Mevcut protokol, fare embriyolarının E13.5 ve E15.5 kraniofasiyal bölgelerinden formalin sabitli, parafinle gömülü kesitlerin kullanılmasını ve mekansal transkriptomik kullanarak farklı gen ifade profillerini analiz etmesini açıklamaktadır.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Mevcut protokol, fare embriyolarının E13.5 ve E15.5 kraniofasiyal bölgelerinden formalin sabitli, parafinle gömülü kesitlerin kullanılmasını ve mekansal transkriptomik kullanarak farklı gen ifade profillerini analiz etmesini açıklamaktadır.
Gelişen diş, doğru form ve işlevi korumak için birlikte çalışan çeşitli ve son derece uzmanlaşmış hücre popülasyonlarından oluşur. Bu hücreler ve çevresindeki mikro ortamlar arasındaki etkileşimleri aydınlatmak, normal diş gelişiminin altında yatan düzenleyici mekanizmaları anlamak için kritik öneme sahiptir. Bu süreçlerdeki bozulmalar, diş agenezi, dentinogenezis imperfecta ve amelogenesis imperfecta gibi doğuştan gelen bozukluklara yol açabilir. Tek hücreli RNA dizileme (scRNA-seq) sayesinde hücresel heterojenliği ortaya koymada önemli ilerleme sağlanmasına rağmen, dokular içindeki hücrelerin mekansal bağlamını korumaz ve gen ifadesini doku mimarisiyle ilişkilendirme yeteneğini sınırlar. Mekânsal transkriptomik teknolojiler, yüksek çözünürlüklü gen ekspresyonu profilini doğal doku mimarisinin korunmasıyla entegre ederek bu sınırlamayı giderir ve moleküler imzaların yerinde lokalizasyonunu mümkün kılar. Burada, fare embriyonik kraniofasiyal dokunun toplanması, fiksasyonu ve parafin gömülmesi için adım adım bir protokolü tanımlıyoruz; bu protokol aşağı akış mekansal transkriptomik uygulamalar için uygundur. İş akışı, formalin sabitli, parafinli dokunun optimize edilmiş kesitlenmesi ve işlenmesini detaylandırır; böylece yüksek çözünürlüklü mekansal analiz için RNA bütünlüğü ve doku morfolojisi korunur. Bu yöntem, dizileme ve görüntü tabanlı uzamsal transkriptomik platformlarla uyumludur ve fare embriyolarında erken diş morfogenezinin tekrarlanabilir mekansal transkriptomik profillenmesini sağlar. Bu yaklaşım, hem gelişimsel hem de patolojik durumlarda kraniofasiyal yapıların mekansal organizasyonu ve fonksiyonel dinamikleri hakkında güçlü içgörüler sunar ve moleküler mekanizmaların doku morfolojisine bağlanması için kritik bir çerçeve sunar.
Diş gelişimi, erken embriyonik büyüme sırasında morfogenetik süreçlerin son derece koordineli bir dizisinedayanır 1,2,3,4. Genetik ve gelişimsel çalışmalarla birçok temel gen ve sinyal yolu tespit edilmiş olsa da, bu faktörlerin bireysel kraniofasiyal yapıları şekillendirmek için nasıl etkileştiğine dair anlayışımız sınırlıdır. Özellikle, belirli genetik varyantların hem sindromik hem de sindromik olmayan diş hastalıklarıyla ilişkilendirilmesinde önemli ilerlemelere rağmen, yapıya özgü morfogenezi temel alan ayrıntılı moleküler mekanizmalar hâlâ tam olaraktanımlanmamıştır 1,2,3,4. Bu bilgi boşluğu, diş anestezi veya diğer diş aberrasyonları için hedefli tedavi stratejilerinin ilerlemesini sınırlamaya devam etmektedir.
