-1::1
Simple Hit Counter
Skip to content

Products

Solutions

×
×
Sign In

RU

EN - EnglishCN - 简体中文DE - DeutschES - EspañolKR - 한국어IT - ItalianoFR - FrançaisPT - Português do BrasilPL - PolskiHE - עִבְרִיתRU - РусскийJA - 日本語TR - TürkçeAR - العربية
Sign In Start Free Trial

RESEARCH

JoVE Journal

Peer reviewed scientific video journal

Behavior
Biochemistry
Bioengineering
Biology
Cancer Research
Chemistry
Developmental Biology
View All
JoVE Encyclopedia of Experiments

Video encyclopedia of advanced research methods

Biological Techniques
Biology
Cancer Research
Immunology
Neuroscience
Microbiology
JoVE Visualize

Visualizing science through experiment videos

EDUCATION

JoVE Core

Video textbooks for undergraduate courses

Analytical Chemistry
Anatomy and Physiology
Biology
Cell Biology
Chemistry
Civil Engineering
Electrical Engineering
View All
JoVE Science Education

Visual demonstrations of key scientific experiments

Advanced Biology
Basic Biology
Chemistry
View All
JoVE Lab Manual

Videos of experiments for undergraduate lab courses

Biology
Chemistry

BUSINESS

JoVE Business

Video textbooks for business education

Accounting
Finance
Macroeconomics
Marketing
Microeconomics

OTHERS

JoVE Quiz

Interactive video based quizzes for formative assessments

Authors

Teaching Faculty

Librarians

K12 Schools

Products

RESEARCH

JoVE Journal

Peer reviewed scientific video journal

JoVE Encyclopedia of Experiments

Video encyclopedia of advanced research methods

JoVE Visualize

Visualizing science through experiment videos

EDUCATION

JoVE Core

Video textbooks for undergraduates

JoVE Science Education

Visual demonstrations of key scientific experiments

JoVE Lab Manual

Videos of experiments for undergraduate lab courses

BUSINESS

JoVE Business

Video textbooks for business education

OTHERS

JoVE Quiz

Interactive video based quizzes for formative assessments

Solutions

Authors
Teaching Faculty
Librarians
K12 Schools

Language

ru_RU

EN

English

CN

简体中文

DE

Deutsch

ES

Español

KR

한국어

IT

Italiano

FR

Français

PT

Português do Brasil

PL

Polski

HE

עִבְרִית

RU

Русский

JA

日本語

TR

Türkçe

AR

العربية

    Menu

    JoVE Journal

    Behavior

    Biochemistry

    Bioengineering

    Biology

    Cancer Research

    Chemistry

    Developmental Biology

    Engineering

    Environment

    Genetics

    Immunology and Infection

    Medicine

    Neuroscience

    Menu

    JoVE Encyclopedia of Experiments

    Biological Techniques

    Biology

    Cancer Research

    Immunology

    Neuroscience

    Microbiology

    Menu

    JoVE Core

    Analytical Chemistry

    Anatomy and Physiology

    Biology

    Cell Biology

    Chemistry

    Civil Engineering

    Electrical Engineering

    Introduction to Psychology

    Mechanical Engineering

    Medical-Surgical Nursing

    View All

    Menu

    JoVE Science Education

    Advanced Biology

    Basic Biology

    Chemistry

    Clinical Skills

    Engineering

    Environmental Sciences

    Physics

    Psychology

    View All

    Menu

    JoVE Lab Manual

    Biology

    Chemistry

    Menu

    JoVE Business

    Accounting

    Finance

    Macroeconomics

    Marketing

    Microeconomics

Start Free Trial
Loading...
Home
JoVE Journal
Neuroscience
Флуоресцентно-активированное отрицательное сортировка нейронов в сочетании с секвенированием РНК ...

Research Article

Флуоресцентно-активированное отрицательное сортировка нейронов в сочетании с секвенированием РНК одиночных ядер для изучения нейрогенной ниши гиппокампа

DOI: 10.3791/64369

October 20, 2022

Thomas Kerloch1, Tjaša Lepko2, Kirill Shkura2, François Guillemot1, Sébastien Gillotin2

1The Francis Crick Institute, 2MSD R&D Innovation Centre

Cite Watch Download PDF Download Material list
AI Banner

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

In This Article

Summary Abstract Introduction Protocol Representative Results Discussion Disclosures Acknowledgements Materials References Reprints and Permissions

Erratum Notice

Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice

Retraction Notice

The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice

Summary

Здесь представлен метод секвенирования одиночных ядер, выделенных из зубчатой извилины мыши, который исключает большинство нейронов посредством флуоресцентно-активированных ядер (FAN) сортировки. Этот подход генерирует высококачественные профили экспрессии и облегчает изучение большинства других типов клеток, представленных в нише, включая дефицитные популяции, такие как нервные стволовые клетки.

