W tym artykule przedstawiono uproszczony protokół rozwarstwiania i dysocjacji mysiego nabłonka węchowego w celu sekwencjonowania jednojądrowego RNA.
Artykuł metodologiczny
W tym artykule przedstawiono uproszczony protokół rozwarstwiania i dysocjacji mysiego nabłonka węchowego w celu sekwencjonowania jednojądrowego RNA.
Mysi nabłonek węchowy jest początkowym punktem wejścia układu węchowego, w którym znajdują się różne typy komórek, w tym węchowe neurony czuciowe, ich regenerujące się komórki progenitorowe i komórki podporowe. Węchowe neurony czuciowe przekształcają chemiczne substancje zapachowe w sygnały neuronowe, jednak mechanizmy leżące u podstaw rozwoju i obrotu tych komórek, tworzenia synaps z opuszką węchową i regulowania ich receptorów zapachowych pozostają obszarami intensywnych badań. Zlokalizowany na grzbietowej stronie jamy nosowej nabłonek węchowy przylega do skomplikowanych struktur kostnych zwanych małżowinami. Anatomia ta stwarza wyjątkowe wyzwania dla jego ekstrakcji i dysocjacji, zwłaszcza w kontekście przygotowania żywotnych zawiesin jednokomórkowych. Ponieważ protokoły zawieszenia pojedynczych komórek często obejmują etapy przygotowawcze (np. dysocjacja papainy, FACS), które mogą stresować żywotność komórek i/lub opóźniać przygotowanie biblioteki, minimalizacja czasu ekstrakcji tkanek ma kluczowe znaczenie. W artykule przedstawiono uproszczoną metodę szybkiego rozwarstwienia nabłonka węchowego oraz protokół generowania wysokiej jakości zawiesin jednojądrowych.
Mysi nabłonek węchowy (OE) jest niezbędnym składnikiem układu węchowego i jest odpowiedzialny za wykrywanie i przekazywanie sygnałów zapachowych do ośrodkowego układu nerwowego. Jego najbardziej powierzchowna warstwa zawiera rzęski wykrywające zapachy węchowych neuronów czuciowych, które są pokryte warstwą śluzu i otoczone podporowymi komórkami sustentakularnymi i mikrovillarowymi 1,2. OSN są dwubiegunowe, rozciągając swoje rzęski wierzchołkowo, tworząc siatkę w warstwie śluzu, a ich aksony zasadniczo przez kostną płytkę grzebienia, aby połączyć się w kłębuszki nerkowe w opuszce węchowej. Te kłębuszki nerkowe są miejscem synaps między OSN a neuronami znajdującymi się w dole strumienia. Leżące u podstaw OSN, neuronalne komórki progenitorowe zwane globozowymi komórkami podstawnymi stale uzupełniają OSN, gdy umierają3 po bezpośrednim narażeniu na zniewagi środowiskowe, takie jak toksyny unoszące się w powietrzu, patogeny i urazy fizyczne. Kuliste komórki podstawne pochodzą z puli rezerwowej multipotencjalnych poziomych komórek podstawnych 4,5, położonych najbardziej podstawowo i przylegających do blaszki podstawy wypukłości kostnych zwanych małżowinami nosowymi. Małżowiny nosowe są kręte, co sprawia, że OE jest trudny do oddzielenia i homogenizacji. Co więcej, OE jest otoczony kośćmi czaszki, co utrudnia dostęp do tego obszaru i tradycyjnie wymaga czasochłonnego zabiegu.
Wcześniejsze badania opierały się na przedłużonej inkubacji papainy w celu uwolnienia nabłonka węchowego z kości 6,7,8,9,10, co może jeszcze bardziej opóźnić dalsze przetwarzanie zawiesiny jednokomórkowej. Ponieważ ścinanie aksonów OSN wyzwala apoptozę11, konieczne jest zminimalizowanie czasu od ekstrakcji tkanek do przygotowania biblioteki cDNA. Co więcej, architektura OE i jego projekcje do opuszki węchowej komplikują ekstrakcję nienaruszonych komórek w celu pomyślnego sekwencjonowania RNA pojedynczej komórki. Na szczęście sekwencjonowanie RNA pojedynczego jądra (snRNA-seq) okazało się potężnym narzędziem do profilowania komórek przy jednoczesnym zachowaniu dystrybucji typu komórki, szczególnie w tkankach, w których dysocjacja pojedynczych komórek jest trudna lub niepraktyczna12,13.
