Здесь мы опишем двухэтапный протокол клеточного пищеварения для приготовления одноклеточной суспензии сонных артерий мыши.
Методическая статья
Здесь мы опишем двухэтапный протокол клеточного пищеварения для приготовления одноклеточной суспензии сонных артерий мыши.
Сонные артерии являются основными кровеносными сосудами в шее, которые снабжают кровью и кислородом мозг, но стеноз сонной артерии возникает, когда сонные артерии закупориваются бляшками. Выявление клеточного состава сонной артерии на одноклеточном уровне имеет важное значение для лечения атеросклероза сонной артерии. Однако готового к применению протокола приготовления одноклеточных суспензий из сонных артерий не существует. Чтобы получить подходящий протокол диссоциации нормальных сонных артерий на уровне одной клетки с меньшим повреждением клеток, мы разработали двухступенчатый метод расщепления путем интеграции процесса расщепления коллагеназы/ДНКазы и трипсина. Для определения жизнеспособности и концентрации клеток использовали подсчет двойной флуоресценции акридина оранжевого/пропидия (AO/PI), и было обнаружено, что одноклеточная суспензия удовлетворяет требованиям к секвенированию одиночных клеток, с жизнеспособностью клеток более 85% и высокой концентрацией клеток. После обработки данных одной клетки в каждой клетке сонной артерии было обнаружено медиана ~2500 транскриптов на клетку. Примечательно, что различные типы клеток нормальной сонной артерии, включая гладкомышечные клетки сосудов (VSMC), фибробласты, эндотелиальные клетки (EC), макрофаги и дендритные клетки (Mφ/DCs), были обнаружены одновременно. Этот протокол может быть применен для приготовления одноклеточной суспензии кровеносных сосудов из других тканей с соответствующими модификациями.
Атеросклероз — это хроническое воспалительное заболевание, связанное с такими факторами риска, как высокое кровяное давление, гиперлипидемия и гемодинамика1. Бифуркации сонных артерий склонны к гемодинамическим изменениям и приводят к образованию сонных бляшек. Клиническая картина атеросклероза сонных артерий может быть острой, такой как инсульт и транзиторная ишемия головного мозга, или хронической, такой как рецидивирующая транзиторная ишемия головного мозга и сосудистая деменция2. Механически бляшка на сонной артерии является результатом взаимодействия между клетками стенки различных сосудов и различными клетками крови при патологических состояниях. Поэтому выявление одноклеточного атласа сонных сосудов в физиологических и патологических условиях особенно важно для профилактики и лечения развития каротидных бляшек.
Секвенирование одноклеточной РНК является одной из самых мощных технологий биологических исследований из-за ее сверхвысокого разрешения и обнаружения клеточной гетерогенности от одного и того же типа клеток организмов 3,4. Исследователи использовали секвенирование одноклеточной РНК для проведения исследований во многих областях, таких как сердечно-сосудистые заболевания5 и рак6. Тем не менее, быстрое и точное разделение тканей на отдельные клетки по-прежнему остается одной из основных задач. Ферментативная диссоциация является широко используемым методом, который преимущественно включает коллагеназу, папаин, трипсин, ДНКазу и гиалуронидазу. В частности, коллагеназы являются основными видами ферментов для пищеварения отдельных клеток, в основном гидролизующих компоненты коллагена в соединительных тканях. Различные типы коллагеназ применимы для диссоциации различных тканей, таких как молочная железа7, клубочек8, иридокорнеальный угол9, коленный сустав10, аорта11 илегкое 12. Из-за уникальных физиологических свойств различных тканей диссоциация с использованием одного и того же метода может вызвать множество проблем при получении одиночных клеток, таких как низкая жизнеспособность клеток, низкое количество клеток и крупный клеточный мусор. Поэтому изобретение методов пищеварения для различных тканей имеет важное значение для получения высококачественных одноклеточных суспензий.
