$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Одноклеточные РНК-сек (scRNA-Seq) и ATAC-seq являются универсальными инструментами для изучения сложных биологических систем с одноклеточным разрешением. Они широко используются для определения подтипов и состояний клеток, генных сетей и оценки клеточной неоднородности. Предпосылкой для выполнения scRNA-seq является подготовка одноклеточной подвески путем диссоциации тканей. В связи с изменением внеклеточного матричного состава и механических свойств, отдельные ткани требуют оптимизации диссоциационного протокола для подготовки одноклеточной подвески.
Диссоциация тканей в одиночные клетки обычно включает в себя лечение пищеварительными ферментами, включая коллагеназу, диспазу или трипсин, при 37 градусах по Цельсию1,,2,,3,4. Поскольку транскрипционная техника остается активной при 37 градусах Цельсия, ферментальная диссоциация может ввести артефакты экспрессии мРНК и шум5,6. Примечательно, что длительная инкубация может вызвать стресс отзывчивые гены и тепло-шоковую реакцию в несенсуативной манере , что приводит к технической изменчивости в эксперименте7.
Еще одним недостатком генерации одной клеточной подвески является трудность в получении жизнеспособных и нетронутых типов клеток со сложными морфологиями. В частности, нейроны, адипоциты и подоциты сложно изолировать8,,9,,10,11. Например, Ву и его коллеги продемонстрировали отсутствие гломерулярных подоцитов в профилях скрРНК от почки для взрослых мышей12. Аналогичные неоптимальные наблюдения были сделаны в отношении восстановления взаимосвязанных нейронов из ткани мозга8,,13,14. В целом, протоколы диссоциации могут привести к смещению обнаружения к более легкому рассечению к типам клеток, что приводит к искажению клеточной архитектуры органа.
Для преодоления технического шума и смещения, введенных при подготовке образца в scRNA-Seq., изоляция и профилирование ядра является привлекательной альтернативой. Поскольку ядерная морфология аналогична между различными типами клеток, изоляция ядер обходит вопрос об изоляции нетронутых и жизнеспособных клеток со сложными морфологиями. Например, Ву и его коллеги продемонстрировали успешное профилирование гломерулярных подоцитов с однофренчатой РНК-сек. (snRNA-Seq.) почки взрослой мыши, которая отсутствовала в scRNA-Seq12. Интересно, что сравнительные исследования между одноклеточными и одноядрными РНК-сек предложили снижение индукции стрессов и генов теплового шока с snRNA-Seq12. Исследования также показывают высокую корреляцию между генами, обнаруженными этими двумя методами. Тем не менее, недавнее исследование микроглии человека не удалось обнаружить генетическую активацию при болезни Альцгеймера15. Таким образом, в определенных контекстах, snRNA-Seq является подходящей альтернативой для scRNA-Seq16,17. Кроме того, ядерная изоляция может быть использована для одноклеточного ATAC-Seq., предоставляя информацию о регионах открытого хроматина в отдельных клетках.
Протокол изоляции ядер включает в себя три основных шага: i) лизис на основе моющих средств клеточной мембраны для высвобождения ядра; ii) гомогенизация тканей с помощью гомогенизатора Dounce; и iii) обогащение ядер и удаление клеточного мусора с использованием градиентной центрифугации или цитометрии потока18,,19,,20,,21,,22. Среди них первые два шага зависят от типа ткани и должны быть эмпирически оптимизированы. Мягкое моющее средство приводит к частичному разрыву клеточной мембраны и неэффективному извлечению ядер из ткани23. С другой стороны, высокий уровень моющего средства и жесткая гомогенизация приводит к разрыву ядерной мембраны и их потере24,,25. Разорванные ядра далее имеют тенденцию слипаться и формировать агрегаты, которые, если их не удалить, могут привести к артефактам в эксперименте по профилированию ниже по течению.
Чтобы обойти проблемы, связанные с оптимизацией моющих средств для изоляции ядер, мы вводим протокол для изоляции нетронутых ядер из свежих образцов с использованием метода, свободного от моющих средств и спин-колонки. Протокол дает ядра от всего органа в течение 20 минут, ограничивая индукцию артефактной транскрипции. Изолированные ядра могут быть обогащены FACS для одноядерных РНК-сек. и ATAC-seq, обеспечивая простой и универсальный метод, который позволяет надежное и воспроизводимое высокопроизводительное профилирование.