Образец, использованный для этого протокола, был частью Исследования мышц, подвижности и старения (SOMMA)15, которое было одобрено Институциональным наблюдательным советом Западной группы IRB-Copernicus (WCG) и проводилось в соответствии с Хельсинкской декларацией. Участники предоставили письменное информированное согласие на свое участие в исследовании.
Примечание: Этот протокол адаптирован по сравнению с предыдущим протоколом с использованием 100 мг подкожной жировой клетчатки брюшной полости человека на платформе на основе нанолунок16. Текущий протокол оптимизирован для 50 мг IMAT человека и подготовки библиотеки с использованием платформы на основе капель. Может потребоваться дальнейшая оптимизация этого протокола для выделения ядер из нечеловеческого IMAT или других жировых депо.
1. Приготовление буферов и реагентов (табл. 1 и табл. 2)
ПРИМЕЧАНИЕ: Приготовьте буферы свежими в день эксперимента и не используйте их повторно.
- Предварительно охладите центрифугу до 4 °C.
- Приготовьте гомогенизационный буфер и среду для выделения ядер.
- Возьмите два ведра льда и предварительно охладите 2 конические пробирки объемом 15 мл.
- Смешайте все реагенты для гомогенизационного буфера (HB) в конической пробирке объемом 15 мл в порядке, указанном в таблице 1. Держите на льду. Перемешайте путем вортексинга.
- Смешайте все реагенты для среды выделения ядер (NIM) в конической пробирке объемом 15 мл в списке, упорядоченном в таблице 2. Держите на льду. Перемешайте путем вортексинга.
- Приготовьте 10% Triton-X, добавив 100 μL Triton X-100 к 900 μL воды, не содержащей Nuclease. Вортекс для обеспечения правильного перемешивания. Хранить при комнатной температуре (RT).
| Реагент | Объем (μл) | Конечная концентрация (мМ) |
| 1x | в 2 раза |
| 1 М MgCl2 | 10 | 20 | 5 |
| 1 м Трис буфер, pH 8,0 | 20 | 40 | 10 |
| 2 м KCl | 25 | 50 | 25 |
| 1,5 м сахарозы (-4оС) | 334 | 668 | 250 |
| 1 мМ DTT | 2 | 4 | 0,001 (~1 μМ) |
| 100-кратный ингибитор протеазы | 20 | 40 | 1x |
| Суперазин 20 Ед/мкл | 40 | 80 | 0,4 Ед/мкл |
| Вода без нуклеаз | 1549 | 3098 | - |
| Общий объем | 2000 | 4000 | - |
Таблица 1: Гомогенизационный буфер (HB). Держите на льду. Перемешайте путем вортексинга.
| Реагент | Объем (μл) | Конечная концентрация (мМ) |
| 1x | в 2 раза |
| ЭДТА | 0.4 | 0.8 | 0.1 |
| Ингибитор риболок РНКазы (40 ЕД/мкл) | 40 | 80 | 0,8 Ед/мкл |
| 1% BSA-PBS (-/-) | 1959.6 | 3919.2 | - |
| Общий объем | 2000 | 4000 | - |
Таблица 2: Среда для выделения ядер (NIM). Держите на льду. Перемешайте путем вортексинга.
2. Измельчение замороженной ткани (Рисунок 2А)
- Настройте рабочую станцию для гомогенизации.
- Заполните канистру жидким азотом (LN2).
ВНИМАНИЕ: при работе с LN2 всегда надевайте защитные очки и криоперчатки.
- Получите 2 ступки, 1 пестик, 1 шпатель для микросовка, 1 стеклянный наконечник и 1 пестик из нержавеющей стали для автоматического прыгателя.
- Настройте автоматический вышибалу.
- Наполните стакан льдом и предварительно охладите стакан.
- Наполните 2 ступки (содержащие пестик и шпатель) LN2 , чтобы охладить инструменты. Дайте LN2 испариться и повторите.
- Пока приборы остывают, добавьте 1 мл HB в стеклянную жидкость.
- Заполните обе ступы LN2 в последний раз и вылейте образец IMAT 50 мг в одну из ступок.
- Измельчите IMAT с помощью пестика, осторожно надавливая на кусок ткани, чтобы разбить его на мелкие кусочки. Убедитесь, что все детали измельчены.
- LN2 будет медленно испаряться, измельчая ткань. Когда ткань будет как следует измельчена, и останется еще 1/4 - 1/2 раствора LN2 , наклоните раствор в сторону края раствора, чтобы собрать измельченную ткань за губу. Дайте LN2 полностью испариться.
- Сразу после того, как последний LN2 испарится, зачерпните измельченную ткань в стеклянную ткань, содержащую 1 мл HB.