Этот протокол направлен на разработку двухэтапного метода клеточного пищеварения для приготовления одноклеточной суспензии сонной артерии мышей дикого типа. В соответствии с особенностями сонной артерии мы объединили коллагеназу/ДНКазу с трипсином для получения высококачественной одноклеточной суспензии сонной артерии мыши, поскольку коллагеназа может гидролизовать коллаген сонных тканей, который в дальнейшем переваривался трипсином в одноклеточную суспензию. Для определения жизнеспособности и концентрации клеток использовали подсчет двойной флуоресценции акридина оранжевого/пропидия (AO/PI), и было обнаружено, что одноклеточная суспензия удовлетворяет требованиям к секвенированию одиночных клеток, с жизнеспособностью клеток более 85% и высокой концентрацией клеток. После обработки данных отдельных клеток в нормальных сонных артериях мышей после пищеварения были идентифицированы четыре типа клеток, включая гладкомышечные клетки сосудов (VSMC), фибробласты, эндотелиальные клетки (EC), а также макрофаги и дендритные клетки (Mφ/DCs). Преимущества данного протокола заключаются в том, что: 1) можно идентифицировать несколько типов клеток в сонной артерии, 2) жизнеспособность клеток хорошо сохраняется, и 3) его можно легко повторить без специального оборудования. Этот протокол подходит для исследователей, которые заинтересованы в изучении одноклеточной мультиомики сонных артерий мышей. Этот протокол также может быть полезен при диссоциации других кровеносных сосудов с соответствующими модификациями.
Все процедуры, описанные ниже, были одобрены Комитетом по уходу за животными и их использованию Университета Сучжоу.
1. Подготовка реагентов и материалов
2. Подготовка оборудования
3. Изоляция сонной артерии мыши
4. Переваривание сонной артерии в одноклеточную суспензию
5. Исследование клеточной суспензии и секвенирование одноклеточной РНК
Этот протокол описывает двухэтапный метод клеточного пищеварения для приготовления одноклеточной суспензии сонных артерий мыши (рис. 1). Этот двухэтапный метод клеточного пищеварения сочетает коллагеназу/ДНКазу с трипсином для эффективной диссоциации сосудистой стенки сонной артерии мыши для получения высококачественных одноклеточных суспензий для секвенирования отдельных клеток. После диссоциации концентрацию клеток и жизнеспособность клеток рассчитывали с помощью автоматического счетчика клеток. Яркое поле показывало морфологию клеток сонных сосудов после расщепления, а двойное флуоресцентное окрашивание AOPI одновременно определяло жизнеспособность клеток (рис. 2А,Б). Примечательно, что по сравнению с использованием только диссоциационного реагента А, ткань сонной артерии может быть более тщательно диссоциирована в сочетании с диссоциационным реагентом В. Кроме того, мы обнаружили жизнеспособное количество клеток в девяти артериях, а средний диаметр клеток удовлетворял требованиям секвенирования отдельных клеток после двухэтапного клеточного расщепления (рис. 2C). Между тем, в общей сложности 176 000 одиночных клеток были собраны из девяти левых сонных артерий, и большинство сосудистых сосудов были диссоциированы на одиночные клетки с высокой жизнеспособностью (рис. 2C).
После выравнивания, фильтрации, подсчета штрихкодов и подсчета UMI необработанные данные секвенирования отдельных клеток были проанализированы с помощью пакета R Seurat. Распределение генов на клетку, UMI на клетку и митохондриальные чтения на клетку показаны на графиках скрипки (рис. 3A-C). Примечательно, что в каждой клетке сонной артерии было обнаружено медиана ~2500 транскриптов на клетку. После удаления низкокачественных клеток было обнаружено 14 580 клеток, которые были использованы для последующего анализа одноклеточной РНК-секвенирования. Используя 2000 вариабельных генов со сходными профилями, неконтролируемая кластеризация на основе Сёра показала четыре основных типа клеток, включая VSMC (74,0%), фибробласты (16,5%), EC (6,5%) и Mφ/DCs (3,0%), в нормальных сонных артериях мышей после пищеварения (рис. 3D-F).