Podczas gdy wiele badań 6,7,8,10,14,15 przeprowadziło sekwencjonowanie pojedynczych komórek myszy OE, żadne z nich nie oferuje szczegółowej procedury preparacji zoptymalizowanej pod kątem spójnego i celowego pobierania tkanek, co jest konieczne, biorąc pod uwagę kruchość OE i pokrycie różnymi kośćmi czaszki. Ponadto istniejące prowadnice do sekcji16 koncentrują się na zachowaniu struktury anatomicznej, a nie prędkości, co prowadzi do potencjalnie długiego czasu sekcji. Ponieważ celowe przygotowanie tkanek jest niezbędne do zminimalizowania degradacji RNA i maksymalizacji jakości przygotowanych jąder17,18, uzasadniony jest zoptymalizowany protokół szybkiej sekcji i homogenizacji mysiego OE do zawiesiny jednojądrowej do stosowania w różnych dalszych zastosowaniach.
Protokół ten (ryc. 1) przedstawia uproszczoną metodę zaprojektowaną w celu przezwyciężenia tych wyzwań, umożliwiając szybką dyssekcję mysiego OE i skuteczną dysocjację tkanki w celu wyizolowania jąder. Takie podejście ułatwia wysokiej jakości sekwencjonowanie pojedynczego jądra19, zapewniając niezawodną technikę badania molekularnych podstaw biologii węchu.

Rycina 1: Anatomia odpowiednich szwów i kości czaszki myszy C57BL/6 oraz reprezentatywny przekrój nabłonka węchowego. (A) Szwy czaszki są oznaczone kolorami. Szwy są oznaczone kolorami po jednej stronie czaszki, podczas gdy druga strona pozostaje nieoznaczona w celach informacyjnych (po lewej). Nazwy szwów są odpowiednio oznaczone kolorami (po prawej). (B) Kości czaszki oznaczone kolorem. Kości są oznaczone kolorami po jednej stronie czaszki, podczas gdy druga strona pozostaje nieoznaczona w celach informacyjnych (po lewej). Nazwy kości są odpowiednio oznaczone kolorami (po prawej). (C) Przekrój poprzeczny środkowej części OE (wyciętej metodą opisaną w tym artykule) z małżowinami oznaczonymi kolorami po jednej stronie i górną po lewej stronie nieoznaczoną w celach informacyjnych (po lewej). Nazwy zwizualizowanych małżowin usznych (po prawej). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie eksperymenty na zwierzętach w tym badaniu zostały zatwierdzone i przeprowadzone zgodnie z Baylor College of Medicine IACUC. Użyto samic myszy C57BL/6J (JAX:000664). Szczegółowe informacje na temat odczynników i wyposażenia są wymienione w Tabeli materiałów.