Abstract

Взрослый нейрогенез гиппокампа (AHN), который состоит из пожизненного поддержания пролиферативных и покоящихся нервных стволовых клеток (NSC) в субгранулированной зоне (SGZ) зубчатой извилины (DG) и их дифференцировки от недавно родившихся нейронов в гранулярные клетки в грануляном клеточном слое, хорошо подтвержден в многочисленных исследованиях. Использование генетически модифицированных животных, особенно грызунов, является ценным инструментом для исследования сигнальных путей, регулирующих AHN, и для изучения роли каждого типа клеток, которые составляют нейрогенную нишу гиппокампа. Чтобы решить последнюю проблему, методы, сочетающие изоляцию одиночных ядер с секвенированием следующего поколения, оказали значительное влияние в области AHN для идентификации сигнатур генов для каждой клеточной популяции. Однако необходима дальнейшая совершенствование этих методов для фенотипического профилирования более редких клеточных популяций в пределах ГД. Здесь мы представляем метод, который использует флуоресцентную активированную сортировку ядер (FANS) для исключения большинства нейронных популяций из одной суспензии ядер, выделенной из недавно рассеченного DG, путем выбора незапятнанных ядер для антигена NeuN, чтобы выполнить секвенирование РНК одиночных ядер (snRNA-seq). Этот метод является потенциальной ступенькой для дальнейшего исследования межклеточной регуляции AHN и выявления новых клеточных маркеров и механизмов у разных видов.

Introduction

Непрерывная генерация нейронов гиппокампа во взрослом возрасте, также известная как нейрогенез гиппокампа взрослых (AHN), связана с когнитивными функциями, такими как обучение, приобретение / клиренс памяти и разделение паттернов, и, по-видимому, является важным механизмом устойчивости при старении и нейродегенеративных заболеваниях для предотвращения когнитивного дефицита 1,2,3 . Грызуны были моделью выбора для изучения AHN с использованием нескольких методов, включая иммуноцитохимию и методы секвенирования следующего поколения (NGS). Перевод этих результатов на другие виды остается спорным. Действительно, AHN наблюдался у большинства видов, но степень, в которой он сохраняется на протяжении всей жизни, особенно у людей 4,5,6,7,8, регулярно обсуждается.

На сегодняшний день было подтверждено, что различные внутренние и внешние сигнальные пути модулируют AHN1. Однако влияние межклеточной связи на AHN только начинается9. Во-первых, это можно объяснить недостаточной специфичностью известных в настоящее время клеточных маркеров для проведения анализа in vivo с генетически модифицированными животными. Действительно, многие исследования опирались на маркеры, такие как двойной кортин или глиальный фибриллярный кислый белок (GFAP), которые экспрессируются в нескольких типах клеток1. Во-вторых, сложность и высокая степень клеточного разнообразия во взрослой нише гиппокампа10 создают технические проблемы для профилирования каждого типа клеток. Это особенно относится к биоинформационному анализу с перекрывающимися клеточными маркерами, используемыми в аналитических конвейерах для различных популяций, таких как НСК или глиальные клетки, что приводит к спорным выводам при оценке AHN 7,11. В-третьих, огромное количество нейронов подрывает исследование менее распространенных клеточных популяций, таких как астроциты, олигодендроциты или эпендимальные клетки, хотя их роль в тонкой настройке регуляции AHN становится заметной9. Вместе эти ограничения влияют на способность переводить результаты от грызунов к другим видам. Это особенно усиливается трудностью рекапитулирования in vitro сложной ткани, такой как нейрогенная ниша гиппокампа, и множеством препятствий для доступа к высококачественной ткани вместе с отсутствием стандартизированных протоколов обработки тканей в исследованиях с участием тканей человека12,13. Поэтому крайне важно разработать новые подходы к профилированию клеточных популяций и выявлению новых клеточных маркеров в зубчатой извилине (DG), что в конечном итоге приведет к лучшему пониманию различных вкладов каждого типа клеток в регуляцию AHN.

Чтобы достичь этого, изоляция одиночных клеток (sc) и одиночных ядер (sn) в сочетании с секвенированием РНК стала инструментом для исследования сложных тканей, таких как DG14. Таким образом, стратегии клеточного обогащения для выделения отдельных клеток из ниши гиппокампа взрослой мыши были выполнены в основном для изучения NSC15,16. Интересная стратегия обогащения ненейрональных клеток из DG была применена путем секвенирования GluR1/Cd24 двойных отрицательных одиночных клеток, в результате чего 1 408 клеток были секвенированы без четких кластеров между астроцитами и НСК после биоинформационного анализа17. Это может быть связано с резким ферментативным пищеварением, необходимым для одноклеточного препарата, который повреждает целостность клеток и РНК. Чтобы обойти эту техническую проблему, было разработано несколько методов, использующих изоляцию одиночных ядер, которые особенно подходят для сложных тканей11,18. Тем не менее, преобладание нейронов в DG или в более широком смысле в гиппокампально-энторинальной системе генерирует смещение выборки для изучения всей популяции клеток, присутствующих в этих областях мозга. Кроме того, ограниченное количество клеток, загружаемых для подготовки одноклеточных библиотек, подчеркивает присутствие основной клеточной популяции в аналитических конвейерах секвенированных одиночных ядер. Действительно, большие кластеры нейронов часто аннотируются и анализируются, в то время как другие клеточные популяции недопредставлены или пропущены 5,11.

В попытке преодолеть эти предубеждения и иметь возможность профилировать типы клеток, отличные от нейронов, присутствующих в мышином DG, в этом исследовании был разработан метод с использованием принципа флуоресцентной активированной сортировки ядер (FANS)18 , который исключает большинство нейронных популяций путем отрицательного отбора окрашенных одиночных ядер с нейрональным ядерным антигеном (NeuN, также известен как Rbfox3). Этот выбор антигена был обусловлен литературой, описывающей NeuN как надежный нейронный маркер19 , и необходимостью использования ядерного белка для этого подхода. NeuN-отрицательные FACS-отсортированные клетки затем были подготовлены для секвенирования РНК на платформе 10x Genomics. Результаты показывают, что исключение NeuN-экспрессирующих клеток позволяет получить специфическое, высококачественное транскриптомическое профилирование глиальных и редких клеточных популяций клеточного типа.