Рисунок 1: Принципиальная схема пищеварения сонной артерии мыши. После того, как сонная артерия мыши была изолирована и перерезана, было добавлено 500 мкл диссоциационного реагента А для диссоциации сонной артерии мыши. Когда клеточную суспензию фильтровали и центрифугировали, добавляли 200 мкл диссоциационного реагента В для дальнейшей диссоциации с получением одноклеточной суспензии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 2: Препарат одноклеточной суспензии из сонной артерии мыши. (A) Морфология клеток и жизнеспособность клеток сонной артерии после 1 ч расщепления с диссоциационным реагентом А показаны в ярком поле зрения и окрашивании AOPI. Ядросодержащие клетки, окрашенные зеленой флуоресценцией, являются живыми клетками, в то время как клетки, окрашенные красной флуоресценцией, являются мертвыми клетками. Масштабная линейка = 100 мкм. (B) Морфология клеток и жизнеспособность клеток сонной артерии после двухэтапного клеточного расщепления показаны в ярком поле зрения и окрашивании AOPI. Ядросодержащие клетки, окрашенные зеленой флуоресценцией, являются живыми клетками, в то время как клетки, окрашенные красной флуоресценцией, являются мертвыми клетками. Масштабная линейка = 100 мкм. (C) Жизнеспособность клеток, общее количество клеток, количество жизнеспособных клеток и средний диаметр клеток были измерены после двухступенчатого клеточного разложения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3: Стандартные показатели контроля качества (КК) для scRNA-seq и клеточного ландшафта сонной артерии . (A) Графики Скрипки, показывающие распределение генов на клетку (nFeature RNA), (B) UMI на клетку (nCount_RNA) и (C) митохондриальные чтения на клетку (% mt) для данных scRNA-seq. (D) График равномерной аппроксимации и проекции многообразия (UMAP), показывающий четыре идентифицированных типа клеток сонной артерии. (E) Точечная диаграмма, показывающая маркеры, определяющие каждый тип кластера клеток на панели D. Размер каждого круга обозначает пропорцию ячеек в группе, выражающую каждый транскрипт. Синие точки указывают на гены с высокой экспрессией, а серые точки указывают на гены с низкой экспрессией. (F) Гистограмма с накоплением, показывающая относительное обилие четырех типов клеток, обнаруженных scRNA-seq мышей дикого типа (WT). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Здесь мы приводим подробный протокол приготовления высококачественной одноклеточной суспензии из сонной артерии мышей дикого типа, в котором был сконструирован двухстадийный метод пищеварения, интегрирующий процесс пищеварения коллагеназы/ДНКазы и трипсина. После проверки качества одноклеточной суспензии мы обнаружили, что она удовлетворяет требованиям к секвенированию одиночных клеток, с жизнеспособностью клеток более 85% и высокой концентрацией клеток. Кроме того, различные типы клеток в сонной артерии, включая VSMC, фибробласты, EC и Mφ/DCs, были успешно обнаружены после обработки данных одной клетки.
Современные методы приготовления одноклеточных суспензий сонной артерии до сих пор немногочисленны. Depuydt et al. получили одноклеточную суспензию из каротидных бляшек человека, комбинируя коллагеназу, ДНКазу, человеческую альбуминную фракцию V и флавопиридол при 37 °C в течение 30 мин15. После флуоресцентной сортировки клеток они идентифицировали 14 различных клеточных популяций, включая эндотелиальные клетки, гладкомышечные клетки, тучные клетки, В-клетки, миелоидные клетки и Т-клетки15. Кроме того, исследователи переваривали общие сонные артерии крыс, используя 0,25% трипсин-ЭДТА и 0,1% коллагеназы при 37 °C, и успешно проводили секвенирование одноклеточной РНК16. Пять типов клеток, включая VSMC, фибробласты, ECs, переходные клетки и макрофаги, были идентифицированы как в нормальных, так и в экспериментальных сонных артериях16. Кроме того, также установлен протокол получения ЕС-обогащенных одноклеточных препаратов сонной артерии17. После завершения просветного ферментативного расщепления при промывании сонной артерии будет получено достаточное количество одноклеточных гранул для scRNAseq и scATACseq17. Для гибкого контроля времени переваривания мы разработали двухэтапный метод пищеварения сонных артерий мыши, разделяющий стадии диссоциации тканей и приготовления одноклеточной суспензии. Процесс начинается с 125 CDU/мл коллагеназы II и 60 U/мл ДНКазы I в течение 1 ч, после чего следует трипсин, свободный от ЭДТА, в течение 5 мин. Важно отметить, что мы можем соответствующим образом модифицировать любой этап метода переваривания тканей других кровеносных сосудов, основываясь на характеристиках кровеносных сосудов.