1. Rozwarstwienie nabłonka węchowego

Rycina 2: Technika szybkiego rozwarstwienia nabłonka węchowego. (A) Głowa myszy po usunięciu otaczającej tkanki miękkiej. (B) Oznaczone kolorami prowadnice do nacięć sklepienia czaszki. (C) Wygląd po nacięciu sklepienia czaszki. (D) Usunięcie pierwszej półkuli sklepienia czaszki wraz z częścią oczodołu przylegającą do nabłonka węchowego. (E) Usunięcie przeciwległej części sklepienia czaszki wraz z mózgiem. (F) Głowa po usunięciu mózgu i sklepienia czaszki. (G) Usunięcie najbardziej przedniej kości czołowej i tylnej kości przedszczękowej, po nacięciu szwu czołowo-szczękowego. (H) Usunięcie kości nosowych. (I) Czarne kółka zaznaczają obszary resztkowej kości przedszczękowej, które można opcjonalnie usunąć. (J) Umieszczenie kleszczy w celu usunięcia nienaruszonego nabłonka węchowego. (K) Pociągnij do tyłu, aby uwolnić nabłonek węchowy. (L) Całkowite uwolnienie nabłonka węchowego. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
2. Dysocjacja nabłonka węchowego i izolacja pojedynczego jądra

Rycina 3: Dysocjacja nabłonka węchowego i przebieg izolacji pojedynczego jądra. Po rozwarstwieniu nabłonek węchowy ulega mechanicznej i chemicznej dysocjacji. Lizat jest następnie filtrowany przez sitko o wielkości 70 μm, przepłukiwany 1x PBS i odwirowywany przy 500 × g przez 5 minut. Osad jest ponownie zawieszany w 1x PBS przed przefiltrowaniem przez sitko 30 μm. Otrzymana zawiesina jąder jest dostępna dla różnych zastosowań w sekwencjonowaniu. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Aby zapewnić kontekst anatomiczny do sekcji i analizy, szwy i kości czaszki myszy C57BL/6, a także centralna część nabłonka węchowego (OE), zostały zwizualizowane i oznaczone kolorami (ryc. 1). Jedna strona każdego obrazu została opatrzona adnotacjami, aby podkreślić odpowiednie szwy, kości i małżowiny, podczas gdy druga strona pozostała nieoznaczona w celach informacyjnych. Przekrój OE został przygotowany zgodnie z ustalonymi protokołami20, a identyfikacja małżowiny ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Opisana tutaj procedura umożliwia konsekwentne usuwanie nienaruszonego OE po dosercowej perfuzji 1x PBS. Stanowi to znaczną poprawę szybkości w porównaniu z poprzednimi metodami16 i ma szczególne znaczenie, biorąc pod uwagę, że OSN zaczynają się degenerować po aksotomii2, co ma miejsce podczas usuwania mózgu.
Staranne usunięcie kości czołowej, przedszczękowej i nosowej ma kluczowe znaczenie dla konsekwentnego usuwania nienaruszonego OE. Dodatkowo...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują, że badanie to zostało przeprowadzone przy braku jakichkolwiek powiązań handlowych lub finansowych, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.
Autorzy chcieliby podziękować Baylor College of Medicine's Single Cell Genomics Core. Projekt ten był wspierany przez Cytometry and Cell Sorting Core w Baylor College of Medicine dzięki finansowaniu z NIH (P30 AI036211, P30 CA125123 i SS10 RR024574) oraz pomocy eksperta Joela M. Sederstroma. Projekt ten został częściowo sfinansowany przez NIH/NICHD [P50HD103555], NIH/NINDS [5R01NS078294] oraz NIH/NIA [5F30AG076265]. Rysunek 3 został utworzony w BioRender. https://BioRender.com/5418352.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Probówka wirówkowa 15 ml | Leczenie komórkowe | 229411 | |
| Szczypce do kości | Narzędzia naukowe | 16102-11 | |
| Bonn Miniaturowe nożyczki do tęczówki | Miltex | 18-1392 | |
| Roztwór albuminy surowicy bydlęcej | Sigma-Aldrich | A1595 (wersja angielska) | |
| Kleszcze Dumont #3 | Narzędzia naukowe | 11231-30 | |
| Samica myszy C57BL/6J | Laboratorium Jacksona | JAX:000664 | |
| Rurki gentleMACS C | Miltenyi Biotec | 130-093-237 | |
| GentleMACS Octo Disocjator | Miltenyi Biotec | 130-096-427 | |
| Filtry siatkowe MACS SmartStrainers 30 um | Miltenyi Biotec | 130-098-458 | |
| Filtry siatkowe MACS SmartStrainers 70 um | Miltenyi Biotec | 130-098-462 | |
| Mikro Friedman-Pearson Rongeurs | Narzędzia naukowe | 16220-14 | |
| Bufor do ekstrakcji jąder | Miltenyi Biotec | 130-128-024 | |
| Sól fizjologiczna buforowana fosforanami (PBS), 1x bez wapnia i magnezu, pH 7,4 i plusmn; 0.1 | Corning | 21-040-CV | |
| Inhibitor RNAzy Protektora | Millipore Sigma | 3335402001 | |
| Wirówka z chłodzeniem Sorvall Legend XTR | Thermo Scientific | 50119927-5 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie