Burada, fare karotis arterlerinin tek hücreli bir süspansiyonunu hazırlamak için iki aşamalı bir hücre sindirim protokolünü açıklıyoruz.
Yöntem makalesi
Burada, fare karotis arterlerinin tek hücreli bir süspansiyonunu hazırlamak için iki aşamalı bir hücre sindirim protokolünü açıklıyoruz.
Karotis arterler, boyundaki beyne kan ve oksijen sağlayan ana kan damarlarıdır, ancak karotis arterleri plak tarafından tıkandığında karotis darlığı meydana gelir. Karotis arterin hücresel bileşiminin tek hücre düzeyinde ortaya çıkarılması, karotis aterosklerozunun tedavisi için esastır. Bununla birlikte, karotis arterlerden tek hücreli süspansiyonların hazırlanması için kullanıma hazır bir protokol yoktur. Normal karotis arterlerin tek hücre düzeyinde hücrelere daha az zarar vererek ayrışması için uygun bir protokol elde etmek için, kollajenaz/DNaz ve tripsinin sindirim sürecini entegre ederek iki aşamalı bir sindirim yöntemi tasarladık. Hücre canlılığını ve konsantrasyonunu tespit etmek için akridin turuncu/propidyum iyodür (AO/PI) çift floresan sayımı kullanıldı ve tek hücreli süspansiyonun, hücrelerin canlılığı ile tek hücreli dizileme gereksinimlerini karşıladığı, hücrelerin %85'in üzerinde canlılığı ve yüksek hücre konsantrasyonu olduğu bulundu. Tek hücreli veri işlemeden sonra, her karotis arter hücresinde hücre başına ortalama ~ 2500 transkript tespit edildi. Özellikle, vasküler düz kas hücreleri (VSMC'ler), fibroblastlar, endotel hücreleri (EC'ler) ve makrofajlar ve dendritik hücreler (Mφ / DC'ler) dahil olmak üzere normal karotis arterin çeşitli hücre tipleri aynı anda tespit edilebilirdi. Bu protokol, uygun modifikasyonlarla diğer dokulardan kan damarlarının tek hücreli bir süspansiyonunu hazırlamak için uygulanabilir.
Ateroskleroz, yüksek tansiyon, hiperlipidemi ve hemodinamik gibi risk faktörleriyle ilişkili kronik inflamatuar bir hastalıktır1. Karotis arter bifurkasyonları hemodinamik değişikliklere eğilimlidir ve karotis plak oluşumuna yol açar. Karotis aterosklerozunun klinik prezentasyonu inme ve geçici serebral iskemi gibi akut veya tekrarlayan geçici serebral iskemi ve vasküler demans gibi kronik olabilir2. Mekanik olarak karotis plak, patolojik koşullar altında farklı damar duvarı hücreleri ve çeşitli kan hücreleri arasındaki etkileşimin sonucudur. Bu nedenle, fizyolojik ve patolojik koşullar altında karotis damarlarının tek hücreli atlasının ortaya çıkarılması, karotis plak gelişiminin önlenmesi ve tedavisi için özellikle önemlidir.
Tek hücreli RNA dizilimi, ultra yüksek çözünürlüğü ve aynı hücre tipi organizmalardan hücre heterojenliğinin tespiti nedeniyle biyolojik araştırmaların en güçlü teknolojilerinden biridir 3,4. Araştırmacılar, kardiyovasküler hastalık5 ve kanser6 gibi birçok alanda araştırma yapmak için tek hücreli RNA dizilimini kullandılar. Bununla birlikte, dokuları hızlı ve doğru bir şekilde tek hücrelere ayırmak hala ana zorluklardan biridir. Enzimatik ayrışma, baskın olarak kollajenaz, papain, tripsin, DNaz ve hyaluronidaz içeren yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Spesifik olarak, kollajenazlar, tek hücreli sindirim için ana enzim türleridir ve esas olarak bağ dokularındaki kollajen bileşenlerini hidrolize eder. Meme bezi7, glomerulus8, iridokorneal açı9, diz eklemi10, aort11 ve akciğer12 gibi farklı dokuların ayrışması için farklı kollajenaz tipleri uygulanabilir. Farklı dokuların benzersiz fizyolojik özellikleri nedeniyle, aynı yöntemi kullanarak ayrışma, düşük hücre canlılığı, düşük hücre sayısı ve büyük hücre kalıntıları gibi tek hücrelerin elde edilmesinde birçok soruna neden olabilir. Bu nedenle, farklı dokular için sindirim yöntemlerinin icadı, yüksek kaliteli tek hücreli süspansiyonların hazırlanması için gereklidir.
Bu protokol, vahşi tip farelerin karotis arterinin tek hücreli bir süspansiyonunu hazırlamak için iki aşamalı bir hücre sindirim yöntemi geliştirmeyi amaçlamaktadır. Karotis arterin özelliklerine göre, fare karotis arterinin yüksek kaliteli tek hücreli bir süspansiyonunu elde etmek için kollajenaz / DNazı tripsin ile birleştirdik çünkü kollajenaz, tripsin tarafından daha fazla sindirilen karotis dokularının kollajenini hidrolize edebilir. Hücre canlılığını ve konsantrasyonunu tespit etmek için akridin turuncu/propidyum iyodür (AO/PI) çift floresan sayımı kullanıldı ve tek hücreli süspansiyonun, hücrelerin canlılığı ile tek hücreli dizileme gereksinimlerini karşıladığı, hücrelerin %85'in üzerinde canlılığı ve yüksek hücre konsantrasyonu olduğu bulundu. Tek hücreli veri işlemeden sonra, sindirimden sonra normal fare karotis arterlerinde vasküler düz kas hücreleri (VSMC'ler), fibroblastlar, endotel hücreleri (EC'ler) ve makrofajlar ve dendritik hücreler (Mφ / DC'ler) dahil olmak üzere dört hücre tipi tanımlandı. Bu protokolün avantajları şunlardır: 1) karotis arterdeki çoklu hücre tipleri tanımlanabilir, 2) hücre canlılığı iyi korunur ve 3) özel ekipman olmadan kolayca tekrarlanabilir. Bu protokol, fare karotis arterlerinin tek hücreli multiomiklerini incelemek isteyen araştırmacılar için uygundur. Bu protokol, uygun modifikasyonlarla diğer kan damarlarının ayrışmasında da yardımcı olabilir.
Aşağıda açıklanan tüm hayvan prosedürleri, Soochow Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi tarafından onaylanmıştır.
1. Reaktifler ve malzeme hazırlama
2. Ekipman hazırlığı
3. Fare karotis arterinin izolasyonu
4. Karotis arterin tek hücreli süspansiyona sindirilmesi
5. Hücre süspansiyon muayenesi ve tek hücreli RNA dizilimi
Bu protokol, fare karotis arterlerinin tek hücreli bir süspansiyonunu hazırlamak için iki aşamalı bir hücre sindirim yöntemini açıklar (Şekil 1). Bu iki aşamalı hücre sindirim yöntemi, tek hücreli dizileme için yüksek kaliteli tek hücreli süspansiyonlar elde etmek üzere fare karotis vasküler duvarını etkili bir şekilde ayırmak için kollajenaz/DNazı tripsin ile birleştirir. Ayrışmadan sonra, hücre konsantrasyonu ve hücre canlılığı otomatik bir hücre sayacı tarafından hesaplandı. Parlak alan, sindirimden sonra karotis vasküler hücrelerin morfolojisini gösterdi ve AOPI çift floresan boyama aynı anda hücre canlılığını tespit etti (Şekil 2A, B). Özellikle, tek başına ayrışma reaktifi A'nın kullanılmasıyla karşılaştırıldığında, karotis arter dokusu, ayrışma reaktifi B ile birleştirildiğinde daha kapsamlı bir şekilde ayrışabilir. Ayrıca, dokuz arterin canlı bir hücre sayısını bulduk ve ortalama hücre çapı, iki aşamalı hücre sindiriminden sonra tek hücre diziliminin gereksinimlerini karşıladı (Şekil 2C). Bu arada, dokuz sol karotidden toplam 176.000 tek hücre toplandı ve çoğu vasküler damar, yüksek canlılığa sahip tek hücrelere ayrıldı (Şekil 2C).
Hizalama, filtreleme, barkod sayımı ve UMI sayımından sonra, tek hücreli dizilemenin ham verileri R paketi Seurat ile analiz edildi. Hücre başına genlerin dağılımı, hücre başına UMI ve hücre başına mitokondriyal okumalar keman grafiklerinde gösterilmiştir (Şekil 3A-C). Özellikle, her karotis arter hücresinde hücre başına ~ 2500 transkript medyanı tespit edildi. Düşük kaliteli hücreler çıkarıldıktan sonra, 14.580 hücre tespit edildi ve aşağı akış tek hücreli RNA-seq analizi için kullanıldı. Benzer profillere sahip 2000 değişken gen kullanılarak, denetimsiz Seurat tabanlı kümeleme, sindirimden sonra normal fare karotis arterlerinde VSMC'ler (% 74.0), fibroblastlar (% 16.5), EC'ler (% 6.5) ve Mφ / DC'ler (% 3.0) dahil olmak üzere dört ana hücre tipi gösterdi (Şekil 3D-F).

Şekil 1: Fare karotis arter sindiriminin şematik diyagramı. Fare karotis arteri izole edildikten ve kesildikten sonra, fare karotis arterini ayrıştırmak için 500 μL ayrışma reaktifi A eklendi. Hücre süspansiyonu filtrelendiğinde ve santrifüjlendiğinde, tek hücreli bir süspansiyon elde etmek için daha fazla ayrışma için 200 μL ayrışma reaktifi B eklendi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Fare karotis arterinden tek hücreli süspansiyon preparatı . (A) Ayrışma reaktifi A ile 1 saatlik sindirimden sonra karotis arter hücrelerinin hücre morfolojisi ve hücre canlılığı, parlak alan görünümünde ve AOPI boyamasında gösterilir. Yeşil floresan ile boyanmış çekirdekli hücreler canlı hücreler iken, kırmızı floresan ile boyanmış olanlar ölü hücrelerdir. Ölçek çubuğu = 100 μm. (B) İki aşamalı hücre sindiriminden sonra karotis arter hücrelerinin hücre morfolojisi ve hücre canlılığı, parlak alan görünümünde ve AOPI boyamasında gösterilir. Yeşil floresan ile boyanmış çekirdekli hücreler canlı hücreler iken, kırmızı floresan ile boyanmış olanlar ölü hücrelerdir. Ölçek çubuğu = 100 μm. (C) Hücre canlılığı, toplam hücre sayısı, canlı hücre sayısı ve ortalama hücre çapı, iki aşamalı hücre sindiriminden sonra ölçüldü. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: scRNA-seq ve karotis arterin hücre manzarası için standart kalite kontrol (QC) ölçümleri. (A) scRNA-seq verileri için hücre başına gen dağılımını (nFeature RNA), (B) hücre başına UMI (nCount_RNA) ve (C) hücre başına mitokondriyal okumaları (yüzde mt) gösteren keman grafikleri. (D) Karotis arterin tanımlanmış dört hücre tipini gösteren tek tip manifold yaklaşımı ve projeksiyonu (UMAP) grafiği. (E) D panelindeki her bir hücre kümesi türünü tanımlayan işaretçileri gösteren nokta grafiği. Her dairenin boyutu, her bir transkripti ifade eden grup içindeki hücre oranını gösterir. Mavi noktalar yüksek oranda eksprese edilen genleri, gri noktalar ise düşük ekspresyonlu genleri gösterir. (F) Yabani tip farelerin (WT) scRNA dizisi tarafından tespit edilen dört hücre tipinin nispi bolluğunu gösteren yığılmış çubuk grafiği. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Burada, kollajenaz / DNaz ve tripsinin sindirim sürecini entegre eden iki aşamalı bir sindirim yönteminin oluşturulduğu vahşi tip farelerin karotis arterinden yüksek kaliteli tek hücreli bir süspansiyonun hazırlanması için ayrıntılı bir protokol sunuyoruz. Tek hücreli süspansiyonun kalite kontrolünden sonra, hücrelerin %85'in üzerinde canlılığı ve yüksek hücre konsantrasyonu ile tek hücreli dizileme gereksinimlerini karşıladığını gördük. Ayrıca, tek hücreli veri işlemeden sonra VSMC'ler, fibroblastlar, EC'ler ve Mφ/DC'ler dahil olmak üzere karotis arterdeki çeşitli hücre tipleri başarıyla tespit edildi.