Protocol

Уход за животными и экспериментальные процедуры были выполнены в соответствии с руководящими принципами Института Фрэнсиса Крика, а также руководящими принципами и законами Министерства внутренних дел Великобритании.

Figure 1
Рисунок 1: Получение суспензии одиночных ядер из рассеченного DG взрослых мышей для snRNA-seq ненейрональных популяций. Блок-схема, описывающая основные этапы протокола, которые включают рассечение DG мыши, приготовление суспензии одиночных ядер, иммуноокрашивание NeuN и отрицательную сортировку NeuN-FANS перед переходом к snRNA-seq. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

1. Рассечение DG (Сроки: 15 мин)

  1. Получение среды изоляции ядер 1 и 2 (NIM1 и NIM2), буфера гомогенизации (HB) и промывочной среды (WM) (Дополнительная таблица 1). Поместите все буферы, среды, реагенты и инструменты на лед до тех пор, пока это не понадобится. Поместите гомогенизатор Dounce (см. Таблицу материалов) на лед во время приготовления (минимум за 1 ч до стадии гомогенизации).
    ПРИМЕЧАНИЕ: NIM1 можно приготовить и хранить при температуре 4 °C до 6 месяцев. NIM2, HB и WM должны быть свежеприготовленными.
    ВНИМАНИЕ: Осторожно манипулируйте DTT, ингибитором протеазы и Triton X-100. Эти соединения раздражают кожу и глаза, остро токсичны и опасны для водной среды. При использовании этих химических веществ носите защитные перчатки, одежду, защиту глаз и лица, тщательно мойте руки после обработки и избегайте попадания в окружающую среду.
  2. Усыплите 22-месячного самца мыши C57Bl/6J путем вывиха шейки матки в соответствии с процедурой20 Списка 1 Министерства внутренних дел.
    ПРИМЕЧАНИЕ: См. обсуждение для обоснования использования 22-месячной мыши в этом исследовании. Тем не менее, этот протокол может быть выполнен в любом возрасте на протяжении всей жизни.
  3. Рассекните мозг усыпленной мыши и перенесите его в 10-сантиметровую чашку Петри, наполненную ледяным 1x PBS (рисунок 1). Положите чашку Петри на лед. Удалите мозжечок с помощью скальпеля и разрезайте мозг пополам между обоими полушариями (вдоль сагиттальной оси).
  4. Наполните новую 10-сантиметровую чашку Петри ледяным PBS и положите ее на лед. Переместите половину мозга на новую чашку Петри. Используя бинокль, рассекните DG и повторите этот шаг, чтобы получить второй DG из второй половины мозга.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Эти этапы (этапы 1.2-1.4) были адаптированы из ранее описанной процедуры21. Важно действовать как можно быстрее на этом этапе, чтобы сохранить целостность клеток.
  5. Переложите два DG в предварительно охлажденный гомогенизатор Dounce и добавьте 1 мл холодного HB.

2. Диссоциация тканей, выделение одиночных ядер и иммуноразрашивание против NeuN (время: 2 ч)

  1. Гомогенизируйте ткань 10 ударами рыхлого пестика «А», за которыми следует 15 ударов плотного пестика «В».
    ПРИМЕЧАНИЕ: Гомогенизация Dounce должна быть выполнена с раствором на льду с легкими ударами, чтобы уменьшить тепло, вызванное трением и вспениванием. Все буферы и оборудование должны быть предварительно охлаждены и храниться на льду во время процедуры.
  2. Переложить гомогенат в предварительно охлажденную трубку объемом 15 мл; промойте гомогенизатор Dounce 1 мл холодного HB и соедините в ту же трубку. Добавьте 3 мл HB в пробирку объемом 15 мл и высиживайте 5 мин на льду. Перемешайте 2x, аккуратно перевернув трубку.
  3. Предварительно смочите крышку сетчатого фильтра 70 мкм с 0,5 мл HB в пробирке объемом 50 мл. Процедите суспензию ядер со стадии 2.2, осторожно опрокинув трубку объемом 15 мл в клеточный ситечко. Промыть клеточный ситечко 0,5 мл HB.
  4. Снимите клеточный ситечко и центрифугируйте пробирку при 500 х г в течение 5 мин при 4 °C, используя центрифугу с поворотным ведром. Выбросьте супернатант.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Процеживание гомогената поможет уменьшить количество мусора, что имеет решающее значение для проточной цитометрии и стадий snRNA-seq вниз по течению.
  5. Осторожно повторно суспендировать гранулу в 4 мл HB с помощью пипетки P1000. Инкубировать на льду в течение 5 мин. Отжим при 500 х г в течение 10 мин при 4 °C. Откажитесь от супернатанта и повторно суспендируйте гранулу в 3 мл WM.
  6. Предварительно смочите крышку сетчатого фильтра 35 мкм в пробирке объемом 15 мл с 0,5 мл WM. Процедите суспензию ядер со стадии 2,5 через клеточный фильтр, осторожно пипетируя 0,5 мл за один раз с помощью пипетки P1000.
  7. Промойте крышку ситечка 0,5 мл WM и поместите трубку на лед. Переложите фильтрат в новую трубку 15 мл и центрифугу в течение 5 мин и 4 °C при 500 х г. Откажитесь от супернатанта и повторно суспендируйте гранулу в 3 мл WM.
  8. Отжим при 500 х г в течение 5 мин при 4 °C. Откажитесь от супернатанта и повторно суспендируйте гранулу в 1 мл WM с мышиным анти-NeuN, Alexa Fluor 488-конъюгированным антителом (анти-NeuN-AF488, 1:32,000) и 1 мкг/мл DAPI. Насиживать в течение 45 мин на льду в темное время суток.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Для оптимизации иммуноокрашивания изолированных ядер рекомендуется титровать антитело для определения оптимального разведения для анализа и сортировки проточной цитометрии. Затем запустите адекватные средства контроля, чтобы подтвердить, что условия окрашивания являются оптимальными. Например, с конъюгированным анти-NeuN-AF488 антителом был проведен отрицательный контроль (т.е. отсутствие добавления антитела, дополнительный рисунок 1A) и положительный контроль (т.е. окрашивание антителом, дополнительный рисунок 1B) для оценки сегрегации неокрашенных и окрашенных популяций. При начале работы с AF488-конъюгированным антителом для оценки специфичности рекомендуется запуск контроля AF488-конъюгированного изотипа. Если используется неконъюгированное антитело, для оценки неспецифического связывания вторичного антитела может потребоваться дополнительный контроль, такой как добавление вторичного антитела только к препарату ядер.