У описываемого метода есть некоторые ограничения. Во-первых, мы не знаем, можно ли использовать этот метод для первичной клеточной культуры in vitro. Поскольку стенка сонной артерии тоньше и содержит меньше клеток, культивирование и размножение in vitro является сложной задачей. Во-вторых, в отличие от других методов пищеварения, этот протокол требует осторожного пипетирования для диссоциации клеток во время пищеварения. Водяная баня с встряхиванием также может привести к получению высококачественной одноклеточной суспензии. В-третьих, поскольку наш метод применим к нормальным сонным артериям, еще предстоит изучить, подходит ли он для переваривания сонных бляшек.
В заключение был разработан двухступенчатый метод пищеварения для получения высококачественной одноклеточной суспензии из сонной артерии мышей дикого типа. Этот протокол может быть использован для приготовления одноклеточных суспензий для других сосудов с незначительными изменениями, что делает его очень полезным в сердечно-сосудистых исследованиях.
У авторов нет конфликта интересов, который можно было бы раскрыть.
Эта работа была поддержана грантами Фонда естественных наук Китая (82070450 для К.Т. и 82170466 для Л.З.) и стипендией Китайского фонда постдокторантуры (7121102223 для Ф.Л.).
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 0,25% трипсин без ЭДТА | Beyotime | C0205 | Разведите 1 мл 0,25% трипсина, не содержащего ЭДТА, в 1 мл 1x PBS. |
| 0,9% раствор NaCl физиологического раствора | Beyotime | ST341 | Развести раствор гепарина натрия до конечной концентрации 10 мг/мл |
| 1 мл шприцев& | nbsp; SKJYLEAN | sk-r009 | Для выполнения перфузии сердца |
| 1,5 мл центрифужные пробирки | KIRGEN | KG2211W | Для центрифугирования кусочка ткани и клеточной суспензии |
| 20 мл шприцы | SKJYLEAN | sk-r013 | Для выполнения перфузии сердца |
| 40 & микро; m клеточный фильтр | JETBIOFIL | css010040 | Для фильтрации непереваренных фрагментов тканей |
| набор AO/PI | Hengrui Biological | RE010212 | Для определения того, живая или мертвая клетка |
| Автоматизированный счетчик клеток | Countstar | Mira FL | Для анализа морфологии клеток и жизнеспособности переваренных клеток сонных сосудов |
| Программное обеспечение Cell Ranger 10 | &крат; Геномика | 3.0.2 | Для обработки выхода РНК-секвенирования хрома одиночной клетки и выполнения кластеризации и анализа экспрессии генов |
| Chromium Single Cell 3'Наборы реагентов v3 | 10&раз; Геномика | 1000075 | Для получения одноклеточной РНК-секвенирования библиотек одноклеточной суспензии |
| Коллагеназа II | Sigma-Aldrich | C6885 | Разбавить HBSS до конечной концентрации 125 CDU/мл |
| Дезоксирибонуклеаза I | Worthington | LS002140 | Развести HBSS до конечной концентрации 60 Ед/мл |
| Фетальная бычья сыворотка | HyClone | SH30088.03 | Прекращение реакции разложения |
| Сбалансированный раствор соли Хэнка | Gibco | 14175095 | Хранить в комнатной температуре |
| Гепарин натриевая соль | Solarbio Life Science | H8060 | Разбавить 0,9% NaCl до конечной концентрации 10 мг/мл |
| Микроцентрифуга | Thermo Fisher Scientific | 75002560 | Применяется для откручивания тканей и клеточных гранул |
| NovaSeq 6000 | Illumina | N/A | Секвенсор |
| Фосфатно-солевой буфер | Solarbio Life Science | P1000 | Используется для сердечной перфузии и ресуспензии клеток |
| Пакет Seurat- R | Satija Lab | 3.1.2 | Для выполнения уменьшения размерности, визуализации и анализа данных секвенирования scRNA |
| Шестилуночные клеточные культуральные планшеты | NEST | 703002 | Размещение сосудистой ткани |
| Водяная баня | Jinghong | DK-S22 | Поддерживайте температуру пищеварения на уровне 37 градусов; С |