O protocolo atual descreve o uso de seções fixadas em formol, embutidas em parafina, das regiões craniofaciais E13.5 e E15.5 de embriões de camundongos para analisar os perfis diferenciais de expressão gênica usando transcriptômica espacial.
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Artigo de método
O protocolo atual descreve o uso de seções fixadas em formol, embutidas em parafina, das regiões craniofaciais E13.5 e E15.5 de embriões de camundongos para analisar os perfis diferenciais de expressão gênica usando transcriptômica espacial.
O dente em desenvolvimento é composto por populações celulares diversas e altamente especializadas que trabalham juntas para manter a forma e a função adequadas. Elucidar as interações entre essas células e o microambiente ao redor é fundamental para entender os mecanismos regulatórios subjacentes ao desenvolvimento normal dos dentes. Perturbações nesses processos podem resultar em distúrbios congênitos como agenesia dentária, dentinogênese imperfeita e amelogênese imperfeita. Apesar do progresso substancial possibilitado pelo sequenciamento de RNA de célula única (scRNA-seq) na revelação da heterogeneidade celular, ele não preserva o contexto espacial das células dentro dos tecidos, limitando a capacidade de relacionar a expressão gênica à arquitetura tecidual. Tecnologias espaciais transcriptômicas abordam essa limitação integrando o perfil de expressão gênica de alta resolução com a preservação da arquitetura dos tecidos nativos, permitindo a localização in situ das assinaturas moleculares. Aqui, descrevemos um protocolo passo a passo para a coleta, fixação e incorporação de parafina de tecido craniofacial embrionário de camundongo, adequado para aplicações espaciais transcriptômicas a jusante. O fluxo de trabalho detalha a otimização da secção e manuseio de tecidos fixados em formalina, embutidos em parafina, para preservar a integridade do RNA e a morfologia dos tecidos para análise espacial de alta resolução. Esse método é compatível com plataformas de sequenciamento e transcriptômica espacial baseada em imagem, permitindo o perfil transcriptômico espacial reproduzível da morfogênese dentária precoce em embriões de camundongo. Essa abordagem oferece insights poderosos sobre a organização espacial e a dinâmica funcional das estruturas craniofaciais tanto em estados de desenvolvimento quanto patológicos, fornecendo uma estrutura crítica para ligar mecanismos moleculares à morfologia dos tecidos.
O desenvolvimento dentário depende de uma sequência altamente coordenada de processos morfogenéticos durante o crescimento embrionárioinicial 1,2,3,4. Embora numerosos genes-chave e vias de sinalização tenham sido identificados por meio de estudos genéticos e do desenvolvimento, nosso entendimento de como esses fatores interagem para moldar estruturas craniofaciais individuais permanece limitado. Notavelmente, mesmo com avanços substanciais na ligação de variantes genéticas específicas tanto a distúrbios dentários sindrômicos quanto não sindrômicos, os mecanismos moleculares detalhados subjacentes à morfogênese específica da estrutura ainda não estão totalmentedefinidos 1,2,3,4. Essa lacuna de conhecimento continua a limitar o progresso de estratégias terapêuticas direcionadas para agenesia dentária ou outras aberrações dentárias.
O sequenciamento de mRNA de célula única (scRNA-seq) permitiu a descoberta de tipos celulares anteriormente não reconhecidos tanto em tecidos saudáveis quanto doentes, bem como a identificação de múltiplos subtipos celulares com base em perfis distintos de expressão gênica. No entanto, como o scRNA-seq requer dissociação dos tecidos em células individuais, a informação sobre a posição espacial original de cada célula dentro do tecido é perdida. Como resultado, esses conjuntos de dados não capturam como as células estão organizadas em relação à arquitetura do tecido 5,6,7. Além disso, as interações previstas célula a célula dependem da presença de interações complementares de transcritos, mas não levam em conta informações epais reais, o que é importante para determinar se tais interações ocorrem in vivo 5,6,7.
A tecnologia de transcriptômica espacial permite o perfil de alta produtividade da expressão gênica enquanto retém informações espaciais dentro das seçõesteciduais 8,9. As tecnologias de transcriptômica espacial são baseadas emimagem 10,11,12 ou baseadas em sequenciamento 12,13. Abordagens de transcriptômica espacial baseadas em imagem utilizam FISH para detectar e medir a expressão gênica direcionada com precisão espacial celular ou subcelular. Em contraste, tecnologias baseadas em sequenciamento capturam a expressão gênica em todo o transcriptoma com resolução espacial menor. A transcriptômica espacial baseada em sequenciamento emprega uma estratégia para alcançar resolução quase de célula única com cobertura de transcriptoma inteiro (~20.000 genes), apoiando análises exploratórias não tendenciosas, enquanto a transcriptômica espacial baseada em imagem mira painéis gênicos (até ~5.000 genes), permitindo uma análise precisa baseada em hipóteses de vias específicas e interaçõescelulares 14.