3. Флуоресцентно активированная сортировка ядер (FANS) для исключения нейронных популяций (время: 45 мин)

  1. Перенесите суспензию ядер с иммуноокрашенным эффектом в пробирку объемом 5 мл и держите ее на льду до начала процедуры проточной цитометрии.
    ПРИМЕЧАНИЕ: При работе с более крупными кусками ткани, чем два мышиных DG, может потребоваться дальнейшее разбавление WM-буфером, чтобы избежать засорения FACS, если плотность ядер в растворе становится высокой.
  2. Вихрь образцов в течение 3 с на низкой скорости перед помещением трубок в прибор FACS (см. Таблицу материалов).
    ПРИМЕЧАНИЕ: (Настройка FACS) Сортировочные машины должны быть выровнены в начале процедуры с калибровочными частицами в соответствии с рекомендациями производителя. Задержка падения калибровалась с помощью бусин или микросфер (см. Таблицу материалов) в соответствии с моделью FACS. Образцы сортировали при 4 °C в режиме чистоты. Чтобы уменьшить объем сбора, ядра сортировали через сопло 70 мкм при рекомендуемом давлении для проточного цитометра. Ядра были отсортированы в трубки с низким связыванием по 1,5 мл (см. Таблицу материалов), содержащие 50 мкл WM. Все коллекционные трубки были покрыты PBS + 5% BSA при 4 °C в течение ночи, чтобы снизить риск прилипания ядер к стенкам трубки.
  3. Чтобы получить данные из образца окрашенной суспензии ядер, установите затворы в ВЫСОТЕ DAPI и области DAPI, чтобы исключить клеточный мусор и агрегированные ядра (рисунок 2A). Кроме того, отделяйте одиночные ядра от любых оставшихся DAPI-окрашенных агрегатов или клеточного мусора, установив затворы в области бокового рассеяния бревна (SSC) и области прямого рассеяния (FCS) (рисунок 2B).
  4. Установите ворота для анти-NeuN-AF488 и FSC-области, чтобы изолировать NeuN-AF488-отрицательную популяцию, как показано на рисунке 2C.
  5. После анализа, используя описанную выше стратегию гатинга, отсортируйте NeuN-AF488-отрицательную популяцию в коллекторной трубке объемом 1,5 мл, заполненной 50 мкл WM.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Следуя описанной выше стратегии гатинга и процедуре рассечения для изоляции DG от мозга взрослой мыши, ожидается, что NeuN-AF488-отрицательная популяция будет представлять ~ 14% одиночных ядер.

Figure 2
Рисунок 2: Выделение и транскриптомное профилирование ненейрональных клеточных популяций из стратегии DG. (A-C) Gating для выделения отрицательных одиночных ядер NeuN-AF488 и исключения клеточного мусора. (A) Точечный график FANS репрезентативного образца изолированных ядер, изображающий установку затвора для отбора ядер DAPI+ и исключения клеточного мусора и агрегатов. (B) Дальнейший отбор соответствующих одиночных ядер с использованием FSC-области и SSC-области. (C) Ворота для NeuN-AF488 для исключения положительной популяции и сортировки для отрицательных одиночных ядер. (D) Микрофотография хорошей суспензии одиночных ядер с минимальным количеством мусора и более высокой долей ядер хорошего качества (круглая форма, черная стрелка) по сравнению с ядрами плохого качества (белая стрелка). Шкала стержней = 50 мкм, 10 мкм (вставка). (Э,Ф) Анализ данных snRNA-seq и профилирование различных клеточных популяций, выделенных из DG 22-месячных самцов мышей C57BL/6J. Графики равномерного многообразного приближения и проекции для уменьшения размерности (UMAP) профилей одиночных ядер из (E) не facS-отсортированных клеток и (F) NeuN-отрицательных FACS-отсортированных клеток, окрашенных по типу клеток. (G) Круговые диаграммы, сравнивающие частоты идентифицированных типов клеток в обоих образцах. (H) Соответствующие метрики для секвенированных образцов: количество ядер, медианное число генов и транскриптов на ядро. (I) Скрипичные графики, показывающие распределение числа генов и транскриптов, обнаруженных для каждого типа клеток в обоих образцах. Астр. = астроциты, Олиг. = олигодендроциты, Vasc. = сосудистые клетки, CRCs = клетки Кахаля-Рециуса, Neur. = нейроны, Imm. = иммунные клетки, OPCs = клетки-предшественники олигодендроцитов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