Tek hücreli mRNA dizileme (scRNA-seq), sağlıklı ve hasta dokularda daha önce tanınmayan hücre tiplerinin keşfedilmesini ve farklı gen ifade profillerine dayalı çoklu hücre alt tiplerinin tanımlanmasını mümkün kıldı. Ancak, scRNA-seq dokuların tek hücrelere ayrılmasını gerektirdiğinden, her hücrenin doku içindeki orijinal mekansal konumuna dair bilgiler kaybolur. Sonuç olarak, bu veri setleri hücrelerin dokumimarisine göre nasıl düzenlendiğini yakalamaz. 5,6,7. Ayrıca, tahmin edilen hücre-hücre etkileşimleri, transkriptlerin tamamlayıcı etkileşimlerinin varlığına dayanır, ancak gerçek mekansal bilgiyi hesaba katmaz; bu bilgiler bu tür etkileşimlerin in vivo 5,6,7 olup olmadığını belirlemek için önemlidir.
Mekansal transkriptomik teknolojisi, dokubölümleri 8,9 içinde mekansal bilgiyi korurken gen ifadesinin yüksek verimli profillenmesini sağlar. Mekansal transkriptomik teknolojileri ya görüntüleme tabanlı 10,11,12 ya da dizileme tabanlı 12,13 (12,13) olabilir. Görüntüleme odaklı mekansal transkriptomik yaklaşımlar, hedeflenen gen ifadesini hücresel veya hücresel altı uzamsal hassasiyetle tespit etmek ve ölçmek için FISH kullanır. Buna karşılık, dizileme tabanlı teknolojiler, transkriptom genelinde gen ifadesini daha düşük mekansal çözünürlükte yakalar. Dizileme tabanlı mekansal transkriptomik, tüm transkriptom kapsamıyla neredeyse tek hücre çözünürlüğü elde etme stratejisi (~20.000 gen) kullanır; bu da tarafsız keşif analizlerini desteklerken, görüntü tabanlı mekansal transkriptomik gen panellerini (~5.000 gene kadar) hedef alır ve belirli yolların ve hücresel etkileşimlerin hassas hipotez tabanlı analizinisağlar 14.
Mekânsal transkriptomikteki teknolojik gelişmeler, korunan doku mimarisi içinde gen ifadesinin analizini mümkün kılmaktadır. Formalin sabitli parafin-gömülü (FFPE) ve kriyoseksiyon tabanlı iş akışları, mekânsal transkriptomik için tamamlayıcıyaklaşımlar sunar 15,16,17. FFPE, doku mimarisinin üstün korumasını sağlar ve gelişen dişler ve damak rafları gibi yapısal olarak karmaşık dokularda gen ifadesinin doğru mekansal haritalanmasını sağlar. Bizim ve diğerlerinde FFPE fiksasyonu ve arşivleme, son derece doğru ve tekrarlanabilir mekansal transkriptomik verilerelde etti 18. Kriyoseksiyon iş akışları RNA bütünlüğünü korur ancak doku bozulmasına dahayatkındır 18. Bu nedenle, FFPE bu çalışma için seçildi. scRNA-dizimleme başarısı büyük ölçüde yüksek RNA bütünlüğünü korumaya bağlıdırken, mekansal transkriptomik ayrıca gen ifade sinyallerini belirli histolojik özelliklere doğru şekilde lokalize etmek için yüksek kaliteli doku morfolojisi gerektirir.
Bu protokol, ince doku mimarisinin korunmasının mekansal transkriptomik analiz için kritik olduğu erken gelişim aşamalarını kapsayan FFPE fare embriyonik kraniofasiyal dokuları için en uygundur. İş akışı, aşırı sabit örneklerde, kötü yönlendirilmiş parafin bloklarında veya RNA bütünlüğü bozulmuş dokularda muhtemelen optimal olmayan şekilde performans gösterir; bu da sinyal kalitesinin düşmesine ve mekansal çözünürlük kaybına yol açabilir. Bu yöntemin başarılı uygulanması, sağlam doku morfolojisi, minimum kesit bozulması ve histolojik özelliklerle uyumlu sağlam, mekansal olarak çözülen transkriptomik sinyallerle gösterilir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Tüm hayvan prosedürleri, Ulusal Sağlık Enstitüleri, Ulusal Çocuk Sağlığı ve İnsan Gelişimi Hayvan Bakımı ve Kullanım Komitesi (ACUC) tarafından Hayvan Çalışması Protokolü #21-031 kapsamında onaylanmıştır.