Karotis tek hücreli süspansiyonların hazırlanması için mevcut yöntemler hala azdır. Depuydt ve ark. kollajenaz, DNaz, İnsan Albümin Fraksiyonu V ve Flavopiridol'ü 37 °C'de 30 dakika15 birleştirerek insan karotis plaklarından tek hücreli bir süspansiyon elde etti. Floresanla aktive edilen hücre sıralamasından sonra, endotel hücreleri, düz kas hücreleri, mast hücreleri, B hücreleri, miyeloid hücreler ve T hücreleri 15 dahil olmak üzere14 farklı hücre popülasyonu tanımladılar. Ayrıca, araştırmacılar 37 ° C'de %0.25 tripsin-EDTA ve %0.1 kollajenaz kullanarak sıçan ortak karotis arterlerini sindirdiler ve tek hücreli RNA dizilimini başarıyla gerçekleştirdiler16. Hem normal hem de deneysel karotis arterlerde VSMC'ler, fibroblastlar, EC'ler, geçiş hücreleri ve makrofajlar dahil olmak üzere beş hücre tipi tanımlanmıştır16. Ek olarak, karotis arterin EC ile zenginleştirilmiş tek hücreli preparatlarının elde edilmesi için bir protokol de oluşturulmuştur17. Luminal enzimatik sindirimi tamamladıktan sonra, karotis arter yıkaması, scRNAseq ve scATACseq17 için yeterli tek hücreli peletler elde edecektir. Sindirim süresini esnek bir şekilde kontrol etmek için, fare karotis arterleri için doku ayrışması ve tek hücreli süspansiyon hazırlama adımlarını ayıran iki aşamalı bir sindirim yöntemi geliştirdik. İşlem 1 saat boyunca 125 CDU / mL kollajenaz II ve 60 U / mL DNaz I ile başlar, ardından 5 dakika boyunca EDTA içermeyen tripsin ile devam eder. Önemli bir şekilde, kan damarlarının özelliklerine bağlı olarak diğer kan damarı dokularının sindirimi için yöntemin herhangi bir adımını uygun şekilde değiştirebiliriz.
Açıklanan yöntemin bazı sınırlamaları vardır. İlk olarak, bu yöntemin in vitro birincil hücre kültürü için kullanılıp kullanılamayacağını bilmiyoruz. Karotis arter duvarı daha ince ve daha az hücreye sahip olduğundan, in vitro kültürleme ve genişletme zordur. İkincisi, diğer sindirim yöntemlerinden farklı olarak, bu protokol sindirim sırasında hücreleri ayırmak için nazik pipetleme gerektirir. Çalkalanan bir su banyosu da kaliteli bir tek hücreli süspansiyona neden olabilir. Üçüncüsü, yöntemimiz normal karotis arterlere uygulanabilir olduğundan, karotis plağının sindirimi için uygun olup olmadığı araştırılmaya devam etmektedir.
