Здесь мы демонстрируем приготовление высококачественной одноклеточной суспензии кишечника тилапии для одноклеточного секвенирования.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
* These authors contributed equally
Здесь мы демонстрируем приготовление высококачественной одноклеточной суспензии кишечника тилапии для одноклеточного секвенирования.
Нильская тилапия является одним из наиболее часто культивируемых видов пресноводных рыб во всем мире и является широко используемой исследовательской моделью для изучения аквакультуры рыб. Приготовление высококачественных одноклеточных суспензий имеет важное значение для исследований на уровне одной клетки, таких как одноклеточная РНК или секвенирование генома. Тем не менее, не существует готового к использованию протокола для видов рыб аквакультуры, особенно для кишечника тилапии. Эффективные ферменты диссоциации варьируются в зависимости от типа ткани. Поэтому оптимизация протокола диссоциации тканей путем выбора соответствующего фермента или комбинации ферментов для получения достаточного количества жизнеспособных клеток с минимальным повреждением имеет важное значение. Это исследование иллюстрирует оптимизированный протокол приготовления высококачественной одноклеточной суспензии из кишечника нильской тилапии с комбинацией ферментов коллагеназы / диспазы. Эта комбинация очень эффективна для диссоциации с использованием бычьего сывороточного альбумина и ДНКазы для уменьшения агрегации клеток после пищеварения. Клеточный выход удовлетворяет требованиям к секвенированию отдельных клеток, с 90% жизнеспособностью клеток и высокой концентрацией клеток. Этот протокол также может быть модифицирован для приготовления одноклеточной суспензии из кишечника других видов рыб. Это исследование обеспечивает эффективный эталонный протокол и снижает потребность в дополнительных испытаниях при приготовлении одноклеточных суспензий для видов рыб аквакультуры.
Клетки являются фундаментальными единицами организмов. По сравнению с исследованиями объемных тканей, исследования на уровне отдельных клеток могут отражать гетерогенность клеток и предоставлять информацию с более высоким разрешением1. В последние годы исследователи применили технологии секвенирования отдельных клеток для геномных, транскриптомных, эпигеномных или мультиомных исследований на уровне отдельных клеток у млекопитающих, рыбок данио-рерио и других модельных организмов и сообщили о больших прорывах 2,3,4,5,6,7 . В то время как большинство исследований было сосредоточено на модельных организмах, существует несколько справочных протоколов или коммерческих наборов для диссоциации для секвенирования отдельных клеток у хозяйственных видов рыб, что ограничивает применение секвенирования отдельных клеток в исследованиях аквакультуры. Поэтому разработка протоколов диссоциации тканей, которые производят высококачественные одноклеточные суспензии с высокой жизнеспособностью клеток и целостностью нуклеиновых кислот, имеет решающее значение.
Оптимизация протокола диссоциации тканей с помощью соответствующего фермента или комбинации ферментов для получения достаточного количества жизнеспособных клеток с минимальным повреждением имеет важное значение. Наиболее эффективный фермент для диссоциации тканей варьируется в зависимости от типа ткани. У млекопитающих для приготовления одноклеточных суспензий твердых тканей млекопитающих использовалось несколько ферментов, включая коллагеназу, диспазу, трипсин, папаин, эластазу, гиалуронидазу, либеразу, аккутазу и трипЛЕ 8,9. Переваривание трипсина в сочетании с механическим нарушением обычно используется для диссоциации тканей для культивирования клеток у рыб 10,11,12,13,14. Трипсин также использовался или добавлялся в коктейль пищеварения для диссоциации тканей в кишечнике15 крыс и жаберной ткани16 рыбок данио. Однако по ряду причин трипсин не является лучшим вариантом для секвенирования отдельных клеток. Трипсин сам по себе обычно неэффективен для диссоциации тканей. Кроме того, трипсин индуцирует разрывы цепи ДНК 17,18 и деградацию РНК19.
Папаин разлагает белки, из которых состоят плотные соединения между клетками. В нервных и гладких мышечных клетках млекопитающих папаин более эффективен и менее разрушителен, чем другие протеазы20,21. Однако, как и трипсин, папаин приводит к свободной ДНК-индуцированной агрегации клеток из-за лизиса клеток, который происходит во время ферментативного пищеварения9. Эластаза расщепляет эластин, который обычно содержится в коже, легких, связках, сухожилиях и сосудистых тканях22. Он часто используется в сочетании с коллагеназой, диспазой или трипсином для диссоциации легочной ткани8. Гиалуронидаза расщепляет гликозидные связи гиалуронана, способствуя перевариванию внеклеточного матрикса в различных соединительных тканях и коже 9,23.