1. Deneysel hayvanın hazırlanması ve doku toplanması
2. Dokunun fiksasyonu ve işlenmesi
3. Mekansal transkriptomik için FFPE dokusunun işlenmesi
4. Dizileme tabanlı mekansal transkriptomik
5. Görüntü tabanlı mekansal transkriptomik
NOT: Slaytlar üretici20 tarafından sağlanmıştır; her biri 12 mm × 24 mm ölçülerinde belirlenmiş bir görüntülenebilir alan (kontur çizgileri) içerir ve mevcut örnek yerleştirme alanı yaklaşık 235 mm² (10,45 mm × 22,45 mm) idi.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu yöntem, yeni diseksiyon edilmiş fare embriyon başlarının işlenmesini ve gelişmekte olan diş dahil olmak üzere kraniofasiyal dokulardan FFPE örnekleri üretmesini ve mikrotomla kolayca kesitlenerek RNA bütünlüğünü korumasını öngörür (Şekil 1). Bu protokol, yüksek çözünürlüklü görüntü tabanlı (Şekil 2) ve dizileme tabanlı uzamsal transkriptomik (Şekil 3) bölgeleri için E13.5 (embriyonik gün 13.5), E...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu çalışmada, fare embriyonik başlarının FFPE bloklarının hazırlanması için yüksek çözünürlüklü uzamsal RNA görüntüleme platformlarıyla optimize edilmiş ayrıntılı bir protokol sunuyoruz; bunlar arasında dizileme ve görüntüleme tabanlı uzamsal transkriptomikler de bulunmaktadır. Bu protokolün temel hedeflerinden biri, özellikle gelişmekte olan kraniofasiyal bölgeye odaklanarak, tüm baş kesitlerinde hem doku morfolojisini hem de nükleik asit bütünlüğünü korumaktır. Bu koruma seviyesinin sa...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarların açıklamak zorunda kalacak bir çıkar çatışması yoktur.
Dr. Sergey L. Leikin, Dr. Elena Makareeva (Fiziksel Biyokimya Bölümü, NICHD/NIH) ve Dr. Jeremie Oliver Piña'ya (Kemik ve Diş Moleküler Biyolojisi Bölümü, NIDCR/NIH) deneylerin tasarımı ve teknik yardımıyla ilgili tavsiyeleri için içtenlikle teşekkür ediyoruz. Dizileme tabanlı uzamsal transkriptomik çalışması için teknik destek sağladıkları için Dr. Iben James ve Dr. Vivek Mahadevan'a (Moleküler Genomik Çekirdeği, NICHD/NIH) teşekkür ediyoruz. Dr. Gustaf Wigerblad'a (Sistemik Otobağışıklık Şubesi, Ulusal Artrit ve Kas-iskelet ve Cilt Hastalıkları Enstitüsü, NIAMS/NIH) görüntü tabanlı mekansal transkriptomik için teknik destek verdiği için teşekkür ederiz. Dr. Michael Kelly ve Dr. Jatinder Singh'e (CCR Tek Hücre Analiz Tesisi (SCAF), NCI/NIH) görüntü tabanlı mekânsal transkriptomik çalışması için teknik destek sağladıkları için teşekkür ederiz. NICHD hayvan tesisi personeline hayvancılık ve yetiştirme konusunda yardım eden teşekkürlerimizi sunarız. Şekil 1 BioRender.com kullanılarak oluşturulmuştur.