4. Подготовка одноядерной суспензии для выполнения секвенирования одноядерной РНК (Время: 30 мин)

  1. После сортировки добавляют 1 мл PBS, содержащего 1% BSA, в коллекционную трубку, чтобы собрать капли на стенке трубки и вращать при 500 х г в течение 5 мин при 4 °C. Выбросьте супернатант, оставив 50 мкл.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Обращайтесь с центрифугированными ядрами с осторожностью, так как может быть трудно наблюдать любую гранулу на дне трубки. Использование центрифуги с поворотным ведром поможет выбросить супернатант, не нарушая гранулу.
  2. Пипетируют осторожно для повторного суспендирования центрифугированных ядер. Добавьте 5 мкл суспензии ядер к 5 мкл трипанового синего в микропробирке объемом 0,5 мл.
    ВНИМАНИЕ: Обращайтесь с синий трипан с осторожностью, так как он опасен для здоровья, может вызвать рак и подозревается в повреждении фертильности или будущего ребенка. Носите защитные перчатки, одежду, защиту глаз и лица. Не обращайтесь до тех пор, пока все меры предосторожности не будут прочитаны и поняты.
  3. Измерьте концентрацию и оцените жизнеспособность одноклеточной суспензии с помощью гемоцитометра или автоматизированного счетчика клеток (см. Таблицу материалов). Выполните подготовку библиотеки и секвенирование ядер, как описано в шаге 5.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Образцы, которые были признаны хорошим качеством для секвенирования, показали круглую и правильную форму ядер под микроскопом без клеточного мусора (рисунок 2D). Наличие гало вокруг ядерной мембраны или агрегация нескольких ядер вместе являются признаками поврежденных ядер, и такие клеточные суспензии не следует рассматривать для snRNA-seq (рисунок 2D). Измеренная концентрация ядер находилась в пределах 300-700 ядер/мкл.

5. Подготовка и последовательность библиотек

ПРИМЕЧАНИЕ: Описание следующих шагов основано на собственной платформе секвенирования, используемой в данном исследовании (см. Таблицу материалов). Поэтому некоторые настройки могут отличаться при использовании другой платформы. Здесь описаны только ключевые шаги, и каждый параметр должен быть определен в соответствии с рекомендациями и протоколами от выбранного производителя, хотя и с оптимизацией перед первым использованием. Крайне важно обеспечить, чтобы подготовка библиотек выполнялась как можно быстрее после концентрации отсортированных суспензий ядер, чтобы избежать деградации РНК и обеспечить оптимальное качество секвенирования.

  1. Загрузите от 7 000 до 10 000 ядер в микрофлюидный одноклеточный чип.
  2. Разбиение нагруженных ядер в нанолитровой шкале капель с использованием прилагаемого контроллера и реагентов от выбранного поставщика. Ядра лиза внутри каждой капли и обратно транскрибируют РНК.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Внутри капли все полученные кДНК имели один и тот же штрих-код ячейки.
  3. Подготовьте библиотеки для snRNA-seq, следуя рекомендациям выбранного поставщика и обеспечив совместимость с платформой секвенирования. Проверьте качество и концентрацию конечных библиотек с помощью методов электрофореза, флюорометрии или qPCR и, если применимо, объедините их эквимолярно перед секвенированием.
  4. Денатура объединила 3ʹ библиотеки экспрессии генов и разбавила в соответствии с рекомендацией производителя.
  5. Выполняйте парное, одинарное или двойное индексирование секвенирования на платформе секвенирования следующего поколения с глубиной секвенирования 50 000 пар чтения на ячейку.

Representative Results

Протокол, представленный здесь, описывает способ получения суспензии ненейрональных одиночных ядер, выделенных из DG, для выполнения snRNA-seq. С FANS или без него биоинформационная кластеризация выявила хорошо разделенные группы ядер, соответствующие известным типам клеток в пределах DG (рисунок 2E,F). В выборке, не отсортированной по FACS, большинство высококачественных ядер, которые были секвенированы, состояли из трех групп нейронов (84,9% от общего числа ядер для этого образца, рисунок 2E, G, H). Такие результаты ожидаются, учитывая, что наиболее представленными клеточными популяциями в DG являются гранулярные нейроны, другие возбуждающие нейроны (меченые возбуждающие нейроны) и тормозные нейроны10. Идентифицированные ненейрональные кластеры были в основном состоят из типов глиальных клеток (11,1%), включая астроциты, олигодендроциты и клетки-предшественники олигодендроцитов (OPCs), иммунные клетки (3,3%) и клетки Кахаля-Рециуса (0,6%). При выполнении ФАН исключить NeuN положительные популяции (NeuN-отрицательный FACS-отсортированный образец; Рисунок 2F,G,H), кластеры глиальных клеток стали преобладающими (81,3%). Выделение большего числа глиальных ядер позволяет лучше сегментировать различные популяции, которые группировались бы вместе без FANS. Действительно, при повторной кластеризации и анализе специфических генов, экспрессируемых либо в НСК, либо в астроцитах, выделяются четыре подкластера (дополнительный рисунок 2A, B). Рассматривая более специфические клеточные маркеры и оценивая уровни экспрессии генов по типам клеток, было обнаружено небольшое скопление НСК, отделяющихся отдельно от основных астроцитарных популяций с более высокой экспрессией Hopx и Notch2 и почти без экспрессии Aldh1a1 или Aqp4 (дополнительный рисунок 2C). Однако из-за перекрытия экспрессии генов между астроцитами и НСК потребуется дальнейший анализ для конкретного профилирования и идентификации различных подтипов клеток. Кроме того, образец NeuN-отрицательных FANS имел дополнительные кластеры, помеченные как сосудистые клетки (2,3%), которые охватывают эндотелиальные клетки, перициты и сосудистые лептоменингеальные клетки при перекрестных ссылках для экспрессии клеточных специфических маркеров (данные не показаны).