В целом, коллагеназа и диспаза являются хорошими вариантами для разрушения внеклеточного матрикса. Они использовались при диссоциации кишечника человека, мышей и рыбок данио-рерио24,25,26,27. Коллагеназа разрушает пептидную связь в коллагене, способствует перевариванию внеклеточного матрикса и высвобождает клетки в суспензию, и, таким образом, коллагеназа часто используется для диссоциации твердых тканей человека и мыши, в том числе для печени 28,29, селезенки30, поджелудочной железы31 и кишечника 25. Диспаза представляет собой протеазу, которая гидролизует N-концевые пептидные связи неполярных аминокислотных остатков и мягче, чем коллагеназа. Он расщепляет компоненты внеклеточного матрикса, такие как фибронектин, коллаген IV типа и, в меньшей степени, коллаген I типа, не влияя на межклеточные соединения. Диспаза используется отдельно или с другими ферментами для диссоциации тканей, таких как кишечник25,32, мозг33, печень 34 и т. Д. Кроме того, коммерчески доступные коктейли для пищеварения, включая либеразу, аккутазу и trypLE, также являются хорошей альтернативой диссоциации твердых тканей, особенно для кожи, печени и почек 8,9.
Нильская тилапия (Oreochromis niloticus) относится к семейству цихловых отряда окунеобразных. Это один из самых культивируемых видов пресноводных рыб в тропических и субтропических районах с годовым производством 4,5 миллиона тонн в 2022 году35. Это один из наиболее изученных видов рыб аквакультуры с хорошо аннотированным геномом. Нильская тилапия является идеальной исследовательской моделью для видов рыб аквакультуры из-за ее короткого времени генерации, простоты выращивания и приспособляемости к широкому спектру условий выращивания. Кишечник представляет большой исследовательский интерес, так как является органом питания, пищеварения и всасывания, обмена веществ и иммунитета слизистой оболочки. Кишечник является средой обитания микробных популяций и является важной иммунной тканью36. Он иммунологически активен благодаря наличию многочисленных типов иммунных клеток, включая макрофаги, В-клетки, гранулоциты и Т-клетки.
В текущем исследовании мы разработали протокол приготовления высококачественной одноклеточной суспензии из кишечника нильской тилапии для облегчения исследований на уровне отдельных клеток у видов рыб аквакультуры. В соответствии с характеристиками этих тканеспецифических ферментов и предварительной работой, коллагеназа / диспаза подходит для диссоциации ткани кишечника тилапии. Последним типом фермента, который следует учитывать при приготовлении одноклеточных суспензий, является ДНКаза-I, которая предотвращает агрегацию клеток путем разложения свободной ДНК, высвобождаемой в результате лизиса мертвых клеток во время ферментативного переваривания, без инициирования апоптотических путей9 и увеличивает выход живых клеток36. Кроме того, бычий сывороточный альбумин (BSA) добавляется в буфер для промывки, чтобы уменьшить слипание клеток и улучшить жизнеспособность клеток. Несколько компаний-производителей реагентов описывают BSA как стабилизатор ферментов. Добавление 0,04%-1% BSA к PBS (фосфатно-буферный физиологический раствор) было использовано для разработки промывочного раствора для приготовления суспензий одноклеточного секвенирования без побочных эффектов38. Добавление низкого соотношения BSA может помочь сохранить жизнеспособность клеток и избежать свободной ДНК-индуцированной агрегации клеток из-за лизиса клеток. Этот протокол также может служить ценным справочным материалом для разработки протоколов диссоциации клеток из кишечника других видов рыб аквакультуры.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Все протоколы на животных во время этого исследования были одобрены Комитетом по уходу за животными и их использованию Хайнаньского университета (номер протокола: HNUAUCC-2022-00063; Дата утверждения: 2022-03-03). Список оборудования и расходных материалов, использованных в этом эксперименте, можно найти в Таблице материалов. Краткое изложение текущего протокола проиллюстрировано на рисунке 1.