Mevcut el yazması, NIH/NIDCR [hibe, 1RO1DE033520] fonları tarafından M.B.'ye kadar desteklenmektedir. Fon sağlayıcıların çalışma tasarımı, veri toplama ve analizi, yayımlama kararı veya makalenin hazırlanması gibi konularda hiçbir rolü yoktu.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 1x PBS | Termo Fischer | 10010023 | Use iş akışı sırasında yıkama yapmak |
| 50 mL konik tüpler (Ambion) RNAse içermeyen | Termo Fischer | AM12502 | Farklı çözeltilerde örnekleri saklamak için kullanım |
| İleri yörünge sallayıcısı | VWR | 6683-470 | İnkubasyon sırasında fiksasyon çözeltisinde dokuları silkelemek için kullanılır |
| Alkol, %70, Fisherbrand, HistoPrep | Fisher Scientific | HC-1000-1GL | Tüm çalışma alanını temizlemek ve dezenfekte etmek için kullanılır |
| Otomatik vakum doku işlemci | Leica Biosystems | ASP300S | Numunelerin temizlenmesi, dehidrasyonu, yeniden hidrasyonu ve mum infiltrasyonu için kullanılır |
| Kaplama Camı Kalınlığı 1.5, 25 mm x 25 mm ve nbsp; | Corning | 2850-25 | Visium HD iş akışında sürgü montajı için kullanım |
| Dako Bluing Buffer, Kullanıma Hazır | Agilant Technologies | CS70230-2 | H& için kullanım E boyama |
| Eozin-Y ve floksin | Fisher Scientific | 22050198 | H& için kullanım E boyama |
| Hematoksilin, Mayer's, Kullanıma hazır sulu çözelti | Agilant Technologies | S330930-2 | H& için kullanım E boyama |
| HistoCore Su Banyosu | Leica Biosystems | HIS2326 | Bölümleri 40-43 derece ve derecede yüzdürmek için kullanılır; C FFPE bölümlerinden kırışıklıkları gidermek için |
| Loupe tarayıcı 9.0.0 | 10X Genomics, Inc. | Visium HD verilerini analiz etmek için kullanılır | |
| Düşük Profilli Tek Kullanımlık Bıçaklar DB80LX | Leica Biosystems | 14035843496 | FFPE bloklar bölümlerine almak için kullanın; |
| Nötr Tamponlu Formalin %10 | Azer Scientific | NBF-4-G | Dokuları düzeltmek için kullanın |
| RNaseZap RNase Dekontekromasyon Çözeltisi | Termo Fischer | AM9782 | RNase temizlemek ve çıkarmak için kullanılır |
| Yarı Otomatik Döner Mikrotom | Leica Biosystems | RM2245 | Kılavuzlarda bildirildiği gibi FFPE bloklarını kesimlendirmek için kullanın. |
| Kapaklı Kaydırma Isıtıcı | Premiere | XH2004 | Farklı sıcaklıklarda slaytların kuluçka aşamasında kullanımı |
| Superfrost Plus Slaytları | Fisher Scientific | 12-550-15 | Vsium HD için bölüm bağlamak için kullanılır |
| Cerrahi bıçak No. 11 | Integra Miltex | 4-311 | FFPE dokularının puanlanması için kullanım |
| Cerrahi Paraplast | Leica Biosystems | 39601006 | doku infiltrasyonu ve dokuların gömülmesi için kullanılır |
| TISsue kültürü TABAK 100X20MM 500/CS | Fisher Scientific | 877222 | 1x PBS'de örnekleri toplamak ve disseksiya etmek için kullanım |
| UltraPure Glycerol | Termo Fischer | 15514011 | CytAssist'ten önce coverglass'ın Visium HD sürgü montajı için kullanım |
| Visium CytAssist | 10X Genomics, Inc. | PN-1000442 | Visium HD iş akışı deneyleri için kullanım |
| Visium HD Uzaysal RNA dizileme | 10X Genomics, Inc. | 1000676 | Mekansal transkriptomik deneyler yapmak için kullanım |
| Ksenyum 5K Yerinde RNA Yerelleştirmesi | 10X Genomics, Inc. | PN-1000724 | Mekansal transkriptomik deneyler yapmak için kullanım |
| Ksenyum Analizörü | 10X Genomics, Inc. | PN-1000481 | Xenium ve Xenium 5K RNA görüntüleme uygulamak; |
| Xenium Explorer 4 | 10X Genomics, Inc. | Xenium verilerini analiz etmek için kullanılır | |
| Ksenyum In Situ RNA Lokalizasyonu | 10X Genomics, Inc. | 1000672 | Mekansal transkriptomik deneyler yapmak için kullanım |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.