Следуя указаниям для выбранного протокола для генерации библиотек для секвенирования, были получены высококачественные профили выражений с FANS или без них. Для образцов, секвенированных при 50 000 считываний на ядро, было обнаружено в среднем 2 510 генов на ядра для образца, не отсортированного по FACS (5 578 транскриптов, рисунок 2H) и 1 665,5 генов (3 508 транскриптов) для образца NeuN-отрицательного FANS, после фильтрации низкокачественных ядер (рисунок 2H, I). Эти метрики подтверждают, что этот протокол генерирует высококачественное транскриптомное профилирование отдельных ядер, сопоставимое с исследованиями с использованием различных подходов 22,23, и что процесс сортировки FACS не повреждает ядра для последующего snRNA-seq. Примечательно, что разница в количестве генов и транскриптов на ядра между двумя образцами обусловлена не более низким качеством данных, а высокой долей нейронов в образце, не отсортированном по FACS (84,9% по сравнению с 1,7% в NeuN-отрицательном образце FANS), которые имеют более высокую транскрипционную активность (2 660 генов / ядро и 6 170 транскриптов / ядро в образце, не отсортированном facS), чем средняя транскрипционная активность всех ненейрональных типов клеток (1 090 генов / ядро и 1 785 транскрипты/ядра, рисунок 2I).

Вместе эти репрезентативные результаты показывают, что отбор отрицательных ядер NeuN с использованием FANS является мощным инструментом для выделения типов клеток с низким содержанием из свежерассеченной ткани мозга и выполнения высококачественного одноядерного транскриптомного профилирования этих различных клеточных популяций с помощью методов snRNA-seq.

Дополнительный рисунок 1: Валидация иммуноокрашивания для FANS. Суспензию ядер инкубировали (А) без антитела против NeuN-AF 488 в качестве отрицательного контроля или (В) с антителом и пропускали через сортировщик FACS для подтверждения иммуноокрашающих состояний. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Дополнительный рисунок 2: Анализ экспрессии генов и рекластеризация кластера астроцитов. (A) График равномерного многообразного приближения и проекции для уменьшения размерности (UMAP), показывающий кластеризацию 4968 ядер на основе профилей экспрессии всего генома из рисунка 2F. Вызовы сотового типа выполнялись на основе маркеров клеточного типа. (B) Кластер астроцитов, состоящий из 2579 ядер, выбранных из (A) для дальнейшего поднастройства для исследования потенциальных клеточных подтипов. Четыре подтипа были обнаружены кластеризацией Seurat (0-3), показанной различными цветами. (C) Уровни экспрессии генов специфических клеточных маркеров по четырем типам клеток. Все участки были получены с использованием пакета Seurat R24. Вкратце, количество РНК-seq было нормализовано для каждой клетки на общую экспрессию и умножено на масштабный коэффициент (10 000). Затем этот результат был преобразован в журнал. Преобразованные значения были масштабированы (дисперсия масштабирована до единицы) и центрированы (среднее значение установлено на ноль) в каждой ячейке до того, как UMAP был применен для вычисления внедрений, которые использовались в качестве значений на осях x и y. Графики представляют собой вывод метода размерного редукции на 2D-точечной диаграмме, где каждая точка представляет ячейку с соответствующими координатами x и y на основе встраиваний ячеек, определенных методом редукции. Клетки с похожими сигнатурами генов расположены близко друг к другу с помощью встраиваний. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Дополнительный рисунок 3: Анализ экспрессии генов NeuN в нейрогенной линии. (A) График UMAP, показывающий кластеризацию нейрогенной линии из общедоступного набора данных15. UMAP были сгенерированы, как показано на дополнительном рисунке 2. (B) Уровни экспрессии генов специфических клеточных маркеров по всей нейрогенной линии, показывающие астроциты (Аквапорин 4 = Aqp4), НСК (белок только гомеодомена = Hopx), NeuN/Rbfox3 (НСК и промежуточные клетки-предшественники [IPC]) и циклические клетки (циклин-зависимая киназа 6 = Cdk6). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Дополнительная таблица 1: Композиции сред и буферов, используемых в исследовании. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Discussion

SG, TL и SK являются сотрудниками Merck Sharp & Dohme LLC, дочерней компании Merck & Co., Inc., Rahway, NJ, США известной как MSD за пределами США и Канады. SG является акционером Merck & Co., Inc., Rahway, NJ, США.

