Этот протокол описывает подробную, низковходную пробоподготовку для секвенирования с одним ядром, включая рассечение верхних цервикальных и звездчатых ганглиев мыши, диссоциацию клеток, криоконсервацию, выделение ядра и штрих-кодирование хэштегов.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Этот протокол описывает подробную, низковходную пробоподготовку для секвенирования с одним ядром, включая рассечение верхних цервикальных и звездчатых ганглиев мыши, диссоциацию клеток, криоконсервацию, выделение ядра и штрих-кодирование хэштегов.
Сердечная вегетативная нервная система имеет решающее значение для контроля сердечной функции, такой как частота сердечных сокращений и сократимость сердца, и делится на симпатическую и парасимпатическую ветви. Как правило, существует баланс между этими двумя ветвями для поддержания гомеостаза. Однако состояния сердечных заболеваний, такие как инфаркт миокарда, сердечная недостаточность и гипертония, могут вызывать ремоделирование клеток, участвующих в сердечной иннервации, что связано с неблагоприятным клиническим исходом.
Хотя существует огромное количество данных о гистологической структуре и функции сердечной вегетативной нервной системы, ее молекулярно-биологическая архитектура в здоровье и болезнях все еще загадочна во многих аспектах. Новые технологии, такие как секвенирование одноклеточной РНК (scRNA-seq), обещают генетическую характеристику тканей с одноклеточным разрешением. Однако относительно большой размер нейронов может препятствовать стандартизированному использованию этих методов. Здесь этот протокол использует секвенирование одноядерной РНК на основе капель (snRNA-seq), метод характеристики биологической архитектуры сердечных симпатических нейронов в здоровье и болезни. Продемонстрирован поэтапный подход для выполнения snRNA-seq двустороннего верхнего шейного (SCG) и звездчатого ганглия (StG), рассеченных у взрослых мышей.
Этот метод обеспечивает долгосрочное сохранение образцов, поддерживая адекватное качество РНК, когда образцы от нескольких людей / экспериментов не могут быть собраны все сразу в течение короткого периода времени. Штрих-кодирование ядер с помощью хэштегов oligos (HTO) позволяет демультиплексировать и отслеживать отдельные ганглионные образцы после секвенирования. Последующие анализы выявили успешный захват ядер нейрональных, спутниковых глиальных и эндотелиальных клеток симпатических ганглиев, что подтверждается snRNA-seq. Таким образом, этот протокол обеспечивает поэтапный подход к snRNA-seq симпатических внешних сердечных ганглиев, метод, который имеет потенциал для более широкого применения в исследованиях иннервации других органов и тканей.
Вегетативная нервная система (ВНС) является важнейшей частью периферической нервной системы, которая поддерживает гомеостаз организма, включая адаптацию к условиям окружающей среды и патологии1. Он участвует в регуляции нескольких систем органов по всему телу, таких как сердечно-сосудистая, дыхательная, пищеварительная и эндокринная системы. ВНС делится на симпатическую и парасимпатическую ветви. Спинномозговые ветви симпатической нервной системы синапс в ганглиях симпатической цепи, расположенные двусторонне в паравертебральном положении. Двусторонние шейные и грудные ганглии, особенно StG, являются важными компонентами, участвующими в сердечной симпатической иннервации. При болезненных состояниях, таких как ишемия сердца, может произойти ремоделирование нейронов, что приводит к симпатическому овердрайву2. Ремоделирование нейронов было продемонстрировано в нескольких гистологических исследованиях на людях и нескольких других видах животных 3,4,5,6. Подробная биологическая характеристика ремоделирования нейронов, вызванного ишемией сердца, в сердечных симпатических ганглиях в настоящее время отсутствует, а фундаментальные биологические характеристики специализированных типов нейрональных клеток или подтипов в сердечной симпатической нервной системе (SNS) еще не полностью определены при здоровье и заболевании7.