Avanços tecnológicos em transcriptômica espacial agora possibilitam a análise da expressão gênica dentro da arquitetura de tecidos preservados. Fluxos de trabalho baseados em parafina fixa com formol (FFPE) e baseados em criosseção oferecem abordagens complementares para transcriptômica espacial 15,16,17. O FFPE proporciona preservação superior da arquitetura tecidual, permitindo o mapeamento espacial preciso da expressão gênica em tecidos estruturalmente complexos, como dentes em desenvolvimento e prateleiras palatinas. Em nosso estudo e em outros, a fixação e o arquivamento do FFPE produziram dados espaciais transcriptômicos altamente precisose reprodutíveis 18. Os fluxos de trabalho de criosseção preservam a integridade do RNA, mas são mais propensos à distorçãotecidular 18. Portanto, o FFPE foi selecionado para este estudo. Enquanto o sucesso do scRNA-seq depende em grande parte da manutenção da alta integridade do RNA, a transcriptômica espacial também requer uma morfologia tecidular de alta qualidade para localizar com precisão os sinais de expressão gênica em características histológicas específicas.
Este protocolo é mais adequado para tecidos craniofaciais embrionários de camundongos com FFPE que abrangem estágios iniciais de desenvolvimento, onde a preservação da arquitetura fina dos tecidos é crítica para análise transcriptômica espacial. O fluxo de trabalho tende a ter desempenho subótimo em amostras excessivamente fixas, blocos de parafina mal orientados ou tecidos com integridade de RNA comprometida, o que pode resultar em redução da qualidade do sinal e perda de resolução espacial. A aplicação bem-sucedida desse método é indicada pela morfologia tecidual intacta, distorção mínima de seções e sinais transcriptômicos robustos e espacialmente resolvidos que se alinham com características histológicas.
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Todos os procedimentos com animais foram aprovados pelo Comitê de Cuidados e Uso de Animais do Instituto Nacional de Saúde Infantil e Desenvolvimento Humano (ACUC), sob o Protocolo de Estudo com Animais #21-031.
1. Preparação do animal experimental e coleta de tecidos
2. Fixação e processamento do tecido
3. Processamento de tecido FFPE para transcriptômica espacial
4. Transcriptômica espacial baseada em sequenciamento
5. Transcriptômica espacial baseada em imagem
NOTA: Os slides foram fornecidos pelofabricante 20, cada um contendo uma área designada para imagens (linhas delineadas) medindo 12 mm × 24 mm, com uma região disponível de amostra de aproximadamente 235 mm² (10,45 mm × 22,45 mm).
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Este método descreve o processamento de cabeças embrionárias de camundongos recém-dissecadas para gerar amostras de FFPE de tecidos craniofaciais, incluindo o dente em desenvolvimento, que podem ser facilmente seccionadas por micrótomo mantendo a integridade do RNA (Figura 1). Esse protocolo foi aplicado com sucesso às cabeças de embriões murinos E13.5 (embrionário dia 13.5), E15.5 e E16.5 para regiões craniofaciais de alta resolução baseadas em imagens (
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Neste trabalho, apresentamos um protocolo detalhado para preparar blocos FFPE de cabeças embrionárias de camundongos otimizados para uso em plataformas de imagem espacial de RNA de alta resolução, incluindo transcriptômica espacial baseada em sequenciamento e imagem. Um objetivo fundamental deste protocolo é preservar tanto a morfologia dos tecidos quanto a integridade dos ácidos nucleicos em seções inteiras da cabeça, com foco especial na região craniofacial em desenvolvimento. Garantir...
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Os autores não têm conflitos de interesse a revelar.
Agradecemos sinceramente ao Dr. Sergey L. Leikin, à Dra. Elena Makareeva (Seção de Bioquímica Física, NICHD/NIH) e ao Dr. Jeremie Oliver Piña (Seção de Biologia Molecular de Ossos e Dentes, NIDCR/NIH) pelos conselhos sobre o design dos experimentos e assistência técnica. Agradecemos ao Dr. Iben James e ao Dr. Vivek Mahadevan (Molecular Genomics Core, NICHD/NIH) pelo apoio técnico para a execução de transcriptômica espacial baseada em sequenciamento. Agradecemos ao Dr. Gustaf Wigerblad (Systemic Autoimmunity Branch, National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Disease, NIAMS/NIH) pela assistência técnica fornecida para transcriptômica espacial baseada em imagem. Agradecemos ao Dr. Michael Kelly e ao Dr. Jatinder Singh (CCR Single Cell Analysis Facility (SCAF), NCI/NIH) pelo apoio técnico para a execução de transcriptômica espacial baseada em imagem. Agradecemos à equipe das instalações veterinárias do NICHD pela ajuda na criação e criação de animais. A Figura 1 foi criada usando BioRender.com.