Disclosures

Здесь представлен метод секвенирования одиночных ядер, выделенных из зубчатой извилины мыши, который исключает большинство нейронов посредством флуоресцентно-активированных ядер (FAN) сортировки. Этот подход генерирует высококачественные профили экспрессии и облегчает изучение большинства других типов клеток, представленных в нише, включая дефицитные популяции, такие как нервные стволовые клетки.

Acknowledgements

Авторы хотели бы поблагодарить Лахлана Харриса и Пьеро Риго за техническую поддержку, а также Джейсона М. Усланера и Дитте Ловатт за обратную связь по рукописи. Эта работа была поддержана грантовой поддержкой mrc и предконкурсным исследовательским сотрудничеством с MSD, Институтом Фрэнсиса Крика, который получает финансирование от Cancer Research UK (FC0010089), Совета медицинских исследований Великобритании (FC0010089), Wellcome Trust (FC0010089) и премии Wellcome Trust Investigator Award для FG (106187 / Z / 14 / Z). Приносим извинения многим авторам, чьи работы мы не смогли обсудить и процитировать из-за нехватки места.

Materials

химикатов химикатов химикатов
0,5 мл микропробиркаEppendorf30124537
10.00&микро; m Flouresbrite YG Карбоксилатные микросферыPolysciences15700-10
15 мл полипропиленовые центрифужные пробиркиCorning430052
2 пары стерильных щипцов Dumont #5Fine Science Tools11252-30
4′,6-диамидино-2-фенилиндол (DAPI)Sigma AldrichD9564-10MG
4150 TapeStation System AgilentН/Д
5 мл круглое дно пробирка из полипропилена высокой прозрачности с защелкивающейся крышкойFalcon352063
5 мл полистирольная пробирка с круглым дном и защелкивающимся фильтромFalcon352235
50 мл полипропиленовая центрифугаCorning430829
70 &микро; m клеточный фильтрFalcon352350
8 пиков SPHERO Радужные калибровочные частицыBD BiosciencesRCP-30-5A
Accudrop BeadsBD BiosciencesN/A
Allegra X-30R CentrifugeBeckman CoulterN/A
Anti-NeuN антитело, клон A60, Alexa Fluor 488 конъюгированныйMilliporeMAB377X
  BD FACSAria Fusion Flow CytometerBD BiosciencesN/A
Beckman Coulter MoFlo XDPBeckman CoulterN/A
Chromium Controller10x GenomicsN/A
Chromium Next GEM Single Cell 3' Reagent Kit v3.110x GenomicsPN-1000121; ПН-1000120; PN-1000213
BSA 7,5% Gibco15260037
дитиотреитол (DTT)Thermo ScientificR0861
Набор измельчителей тканей Dounce: ступка, сыпучий пестик (A) и плотный пестик (B)KIMBLED8938-1SET
Eppendorf Tubes Protein LoBind 1,5 млEppendorf30108116
  Halt, 100x ингибитор протеазыThermoFisher78429
HiSeq 4000 Система секвенированияIlluminaN/AКонфигурация секвенирования: 28-8-0-91
KClЛюбой поставщикЛабораторное производство
LUNA-FX7 Автоматизированный счетчик клетокЛоготипы BiosystemsN/A
MgCl2Любой поставщикЛабораторное производство
N° 10 защищенных стерильных одноразовых скальпелейSwann-Morton6601
Вода без нуклеазыSigma AldrichW4502-1L
Пара стерильных студенческих хирургических ножницFine Science Tools91401-12
PBSЛюбой поставщик химических веществЛабораторный
ингибитор РНКазы 40 U & микро; l-1AmbionAM2684
RNasin 40 U µ l-1PromegaN211A
Стерильная чашка ПетриCorning430167
сахарозыSigma Aldrich59378-500G
Tris buffer, pH 8.0Любой поставщикЛабораторное производство
Triton X-100% (v/v)Sigma AldrichT8787-250ML
Трипановый синийInvitrogenT10282