Новые технологии, такие как scRNA-seq, открыли шлюзы для генетической характеристики мелких тканей на одноклеточном уровне 8,9. Однако относительно большой размер нейронов может препятствовать оптимизированному использованию этих одноклеточных методов у людей10. Кроме того, секвенирование одной клетки требует высокой пропускной способности клеток для восстановления достаточного количества клеток из-за высоких потерь в процессе секвенирования. Это может оказаться сложной задачей при изучении небольших тканей, которые трудно захватить за один сеанс и требуют нескольких образцов для введения достаточного количества одиночных клеток для секвенирования. Недавно разработанная технология snRNA-seq на основе капель (то есть платформа 10x Chromium) позволяет изучать биологические различия между одиночными ядрами11,12. snRNA-seq имеет преимущество перед scRNA-seq для крупных клеток (>30 мкм), которые не могут быть захвачены в Gel Bead in Emulsions (GEMs), а также улучшенную совместимость с обширной диссоциацией и/или длительным сохранением 13,14,15.
Гетерогенность, количество нейрональных клеток и других клеток, обогащенных сердечными СНС, являются важными аспектами для характеристики ВНС в состояниях здоровья и заболевания. Кроме того, органная или региональная иннервация каждым симпатическим ганглием способствует усложнению СНС. Кроме того, было показано, что шейные, звездчатые и грудные ганглии симпатической цепи иннервируют различные области сердца16. Поэтому необходимо выполнить одноядерный анализ ганглионарных клеток, полученных из отдельных ганглиев, для изучения их биологической архитектуры.
SnRNA-seq на основе капель позволяет профилировать экспрессию транскриптома для пула из тысяч клеток из нескольких образцов одновременно с более низкими затратами, чем платформы секвенирования на основе пластин. Этот подход позволяет snRNA-seq на основе капель быть более подходящим для классификации клеточного фенотипа и новой субпопуляционной идентификации клеток в SCG и StG. Примечательно, что этот протокол обеспечивает краткий поэтапный подход к идентификации, выделению и секвенированию одноядерной РНК симпатических внешних сердечных ганглиев, метод, который имеет потенциал для широкого применения в исследованиях характеристик ганглиев, иннервирующих другие связанные органы и ткани в здоровье и болезни.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Этот протокол описывает все этапы, необходимые для snRNA-seq цервикальных и/или шейно-цервикоторакальных (звездчатых) ганглиев. Использовались самки и самцы мышей C57BL/6J (15 недель, n = 2 для каждого пола). Одна дополнительная мышь Wnt1-Cre;mT/mG была использована для визуализации ганглиев в целях рассечения17,18. Эта дополнительная мышь была получена путем скрещивания мыши B6.Cg-Tg(Wnt1-cre)2Sor/J и мыши B6.129(Cg)-Gt(ROSA)26Sortm4(ACTB-tdTomato,-EGFP)Luo/J мыши. Все эксперименты на животных проводились в соответствии с Руководством по уходу и использованию лабораторных животных, опубликованным NIH и одобренным Комитетом по этике животных Лейденского университета (номер лицензии AVD1160020185325, Лейден, Нидерланды). Смотрите Таблицу материалов для получения подробной информации обо всех материалах, оборудовании, программном обеспечении и животных, используемых в протоколе.
1. Препараты
ПРИМЕЧАНИЕ: Все этапы выполняются в шкафу для клеточного культивирования.
2. Рассечение верхних шейных ганглиев взрослой мыши (SCG)
3. Рассечение звездчатых ганглиев взрослых мышей (StG)
4. Выделение и криоконсервация ганглионарных клеток мыши
Шаги 4-6 обобщены на рисунке 2.
5. Изоляция ядра
ПРИМЕЧАНИЕ: Левый и правый SCG, выделенные из четырех мышей (в общей сложности 8 образцов), были использованы в качестве примера в следующей подготовке к выделению ядра и секвенированию. Держите все на льду в течение всей процедуры. Из-за невидимости мелких гранул ядра настоятельно рекомендуется центрифуга с качающимися ведрами для облегчения удаления супернатанта на протяжении всей процедуры.