1. Подготовка рыбы
2. Приготовление реагентов
3. Подготовка оборудования
4. Рассечение тканей и диссоциация клеток
5. Окрашивание и микроскопическое исследование
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В этом протоколе описывается приготовление высококачественной одноклеточной суспензии кишечника нильской тилапии для одноклеточного секвенирования (рис. 1). Это исследование показывает, что смесь коллагеназы и диспазы обладает хорошим диссоциативным эффектом и мягко воздействует на ткани кишечника. Выбор оптимального фермента пищеварения имеет важное значение для приготовления высококачественной одноклеточной суспензии. В предварительной работе сравнивалась эффективность диссоциации нескольк...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В этом протоколе описывается приготовление высококачественной одноклеточной суспензии кишечника нильской тилапии. Перед диссоциацией необходимо удаление жира и брыжейки из кишечника, особенно для толстоядных рыб с большим количеством жира. Использование шприца вместо жесткого соскабливания для смывания содержимого кишечника уменьшает механическое повреждение клеток. Чтобы обеспечить жизнеспособность клеток, также важно поддерживать температуру на уровне 20 °C или ниже для этапов рассечения тканей и промывки. Моющие раств...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
У авторов нет конфликтов интересов, которые необходимо раскрывать.
Авторы выражают благодарность за поддержку со стороны Фонда естественных наук провинции Хайнань Китая (No 320QN211) и Программы исследовательского фонда ключевой лаборатории провинции Гуандун по борьбе с болезнями водных животных и здоровой культуре Китая (NO. PBEA2021ZD01).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 0,22-μ m Стерильный фильтр | Solarbio Life Sciences | SLGV033RB | Используется для фильтрации и стерилизации ферментного раствора. |
| 40-μ m Клеточный фильтр | Solarbio Life Sciences | F8200 | Cell Strainer применяется для удаления непереваренных кусочков ткани. |
| Бычий сывороточный альбумин (БСА) | Sigma-Aldrich | SRE0098 | порошок; развести 0,04 г БСА со 100 мл 1 раз; DPBS для приготовления 0,04% BSA-DPBS моющего аккумулятора. Хранить при температуре от 2 до 8 °C. |
| Коллагеназа II | Sangon Biotech | A004202 | разбавить PBS до конечной концентрации 1 мг/мл. |
| Коллагеназа/диспаза | Roche | 10269638-001 | Разбавить PBS до конечной концентрации 1 мг/мл. |
| Разбавить | Sigma-Aldrich | D4818 | PBS до конечной концентрации 1 мг/мл. |
| ДНКаза I | Sigma-Aldrich | AMPD1 | ДНКаза I помогает уменьшить слипание клеток. |
| Фосфатно-солевой буфер (DPBS) Дульбекко, Ca2+/Mg2+free | Solarbio Life Sciences | E607009-0500 | Хранить при комнатной температуре. |
| Эластаза | Сангон Биотех | A600438 | разбавить PBS до конечной концентрации 0,5 мг/мл. |
| Фетальная бычья сыворотка (FBS) | Gibco | 16000-044 | Сыворотка, используемая в объеме 5% в растворе дигетции. |
| Инвертированный Микроскоп | Leica | qTOWER3G | используется для изучения жизнеспособности клеток. |
| Либераза | Рош | 5401119001 | разбавить PBS до конечной концентрации 0,25 мг/мл. |
| Nile tilpia (Oreochromis niloticus) | ProGift Aquaculture Technology Co. Ltd. | NA | Здоровая рыба без признаков болезней (Средняя масса тела: 100 г). |
| Фосфатно-солевой буфер (PBS) | Solarbio Life Sciences | P1020 | Хранить при комнатной температуре. |
| Охлаждаемая центрифуга | Eppendorf | 5424 | Она используется для откручивания тканей и клеток пета. |
| Ингибитор РНКазы | NEB | M0314L | Ингибитор активности РНКазы |
| Твердофазный реагент РНКаза-Be-Gone | Sangon Biotech | B644201-0050 | Используется для удаления РНКазы из таких инструментов, как ножницы для препарирования и стеклянные пипетки. Хранить при комнатной температуре. |
| Трикаин метансульфонат (MS-222) | Sigma-Aldrich | E10521 | Для эвтаназии рыб. |
| Трипан Блю | Инвитроген | C0040 | Применяется для окрашивания омертвевших клеток. |
| Трипсин | Сангон Биотех | E607001 | разбавить PBS до конечной концентрации 1 мг/мл. |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.