3. Гомогенизация измельченной ткани
- Гомогенизируйте измельченную ткань с помощью автоматического вышибалы. Поднимите и опустите пестик из нержавеющей стали вверх и вниз на 10 ударов в прямом направлении, а затем на 10 ударов в обратном направлении.
- Следите за тем, чтобы раствор после гомогенизации был мутным и не содержал видимых кусочков ткани. Светло-розовый цвет часто ожидается из-за загрязнения мышечной тканью.
- Переложите гомогенат в предварительно охлажденную пробирку объемом 1,7 мл с низким связыванием на лед.
- Используйте 400 мкл HB для промывки накидки, чтобы убедиться, что весь материал перенесен, и добавьте его в пробирку.
ПРИМЕЧАНИЕ: Одновременно можно обрабатывать два образца. Для этого увеличьте количество HB и NIM в два раза. Измельчите и гомогенизируйте один образец ткани, а затем измельчите и гомогенизируйте второй образец ткани, чтобы можно было параллельно выполнять этапы изоляции и очистки.
4. Выделение и очистка ядер (Рисунок 2B)
- Добавьте 14 мкл Triton-X (10%) в гомогенат для получения концентрации 0,1%.
- Держите трубку на льду и в темноте в течение 10-15 минут, делая завихрение каждые 3 минуты.
- Предварительно намочите один фильтр 100 мкм и один фильтр 40 мкм (на образец) 100 мкл RT DPBS для каждого в конической пробирке объемом 50 мл.
- Отфильтруйте гомогенат через сетчатый фильтр 100 μm.
- Промойте пробирку объемом 1,7 мл 400 мкл HB и отфильтруйте через клеточное сетчатое фильтр 100 мкм.
- Далее отфильтруйте раствор через сетчатый фильтр 40 мкм.
- Перелейте равное количество раствора в две предварительно охлажденные пробирки объемом 1,7 мл с низким уровнем связывания, что соответствует ~900 мкл в каждой пробирке.
- Центрифугируйте пробирки в течение 10 мин при температуре 2700 x g при 4 °C. После центрифугирования должна быть видна небольшая гранула.
- Удалите и выбросьте верхний липидный слой и оставшуюся надосадочную жидкость, оставив ~50 мкл раствора из первой пробирки.
- Повторите то же самое для второй трубки.
- Тщательно ресуспендируйте гранулу в первой пробирке, аккуратно пипетируя вверх и вниз 20 раз, и переложите в новую пробирку объемом 1,7 мл с низким уровнем связывания. Избегайте образования пузырей.
- Повторите эту процедуру для второй пробирки и перенесите ресуспендированный раствор в ту же пробирку.
- Добавьте 500 μL NIM и смешайте с пипеткой.
- Центрифугируйте пробирку с весами при давлении 1000 x g в течение 10 минут при 4 °C.
- Удалите надосадочную жидкость, оставив ~50 μл, и аккуратно пипетируйте вверх и вниз, пока гранула не будет повторно суспендирована. При желании переложите ресуспендированную гранулу в новую чистую пробирку, если на боковой стороне пробирки осталось немного липидных остатков.
- Добавьте 200 μL NIM и перемешайте с помощью пипетирования.
5. Окрашивание и подсчет ядер (Рисунок 2C и Рисунок 3)
ПРИМЕЧАНИЕ: Чтобы облегчить подсчет, настройте протокол «подсчета ядер» на автоматическом счетчике клеток, так как регулировка светлого поля и каналов DAPI может сильно повлиять на подсчет. Отрегулируйте каналы так, чтобы захватывались только ядра, а не мусор. Убедитесь, что канал светлого поля помечает только «объекты», которые также имеют пятно DAPI.
- Добавьте 1 каплю раствора для окрашивания живых клеток и оставьте в темноте, на льду, на 15 минут.
- Отфильтруйте раствор через сетчатое фильтр 30 мкм.
- Смешайте раствор ядер с помощью пипетирования и добавьте 10 мкл раствора в предметное стекло камеры для подсчета клеток.
- Подсчитайте ядра с помощью автоматического счетчика клеток.
ПРИМЕЧАНИЕ: Оптимальная концентрация составляет 1000 ядер/мкл, что соответствует 1,0 x 106/мл.- Убедитесь, что в них нет скоплений ядер, так как это может засорить чип для генерации одиночных ядер (Рисунок 3).
- Если концентрация ядер недостаточно высока, уменьшите температуру раствора при 1000 x g в течение 10 минут при 4 °C, чтобы получить гранулу, удалите надосадочную жидкость и снова суспендируйте в меньшем объеме.
- Если степень загрязнения в растворе высокая, ресуспендируйте раствор ядер в большем объеме NIM (т.е. 1 мл) и снова отфильтруйте через клеточное сетчатое фильтр с плотностью 30 мкм. Затем вращают при 1000 x g в течение 10 мин при 4 °C и повторно суспендируют в соответствующем объеме по отношению к концентрации ядер.