6. Штрих-кодирование ядра с хэштегом oligos (HTO) и мультиплексирование
ПРИМЕЧАНИЕ: Этапы окрашивания HTO были модифицированы и оптимизированы для ядерной маркировки очень низких количеств (ганглионарных) ядер в соответствии с предыдущим применением в кортикальной ткани Gaublomme et al.15.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Анализ контроля качества подготовки библиотеки одноядерных кДНК и snRNA-seq
Репрезентативные результаты описывают результаты секвенирования 10 000 захваченных ядер в одном пуле с библиотекой 25 000 считываний / экспрессии генов ядра и библиотекой хэштегов 5000 чтений / ядра. Рисунок 3B иллюстрирует результаты контроля качества1-й цепи кДНК, библиотеки экспрессии генов (GEX) и библиотеки HTO, которые были проверены с помощью биоанализатора. Ожидается, что кДНА, ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Здесь описан подробный протокол, который фокусируется на i) рассечении верхних шейных и звездчатых симпатических ганглиев взрослой мыши, ii) изоляции и криоконсервации ганглионарных клеток, iii) выделении ядра и iv) штрих-кодировании ядра с маркировкой HTO для целей мультиплексирования и snRNA-seq.
С помощью этого протокола симпатические ганглионарные клетки могут быть легко получены путем диссоциации отдельных ганглиев с использованием обычно используемых трипсина и коллагеназы. Длительное со...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
У авторов нет конфликта интересов для раскрытия.
Мы благодарим Сьюзан Л. Клоэт (Департамент генетики человека, LUMC, Лейден, Нидерланды) за ее помощь в экспериментальном проектировании и полезных дискуссиях. Мы благодарим Emile J. de Meijer (Департамент генетики человека, LUMC, Лейден, Нидерланды) за помощь в выделении одноядерной РНК и подготовке библиотеки к секвенированию. Эта работа поддерживается Нидерландской организацией научных исследований (NWO) [016.196.346 to M.R.M.J.].
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| <сильно>Химикаты и реагенты | |||
| 0,25% Трипсин-ЭДТА | Thermo Fisher Scientific | 25200056 | |
| 0,4% трипановый синий краситель | Bio-Rad | 1450021 | |
| антибиотик-антимикотик | Gibco | 15240096 | |
| B-27 | Gibco | A3582801 | |
| коллагеназа 2 типа | Worthington | LS004176 | использовать 1,400 Ед/мл |
| диметилсульфоксида | Sigma Aldrich | 67685 | |
| Абсолютный этанол ≥ 99,5% | VWR | VWRC83813.360 | |
| Фетальная бычья сыворотка (с низким содержанием эндотоксина) | Biowest | S1810-500 | |
| L-глутамин | Thermo Fisher Scientific | 25030024 | |
| Нейробазальная среда | Gibco | 21103049 | |
| бычьей сыворотки Альбумин 10% | Sigma-Aldrich | A1595-50ML | Буфер для промывки клеток |
| DPBS (Ca2+, Mg2+free) | Gibco | 14190-169 | Буфер для промывки клеток |
| Раствор хлорида магния, 1 M | Sigma-Aldrich | M1028 | Буфер для лизиса ядра |
| Nonidet P40 Substitute (неионогенное моющее средство) | Sigma-Aldrich | 74385 | Буфер для лизиса ядра |
| Вода без нуклеазы (не обработанная DEPC) | Invitrogen | AM9937 | Буфер |
| для лизиса ядраИнгибитор протекторной РНКазы, 40 ЕД/&м; L | Sigma-Aldrich | 3335399001 | Nucleus Lysis Buffer |
| Sodium Chloride Solution, 5 M | Sigma-Aldrich | 59222C | Nucleus Lysis Buffer |
| Trizma Hydrochloride Solution, 1 M, pH 7,4 | Sigma-Aldrich | T2194 | Nucleus Lysis Buffer |
| Borum Сывороточный альбумин 10% | Sigma-Aldrich | A1595-50ML | Nucleus Wash |
| DPBS (Ca2+, мг< sup>2+free) | Gibco | 14190-169 | Nucleus |