References

  1. Gillotin, S. Targeting impaired adult hippocampal neurogenesis in ageing leveraging intrinsic mechanisms regulating neural stem cell activity. Ageing Research Reviews. 71, 101447 (2021).
  2. Urban, N., Blomfield, I. M., Guillemot, F. Quiescence of adult mammalian neural stem cells: A highly regulated rest. Neuron. 104 (5), 834-848 (2019).
  3. Hanspal, M. A., Gillotin, S. A new age in understanding adult hippocampal neurogenesis in Alzheimer's disease. Neural Regeneration Research. 17 (12), 2615-2618 (2022).
  4. Zhang, H., et al. Single-nucleus transcriptomic landscape of primate hippocampal aging. Protein & Cell. 12 (9), 695-716 (2021).
  5. Franjic, D., et al. Transcriptomic taxonomy and neurogenic trajectories of adult human, macaque, and pig hippocampal and entorhinal cells. Neuron. 110 (3), 452-469 (2022).
  6. Moreno-Jimenez, E. P., Terreros-Roncal, J., Flor-Garcia, M., Rabano, A., Llorens-Martin, M. Evidences for adult hippocampal neurogenesis in humans. Journal of Neuroscience. 41 (12), 2541-2553 (2021).
  7. Sorrells, S. F., et al. Positive controls in adults and children support that very few, if any, new neurons are born in the adult human hippocampus. Journal of Neuroscience. 41 (12), 2554-2565 (2021).
  8. Zhou, Y., et al. Molecular landscapes of human hippocampal immature neurons across lifespan. Nature. 607, 527-533 (2022).
  9. Bonafina, A., Paratcha, G., Ledda, F. Deciphering new players in the neurogenic adult hippocampal niche. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 8, 548 (2020).
  10. Amaral, D. G., Scharfman, H. E., Lavenex, P. The dentate gyrus: fundamental neuroanatomical organization (dentate gyrus for dummies). Progress in Brain Research. 163, 3-22 (2007).
  11. Habib, N., et al. Massively parallel single-nucleus RNA-seq with DroNc-seq. Nature Methods. 14 (10), 955-958 (2017).
  12. Flor-Garcia, M., et al. Unraveling human adult hippocampal neurogenesis. Nature Protocols. 15 (2), 668-693 (2020).
  13. Moreno-Jimenez, E. P., et al. Adult hippocampal neurogenesis is abundant in neurologically healthy subjects and drops sharply in patients with Alzheimer's disease. Nature Medicine. 25 (4), 554-560 (2019).
  14. Kalinina, A., Lagace, D. Single-cell and single-nucleus RNAseq analysis of adult neurogenesis. Cells. 11 (10), 1633 (2022).
  15. Harris, L., et al. Coordinated changes in cellular behavior ensure the lifelong maintenance of the hippocampal stem cell population. Cell Stem Cell. 28 (5), 863-876 (2021).
  16. Shin, J., et al. Single-cell RNA-seq with Waterfall reveals molecular cascades underlying adult neurogenesis. Cell Stem Cell. 17 (3), 360-372 (2015).
  17. Artegiani, B., et al. A single-cell RNA sequencing study reveals cellular and molecular dynamics of the hippocampal neurogenic niche. Cell Reports. 21 (11), 3271-3284 (2017).
  18. Nott, A., Schlachetzki, J. C. M., Fixsen, B. R., Glass, C. K. Nuclei isolation of multiple brain cell types for omics interrogation. Nature Protocols. 16 (3), 1629-1646 (2021).
  19. Sarnat, H. B., Nochlin, D., Born, D. E. Neuronal nuclear antigen (NeuN): a marker of neuronal maturation in early human fetal nervous system. Brain Development. 20 (2), 88-94 (1998).
  20. . Guidance on the Operation of ASPA Available from: https://assets.publishing.service.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_dat/file/662364/Guidance_on_the_Operation_of_ASPA.pdf (2022)
  21. Hagihara, H., Toyama, K., Yamasaki, N., Miyakawa, T. Dissection of hippocampal dentate gyrus from adult mouse. Journal of Visualized Experiments. (33), e1543 (2009).
  22. Habib, N., et al. Disease-associated astrocytes in Alzheimer's disease and aging. Nature Neuroscience. 23 (6), 701-706 (2020).
  23. Ding, J., et al. Systematic comparison of single-cell and single-nucleus RNA-sequencing methods. Nature Biotechnology. 38 (6), 737-746 (2020).
  24. Hao, Y., et al. Integrated analysis of multimodal single-cell data. Cell. 184 (13), 3573-3587 (2021).
  25. Mussa, Z., Tome-Garcia, J., Jiang, Y., Akbarian, S., Tsankova, N. M. Isolation of adult human astrocyte populations from fresh-frozen cortex using fluorescence-activated nuclei sorting. Journal of Visualized Experiments. (170), e62405 (2021).
  26. Zhang, Y., et al. An RNA-sequencing transcriptome and splicing database of glia, neurons, and vascular cells of the cerebral cortex. Journal of Neuroscience. 34 (36), 11929-11947 (2014).
  27. Marti-Mengual, U., Varea, E., Crespo, C., Blasco-Ibanez, J. M., Nacher, J. Cells expressing markers of immature neurons in the amygdala of adult humans. European Journal of Neuroscience. 37 (1), 10-22 (2013).
  28. Zhang, X. M., et al. Doublecortin-expressing cells persist in the associative cerebral cortex and amygdala in aged nonhuman primates. Frontiers in Neuroanatomy. 3, 17 (2009).
  29. Ding, Z. B., et al. Astrocytes: a double-edged sword in neurodegenerative diseases. Neural Regeneration Research. 16 (9), 1702-1710 (2021).
  30. Phatnani, H., Maniatis, T. Astrocytes in neurodegenerative disease. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 7 (6), 020628 (2015).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission

Play Video

Флуоресцентно-активированное отрицательное сортировка нейронов в сочетании с секвенированием РНК одиночных ядер для изучения нейрогенной ниши гиппокампа
JoVE logo
Contact Us Recommend to Library
Research
  • JoVE Journal
  • JoVE Encyclopedia of Experiments
  • JoVE Visualize
Business
  • JoVE Business
Education
  • JoVE Core
  • JoVE Science Education
  • JoVE Lab Manual
  • JoVE Quizzes
Solutions
  • Authors
  • Teaching Faculty
  • Librarians
  • K12 Schools
About JoVE
  • Overview
  • Leadership
Others
  • JoVE Newsletters
  • JoVE Help Center
  • Blogs
  • Site Maps
Contact Us Recommend to Library
JoVE logo

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved

Privacy Terms of Use Policies
WeChat QR code