- После получения концентрации ядер приступайте непосредственно к первому этапу подготовки библиотеки.

Рисунок 3: Окрашивание выделенных ядер. Изображение с клеточного счетчика ядер, окрашенных NucBlue/DAPI (левое изображение) и соответствующее изображение яркого поля (правое изображение). Присутствие незначительного количества мусора очевидно на ярком изображении поля. Используемый здесь автоматический счетчик ячеек не имеет возможности включать масштабные линейки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
6. Подготовка библиотеки и параметры секвенирования
- Обратитесь к подробному протоколу подготовки библиотеки с использованием одноядерного подхода на основе капель, доступному на веб-страницепоставщика услуг 17.
- Стремитесь к целевому извлечению ядер на уровне 10 000. Однако для образцов с высоким содержанием мусора или хрупких ядер ожидается меньшее количество извлеченных ядер.
- Храните образцы при температуре 4°C до 72 часов после шага 2.3. в протоколе подготовки библиотеки для совмещения обработки большего количества образцов параллельно. Для этого обрабатывайте два образца до шага 2.3 в течение двух дней подряд, а на третий день обрабатывайте 4 образца вместе, начиная с шага 3 и далее в протоколе подготовки библиотеки.
- Параметры секвенирования: Секвенирование на платформе секвенирования с целью 50 000 считываний парных концов на ядро.
Данные, представленные в этом протоколе, были секвенированы на платформе NovaSeq 6000 с целью 50 000 считываний с парными концами на ядро.

Рисунок 2: Рабочий процесс протокола. Схематическое изображение рабочего процесса на этапах (А) 2 и 3, (В) шаге 4 и (В) шаге 5 протокола. Фигура была создана с BioRender.com. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
7. Обработка и анализ данных
ПРИМЕЧАНИЕ: В этом протоколе кратко представлены некоторые из рекомендуемых программ и пакетов R, используемых для обработки полученных данных секвенирования, с акцентом на шаги после первоначальной предварительной обработки (Таблица 3). В этом исследовании представлены общие метрики контроля качества (QC) и пример равномерной аппроксимации и проекции многообразия (UMAP) на рисунке 4. Однако подробное описание биоинформатического анализа выходит за рамки данного протокола. Таким образом, читатели могут обратиться к недавнему обзору лучших практик анализа одиночных клеток, проведенному Heumos et al.18.
- Предварительная обработка данных секвенирования
- Сопоставьте чтения одиночных ядер с референсным геномом человека GRCh38.
- Включайте в подсчет чтения интронов.
- Выполнение контроля качества и фильтрации данных с помощью пакета Seurat R 19.
- Вычислите оценку сложности клетки, разделив log(10) количество обнаруженных генов на log(10) количество обнаруженных прочтений.
- Нанесите на график наиболее важные показатели контроля качества с помощью гистограммы или графика скрипки, включая количество генов, обнаруженных на ядро, процент митохондриального чтения и оценку сложности клеток.
- Отфильтруйте ядра с менее чем 200 или более 10 000 генов на ядро, более 10% митохондриальных прочтений и показателем сложности ниже 0,8.
- Нормализация данных и уменьшение размерности.
- Используйте функцию SCTransform от Seura для нормализации данных с использованием 2000 переменных признаков.
- Кластеризуйте данные с помощью следующих функций из пакета Seurat R: RunPCA, FindNeighbors, FindClusters и RunUMAP.
- Построение диаграммы UMAP для визуализации кластеризации данных.
- Отфильтруйте прогнозируемые дублеты с помощью пакета DoubletFinder R 20 и повторно кластеризуйте данные.
- Аннотируйте кластеры с использованием известных генных маркеров типов клеток, которые, как ожидается, присутствуют в ткани (контролируемый подход) или на основе 5 верхних дифференциально экспрессируемых генов между кластерами (неконтролируемый подход).
- Используйте decontX21для определения степени загрязнения окружающей РНК и корректировки матрицы экспрессии генов для окружающей РНК.
- Включите необработанную матрицу генов в качестве фона.
- Сохраните объект Seura для дальнейшего изучения данных.
ПРИМЕЧАНИЕ: Код для контроля качества и кластерного анализа доступен в дополнительном файле 1.
| Пакеты программного обеспечения/R, используемые в рабочих процессах обработки данных | Альтернативное программное обеспечение/пакеты | Этап обработки |
| Сельский рейнджер | STARsolo, kallisto | Обрезка, выравнивание, отображение |
| Сёра | SingleCellExperiment, Cellranger | Контроль качества, анализ и изучение данных |
| DoubletFinder | scds, scdblFinder, Скрублет | Обнаружение дуплетов |
| ДеконтХ | SoupX, CellBender | Настройка РНК окружающей среды |
Таблица 3: Программное обеспечение/инструменты для работы с данными.