Sonuç olarak, vahşi tip farelerin karotis arterinden yüksek kaliteli tek hücreli bir süspansiyon elde etmek için iki aşamalı bir sindirim yöntemi tasarladık. Bu protokol, küçük değişikliklerle diğer damarlar için tek hücreli süspansiyonlar hazırlamak için kullanılabilir, bu da onu kardiyovasküler araştırmalarda çok yardımcı kılar.
Yazarların ifşa edecek herhangi bir çıkar çatışması yoktur.
Bu çalışma, Çin Doğa Bilimleri Vakfı'ndan (82070450'den CT'ye ve 82170466'dan NZ'ye) ve Çin Doktora Sonrası Bilim Vakfı'nın (7121102223'den FL'ye) burslarıyla desteklenmiştir.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| % 0.25 EDTA içermeyen tripsin | Beyotime | C0205 | 1 mL %0.25 EDTA içermeyen tripsini 1 mL 1x PBS'ye seyreltin. |
| % 0.9 NaCl salin çözeltisi | Beyotime | ST341 | Heparin sodyum çözeltisini 10 mg / mL'lik bir nihai konsantrasyona seyreltin |
| 1 mL şırınga& | nbsp; SKJYLEAN | sk-r009 | Kardiyak perfüzyon yapmak için |
| 1.5 mL santrifüj tüpleri | KIRGEN | KG2211W | Doku parçasını ve hücre süspansiyonunu santrifüjlemek için |
| 20 mL şırınga | SKJYLEAN | sk-r013 | Kardiyak perfüzyon |
| yapmak için 40 & m hücre süzgeci | JETBIOFIL | css010040 | Sindirilmemiş doku parçalarını filtrelemek için |
| AO/PI kiti | Hengrui Biyolojik | RE010212 | Hücrenin canlı mı yoksa ölü mü olduğunu belirlemek için |
| Otomatik hücre sayacı | Countstar | Mira FL | Sindirilmiş karotis vasküler hücrelerin hücre morfolojisini ve hücre canlılığını analiz etmek için |
| Cell Ranger yazılımı | 10 kez; Genomik | 3.0.2 | Krom tek hücreli RNA-seq çıktısını işlemek ve kümeleme ve gen ekspresyon analizi yapmak için |
| Krom Tek Hücreli 3'Reaktif Kitleri v3 | 10& kez; Genomik | 1000075 | Tek hücreli süspansiyonun tek hücreli RNA-seq kitaplıklarını hazırlamak için |
| Kollajenaz II | Sigma-Aldrich | C6885 | HBSS ile 125 CDU/mL nihai konsantrasyona seyreltin |
| Deoksiribonükleaz I | Worthington | LS002140 | HBSS ile 60 U/mL nihai konsantrasyona seyreltin |
| Fetal sığır serumu | HyClone | SH30088.03 | Sindirim reaksiyonunun sonlandırılması |
| Hank'in dengeli tuz çözeltisi | Gibco | 14175095 | Oda sıcaklığında saklayın |
| Heparin sodyum tuzu | Solarbio Life Science | H8060 | % 0.9 NaCl ile 10 mg / mL'lik bir nihai konsantrasyona seyreltin |
| Mikrosantrifüj | Thermo Fisher Bilimsel | 75002560 | Dokuları ve hücre peletlerini küçültmek için uygulanır |
| NovaSeq 6000 | Illumina | N/A | Sequencer |
| Fosfat tamponlu salin | Solarbio Life Science | P1000 | Kardiyak perfüzyon ve hücrelerin yeniden süspansiyonu için kullanılır |
| Seurat paketi- R | Satija Lab | 3.1.2 | scRNA dizileme verilerinin boyutsallığının azaltılması, görselleştirilmesi ve analizi için |
| Altı kuyulu hücre kültürü plakaları | NEST | 703002 | Vasküler dokuyu yerleştirin |
| Su banyosu | Jinghong | DK-S22 | Sindirim sıcaklığını 37 ° C'de tutun; Ç |