O manuscrito atual é apoiado por fundos do NIH/NIDCR [subsídio, 1RO1DE033520] ao M.B. Os financiadores não tiveram papel no desenho do estudo, coleta e análise de dados, decisão de publicação ou preparação do manuscrito.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| 1x PBS | Thermo Fischer | 10010023 | Use para realizar lavagens durante o fluxo de trabalho |
| 50 mL tubos cônicos (Ambion) livres de RNAse | Thermo Fischer | AM12502 | Uso para armazenar amostras em diferentes soluções |
| Oscilador orbital avançado | VWR | 6683-470 | Uso para agitar tecidos na solução de fixação durante a incubação |
| Álcool, 70%, Fisherbrand, HistoPrep | Fisher Scientific | HC-1000-1GL | Use para limpar e desinfetar todo o espaço de trabalho |
| Processador automatizado de tecido a vácuo | Leica Biosystems | ASP300S | Uso para limpar desidratação, reidratação e infiltração de cera em amostras |
| Espessura do Vidro da Cobertura 1,5, 25 mm x 25 mm | Corning | 2850-25 | Uso para montagem de slides no fluxo de trabalho Visium HD |
| Buffer de Azulamento Dako, Pronto para Uso | Tecnologias Agilant | CS70230-2 | Uso para H& Coloração por E |
| Eosina-Y com floxina | Fisher Scientific | 22050198 | Uso para H& Coloração por E |
| Hematoxilina, Mayer, solução aquosa pronta para uso | Tecnologias Agilant | S330930-2 | Uso para H& Coloração por E |
| Banho-maria HistoCore & nbsp; | Leica Biosystems | HIS2326 | Use para flutuar as seções a 40-43 graus; C para remover rugas das seções FFPE |
| Loupe browser 9.0.0 | 10X Genomics, Inc. | Use para analisar dados do Visium HD | |
| Lâminas descartáveis de perfil baixo DB80LX | Leica Biosystems | 14035843496 | Use para seccionar blocos FFPE |
| Formalina Tamponada Neutra 10% | Azer Scientific | NBF-4-G | Usar para consertar os lenços |
| Solução de Descontaminação RNase RNaseZap | Thermo Fischer | AM9782 | Uso para limpar e remover RNase |
| Microtomo Rotativo Semi-Automatizado | Leica Biosystems | RM2245 | Use para seccionar blocos FFPE conforme informado nas diretrizes. |
| Aquecedor de Ferrolho com Tampa | Estreia | XH2004 | Uso para incubação de lâminas em diferentes temperaturas |
| Superfrost Plus Slides & nbsp; | Fisher Scientific | 12-550-15 | Uso para anexar seções para o Vsium HD |
| Lâmina cirúrgica nº 11 | Integra Miltex | 4-311 | Uso para a marcação de tecidos FFPE |
| Paraplastos Surgipath | Leica Biosystems | 39601006 | Uso para realizar infiltração de tecidos e inserção de tecidos |
| TISsue PRATO de cultura 100X20MM 500/CS | Fisher Scientific | 877222 | Uso para coletar e dissecar amostras em 1x PBS |
| Glicerol UltraPure | Thermo Fischer | 15514011 | Uso para montagem de slides Visium HD do coverglass antes do CytAssist |
| Visium CytAssist | 10X Genomics, Inc. | PN-1000442 | Uso para experimentos de fluxo de trabalho Visium HD |
| Visium HD Sequenciamento Espacial de RNA | 10X Genomics, Inc. | 1000676 | Uso para realizar experimentos espaciais transcriptômicos |
| Xenium 5K Localização In Situ de RNA | 10X Genomics, Inc. | PN-1000724 | Uso para realizar experimentos espaciais transcriptômicos |
| Analisador de Xenium | 10X Genomics, Inc. | PN-1000481 | Use para realizar imagens de RNA de Xênio e Xênia 5K |
| Xenium Explorer 4 | 10X Genomics, Inc. | Uso para analisar dados de Xenium | |
| Localização in situ de RNA de xênia | 10X Genomics, Inc. | 1000672 | Uso para realizar experimentos espaciais transcriptômicos |
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