RNA配列決定およびTH-プロモーター駆動EGFP発現を使用して中脳培養における生活ドーパミン作動性ニューロンの信頼性の高い同定
Summary
パーキンソン病（PD）では、黒質（SNC）ドーパミン作動性ニューロンは、運動機能障害につながる、退化します。ここでは、チロシンヒドロキシラーゼ（TH）プロモーター配列によって駆動されるeGFPを発現するマウスから腹側中脳の神経細胞を培養する培養物から個々の蛍光ニューロンを収穫し、RNA-seqのを使用して、それらのトランスクリプトームを測定するためのプロトコルを報告しています。
Abstract
パーキンソン病（PD）で動作緩慢、硬直、振戦につながるのSNcにおけるドーパミン作動性ニューロンの顕著な変性と脳全体広まっ神経細胞の損失があります。蛍光マーカーを使用して、プライマリ腹側中脳（VM）の文化に住んでドーパミン作動性ニューロンの同定は、固定した細胞の免疫染色に頼ることなく、これらのニューロンの選択的脆弱性を研究するための代替方法を提供します。ここでは、単離、解離、および培養マウスVMニューロン3週間。私たちは、その後、（チロシンヒドロキシラーゼ（TH）プロモーターによって駆動される）eGFP蛍光を用いて、培養物中のドーパミン作動性ニューロンを識別します。個々のニューロンは、ガラスマイクロピペットを用いて、マイクロ遠心チューブに回収します。次に、我々は、採取した細胞を溶解し、単一細胞RNA-のSeqライブラリ1、2を生成するために、cDNA合成およびトランスポゾン媒介」tagmentation」を実施しますお尻= "外部参照"> 3、4、5。品質管理チェックを通過した後、単一細胞ライブラリーを配列決定され、その後の分析は、遺伝子発現を測定するために行われます。私たちは、個々のドーパミン作動性および中脳培養物から単離しGABA作動性ニューロンのためのトランスクリプトームの結果を報告します。私たちは、収穫し、配列決定したライブTH-EGFP細胞の100％がドーパミン作動性ニューロンであったことを報告しています。これらの技術は、神経科学および分子生物学において広範な用途を持つことになります。
Introduction
パーキンソン病（PD）は、不治の、年齢関連神経変性疾患です。この比較的一般的な障害の原因はよくわかっていないままです。脳全体広まっニューロンの損失は緩慢、硬直及び振戦の診断臨床的特徴につながる、黒質におけるドーパミン作動性ニューロンの顕著な神経変性（SNC）と、があります。
SNCドーパミン作動性ニューロンを含む初代混合培養物は、パーキンソン病のために特に関連しています。腹側被蓋領域（VTA）ドーパミン作動性ニューロンは報酬と中毒に関与しています。腹側中脳（VM）の一次混合胚の培養は、SNCとVTAのドーパミン作動性（DA）ニューロン及びGABA作動性ニューロンの両方を含みます。 VM初代培養物は、神経保護アッセイに有用であることができ、ドーパミン作動性ニューロンの選択的脆弱性を明らかにすること。形態に基づいて、培養中のドーパミン作動性細胞を同定する信頼できる方法はありません。彼再我々は特定し、収穫単一ドーパミン作動性ニューロンを、および単一セル、高収量RNAシーケンシングライブラリーを構築するための技術を開発します。
我々は、単一のドーパミン作動性および中脳培養物から単離しGABA作動性ニューロンのための代表的なRNAトランスクリプトームデータを報告しています。このプロトコルは、DA / GABAのトランスクリプトームの様々な治療の効果を研究するため、神経保護、神経変性、および薬理学的アッセイのために使用することができます。ドーパミン作動性ニューロンは、一次VM培養で発現したニューロンの少数を代表しているので、確実に生きている培養物中のこれらのニューロンを同定する能力は、単一細胞研究の強化された範囲を可能にします。これらの新規の技術は、細胞レベルで起こるメカニズムの理解の進歩を促進し、他の場所で神経科学と分子生物学の分野での用途を有することができます。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここでは、単一細胞RNA-seqの各セルを研究、蛍光タグを使用して、不均一な集団から単一細胞を単離。私たちは、私たちが収穫し、配列決定し、ライブTH-EGFP細胞の100％は、次の3つのDA関連遺伝子の転写産物、TH、DDCおよびSLC6A3の存在に基づいて、実際にドーパミン作動性ニューロンであったことを報告しています。 RNA-のSeqによって評価されるように、TH-EGFP陽性細胞のすべては、これらの3つ?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by grants from the U.S. National Institutes of Health (DA017279, AG033954, DA037743), the Michael J. Fox Foundation, and the Caltech Innovation Initiative funding the Millard and Muriel Jacobs Genetics and Genomics Laboratory at the California Institute of Technology. We thank Brian Williams for optimising the RNA-Seq library protocol and for providing assistance. We thank Henry Amrhein for computational training. We thank Barbara J. Wold for the use of her equipment and laboratory space. We thank Igor Antoshechkin for library sequencing, and for facility management.
