica | qTOWER3G | Służy do badania żywotności komórek. |
| Liberaza | Roche | 5401119001 | Rozcieńczyć PBS do końcowego stężenia 0,25 mg/ml. |
| Nil tilpia (Oreochromis niloticus) | ProGift Aquaculture Technology Co., Ltd. | NA | Zdrowe ryby bez objawów chorobowych (średnia masa ciała: 100 g). |
| Sól fizjologiczna buforowana fosforanami (PBS) | Solarbio Life Sciences | P1020 | Przechowywać w temperaturze pokojowej. |
| Wirówka z chłodzeniem | Eppendorf | 5424 | Służy do wirowania petetu tkankowego i komórkowego. |
| Inhibitor RNazy | NEB | M0314L | Hamuje aktywność RNazy |
| Odczynnik RNazy-Be-Gone w fazie stałej | Sangon Biotech | B644201-0050 | Służy do usuwania RNazy z narzędzi takich jak nożyczki preparacyjne i szklane pipety. Przechowywać w temperaturze pokojowej. |
| Metanosulfonian trikainy (MS-222) | Sigma-Aldrich | E10521 | Do eutanazji ryb. |
| Trypan Blue | Invitrogen | C0040 | Służy do barwienia martwych komórek. |
| Trypsin | Sangon Biotech | E607001 | Rozcieńczyć PBS do końcowego stężenia 1 mg/ml. |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.