| Wash Protector РНКазный ингибитор, 40 U/µ L | Sigma-Aldrich | 3335399001 | Nucleus wash |
| Бычий сывороточный альбумин 10% | Sigma-Aldrich | A1595-50ML | ST окрашивающий буфер (ST-SB) |
| Раствор хлорида кальция, 1 М | Sigma-Aldrich | 21115-100ML | ST окрашивающий буфер (ST-SB) |
| Раствор хлорида магния, 1 М | Сигма-Aldrich | M1028 | ST окрашивающий буфер (ST-SB) |
| Вода, не содержащая нуклеазы (не DEPC обработано) | Invitrogen | AM9937 | ST буфер для окрашивания (ST-SB) |
| Раствор хлорида натрия, 5M | Sigma-Aldrich | 59222C | ST буфер для окрашивания (ST-SB) |
| Раствор тризмы гидрохлорида, 1M, pH 7,4 | Sigma-Aldrich | T2194 | ST буфер для окрашивания (ST-SB) |
| Tween-20 | Merck Millipore | 822184 | ST буфер для окрашивания (ST-SB) |
| TotalSeq-A0451 Антиядерный комплекс пор Белки Хэштег 1 Антитело | Biolegend | 682205 | Хэштег |
| антитело TotalSeq-A0452 Антиядерный комплекс пор Белки Хэштег 2 Антитело | Biolegend | 682207 | Хэштег антитело |
| TotalSeq-A0453 Антиядерный комплекс пор Белки Хэштег 3 Антитело | Biolegend | 682209 | Хэштег антитело |
| TotalSeq-A0461 Антиядерный комплекс пор Белки Хэштег 11 Антитело | Biolegend | 682225 | Хэштег |
| антитело TotalSeq-A0462 Антиядерный комплекс пор Белки Хэштег 12 Антитело | Biolegend | 682227 | Хэштег |
| антитело TotalSeq-A0463 Антиядерный комплекс пор Белки Хэштег 13 Антитело | Biolegend | 682229 | Хэштег антитело |
| TotalSeq-A0464 Антиядерный комплекс пор Белки Хэштег 14 Антитело | Biolegend | 682231 | Хэштег |
| антитело TotalSeq-A0465 Антиядерный комплекс пор Белки Хэштег 15 Антитело | Biolegend | 682233 | Хэштег |
| антитело TruStain FcX (человек) | Biolegend | 422302 | раствор для блокировки рецепторов FC |
| Оборудование и расходные материалы | |||
| Bright-Line Гемацитометр | Merck | Z359629-1EA | |
| Centrifuge 5702/R A-4-38 | Eppendorf | ||
| Контейнер для заморозки клеток CoolCell LX | Corning | CLS432003-1EA | |
| Cryovial | Thermo Scientific | 479-6840 | |
| DNA LoBind 0,5 мл Eppendorf Tube Eppendorf | EP0030108035-250EA | ||
| Eppendorf Safe-Lock Tubes 1,5 мл | Eppendorf | 30121872 | |
| Falcon 35 мм Не обработанная TC чашка Петри | Corning | ||
| Falcon 15 мл конические центрифужные трубки | Fisher scientific | 10773501 | |
| щипцы Dumont #5 | Инструменты для тонкой науки | 11252-40 | |
| Закаленные ножницы | для тонкой науки | 14091-09 | |
| Сковорода для льда, прямоугольная 4 л Оранжевый | Corning | CLS432106-1EA | |
| Leica MS5 | Микроскоп | Leica | |
| Moria MC50 Ножницы | тонкой науки | 15370-50 | |
| Пружинные ножницы Noyes Инструменты | точной науки | 15012-12 | |
| Olympus CK2 ULWCD | Микроскоп Olympus | ||
| P10 | Gilson | F144802 | |
| P1000 | Gilson | F123602 | |
| P200 | Gilson | F123601 | |
| фильтры предварительной сепарации (30 & микро; m) | Miltenyi biotec | Miltenyi biotec130-041-407 | |
| Встряхивающая водяная баня | GFL | 1083 | |
| Силиконовая пластина | RubberBV | 3530 | Доска для препарирования |
| Программное обеспечение и пакеты | |||
| Cell ranger | V4.0.0 | ||
| Программирование | V4.1.1 | ||
| R sudio | V1.3.1073 | ||
| Seurat | V4.0 | ||
| tydiverse | V1.3.1 | ||
| Animals | |||
| B6. мышь Cg-Tg(Wnt1-cre)2Sor/J мышь | The Jackson Laboratory | JAX stock #022501 | |
| B6.129(Cg)-Gt(ROSA)26Sortm4(ACTB-tdTomato,-EGFP)Luo/J мышь | The Jackson Laboratory | JAX stock #007576 | |
| C57BL/6J мыши | Charles River | ||
| Код для анализа данных | |||
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.