Materials
| Papain | Worthington Biochemical Corporation | LS003126 | |
| Hanks’ Balanced Salt Solution (HBSS), 1X | Gibco | 14175-095 | |
| Donor Equine Serum | Thermo Scientific | SH30074.03 | |
| Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma | A7030-50G | |
| Medium: Neurobasal medium | Gibco | 21103-049 | |
| Culture media that contains a stabilized form of L-glutamine, L-alanyl-L-glutamine: GlutaMAX | Gibco | 35050-061 | 0.5 mM final concentration. |
| L-Ascorbic acid | Sigma | A7506 | |
| B27 | Gibco | 17504-044 | 50 X stock solution, 1 X final concentration. |
| 35 mm glass bottom dishes | MatTek | P35GC-1.5-10-C | |
| Poly-L-Ornithine | Sigma | P4957 | |
| Laminin | Sigma | L2020 | Stored at -20°C in 20 µL aliquots |
| Deoxyribonuclease I (DNase) | Sigma | DN25 | |
| Blue pipette tips | Sorenson Bioscience, | Inc. 10130 | |
| P1000 | |||
| 10 mm shallow Petri dish | VWR | 25384-324 | |
| 37°C Water bath | |||
| 37°C, 5% humidity incubator | |||
| 16% paraformaldehyde (PFA) | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
| Triton X-100 | Sigma | X100-500ML | |
| Donkey serum | Equitech | SD-0100HI | 100% stock solution, 1% final concentration. |
| Standard Pattern surgical scissors | Fine Science Tools | 14000-14 | |
| Forceps – 2×3 teeth | Fine Science Tools | 11022-14 | |
| Forceps – Dumont #55 | Fine Science Tools | 11295-51 | |
| Forceps – Dumont #5 | Fine Science Tools | 11252-23 | |
| 10X PBS, pH 7.4 | Gibco | 70011-044 | |
| Dulbecco's Phosphate Buffered solution (DPBS) 1X | Gibco | 14190-144 | 500 ml |
| 21 guage needle | BD PrecisionGlide Needle | 305167 | 100 needles |
| Micropipette puller | Sutter Instrument. | model P-87 | |
| Micromanipulator | Sutter Instrument | MP-285 | |
| Sequencing Kit: SMARTer Ultra Low RNA Kit for Illumina Sequencing | Clontech | 634936 | 100rnxs,incl Advantage2PCR Kit |
| oligonucleotide (12 µM): SMARTer IIA oligonucleotide (12 µM) | From the SMARTer Kit | ||
| Reverse transcriptase (100 units) | SMARTcribe reverse transcriptase | From the SMARTer Kit | |
| Primer 1 | 3’ CDSIIa primer | From the SMARTer Kit | |
| Primer 2 | IS PCR primer | From the SMARTer Kit | |
| 50X 2 polymerase mix | 50X Advantage 2 polymerase mix | From the SMARTer Kit | |
| 10X PCR buffer | 10X Advantage 2 PCR buffer | From the SMARTer Kit | |
| RNA Spikes | ThermoFisher | 4456740 | |
| PCR cooler rack | IsoFreeze PCR cooler rack. | ||
| DNA Sample Preparation Kit | (Illumina/Nextera) Nexter | FC-121-1030 | 24 Samples |
| PCR master mix | Nextera PCR master mix (NPM) | From the Nextera Kit | |
| PCR primer cocktail (PPC) | Nextera PCR primer cocktail (PPC) | From the Nextera Kit | |
| Fluorometer | The Qubit ThermoFisher | Q33216 | |
| HS DNA BioAnalyzer kit | Agilent | 5067-4626 | 110rxns |
| Electrophoresis system | Agilent 2100 Bioanalyzer. | G2938C | |
| Magnetic beads: Agencourt AMPure | Beckman Coulter | A63880 | 5ml |
| RNAse wipe: RNAse Zap wipes | Ambion | AM9786 | Size 100 Sheets |
| Qubit ds HS Assay Kit | Molecular probes | Q32854 | 500 assays |
| Gel extraction kit: Qiaquick Gel Extraction Kit | Qiagen | 28704 | |
| Glass capillary tubing | (Kimax-51, 1.5–1.8 mm o.d.) | ||
| Microforge | Narishige (or equivalent) | ||
| Sequencer | Illumina HiSeq instrument | ||
| GENSAT tyrosine hydroxylase-eGFP mouse strain | MMRRC stock number: 000292-UNC | Stock Tg(Th-EGFP)DJ76Gsat/Mutant Mouse Regional Research Center |
Referenzen
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