Summary

Encellede transkriptom analyser af mus i bugspytkirtlen endokrine celler

Published: September 30, 2018
doi:

Summary

Vi beskriver en metode til isolering af endokrine celler fra embryonale, neonatal og postnatal bugspytkirtel efterfulgt af encellede RNA sekventering. Denne metode giver mulighed for analyser af pancreas endokrine lineage udvikling, celle heterogenitet og transkriptom dynamik.

Abstract

Pancreas endokrine celler, der er grupperet i Holme, regulere blod glucose stabilitet og energimetabolisme. De forskellige celletyper i Holme, herunder insulin-secernerende β celler, er adskilt fra fælles endokrine stamfaderen under fosterstadiet. Umodne endokrine celler udvide via celleproliferation og modne i en lang postnatal udviklingsmæssige periode. Mekanismerne bag disse processer er imidlertid ikke klart defineret. Encellede RNA-sekventering er en lovende tilgang til karakterisering af forskellige cellepopulationer og spore celle lineage differentiering veje. Her, beskriver vi en metode til enkelt celle RNA-sekventering af isolerede pancreas β celler fra embryonale, neonatal og postnatal bugspytkirtel.

Introduction

Bugspytkirtlen er en vitale metaboliske organ i pattedyr. Bugspytkirtlen er sammensat af endokrine og eksokrine rum. Pancreas endokrine celler, herunder insulin-producerende β celler og glukagon-producerende α celler, klynge sammen i Holme i Langerhanske og regulere coordinately systemisk glukose homøostase. Dysfunktion af endokrine celler resultater i diabetes mellitus, som er blevet et stort folkesundhedsproblem på verdensplan.

Pancreas endokrine celler er afledt af Ngn3+ progenitorceller under embryogenese1. Senere, i den perinatale periode, de endokrine celler formere sig til form umodne Holme. Disse umodne celler vedbliver med at udvikle og efterhånden modne Holme, som bliver rigt vaskulariserede for at regulere blod glukose homøostase i voksne2.

Selv om en gruppe af transcriptional faktorer er blevet identificeret som regulerer β Celledifferentiering, er præcise modning pathway af β-celler stadig uklart. Β celle modning processen indebærer endvidere også reguleringen af celle nummer ekspansion3,4 og generation af cellulære heterogenitet5,6. Dog har reguleringsmekanismer af disse processer ikke været godt undersøgt.

Encellede RNA-sekventering er en kraftfuld tilgang, der kan profilere celle delpopulationer og spore celle lineage udviklingsmæssige veje7. Drage fordel af denne teknologi, nøglen hændelser, der opstår under pancreas islet udvikling kan være tydet på én celle niveau8. Blandt de encellede RNA-sekventering protokoller, Smart-seq2 giver mulighed for generation af fuld længde cDNA med forbedret følsomhed og nøjagtighed, og brugen af referencereagenser på lavere omkostninger9. Smart-seq2 tager ca. to dage til at konstruere en cDNA bibliotek for sekventering10.

Her foreslår vi en metode til isolering af fluorescens-mærket β celler fra bugspytkirtel af føtal til voksen Ins1-RFP Transgene mus11, ved hjælp af fluorescens-aktiveret celle sortering (FACS), og udførelsen af transkriptom analyserer på den encellede niveau, ved hjælp af Smart-seq2 teknologi (figur 1). Denne protokol kan udvides til at analysere transcriptomes af alle i bugspytkirtlen endokrine celletyper i aging, normale og patologiske stater.

Protocol

Alle metoder beskrevet her er blevet godkendt af institutionelle Animal Care og brug udvalg (IACUC) af Peking Universitet. 1. bugspytkirtlen Isolation For E17.5 (embryonale dag 17,5) embryoner: Anslå embryonale dag 0,5 baseret på tidspunkt, da skeden stikket vises. Ofre de gravide mus af CO2 administration. Spray den abdominale pels med 70% alkohol. Lave en V-formet snit med en saks fra den genitale område strækker sig …

Representative Results

Bugspytkirtel var dissekeret fra embryonale, neonatal og postnatal mus (figur 2A og 2B). For mus ældre end postnatal dag 18 afhænger fordøjelsesfremmende effekt af graden af perfusion; injektionen er derfor det vigtigste skridt for Holmen isolation (figur 2 c-2E og tabel 6). Så meget collagenase blev sprøjtet som det var muligt at fylde bugspytkirtlen under…

Discussion

I denne protokol demonstrerede vi en effektiv og nem at bruge metode til at studere encellede udtrykket profiler af pancreas β celler. Denne metode kan bruges til at isolere endokrine celler fra embryonale, neonatal og postnatal bugspytkirtel og udføre encellede transkriptom analyser.

Den mest kritiske trin er isolering af enkelt β celler i god stand. Fuldt perfunderet bugspytkirtel reagerer bedre på efterfølgende fordøjelsen. Utilstrækkelig perfusion, som normalt opstår i den dorsale …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi takker det nationale Center for Protein videnskaber, Beijing (Peking University) og Peking-Tsinghua Center for Life Science Computing Platform. Dette arbejde blev støttet af Ministeriet for videnskab og teknologi i Kina (2015CB942800), National Natural Science Foundation of China (31521004, 31471358 og 31522036) og støtte fra Peking-Tsinghua Center for Life Sciences til C.-R.X.

Materials

Collagenase P Roche 11213873001
Trypsin-EDTA (0.25 %), phenol red Thermo Fisher Scientific 25200114
Fetal bovine serum (FBS) Hyclone SH30071.03
Dumont #4 Forceps Roboz RS-4904
Dumont #5 Forceps Roboz RS-5058
30 G BD Needle 1/2" Length BD 305106
Stereo Microscope Zeiss Stemi DV4
Stereo Fluorescence microscope Zeiss Stereo Lumar V12
Centrifuge Eppendorf 5810R
Centrifuge Eppendorf 5424R
Polystyrene Round-Bottom Tube with Cell-Strainer Cap BD-Falcon 352235
96-Well PCR Microplate Axygen PCR-96-C
Silicone Sealing Mat Axygen AM-96-PCR-RD
Thin Well PCR Tube Extragene P-02X8-CF
Cell sorter BD Biosciences BD FACSAria
Capillary pipette Sutter B100-58-10
RNaseZap Ambion AM9780
ERCC RNA Spike-In Mix Life Technologies 4456740
Distilled water Gibco 10977
Triton X-100 Sigma-Aldrich T9284
dNTP mix New England Biolabs N0447
Recombinant RNase Inhibitor Takara 2313
Superscript II reverse transcriptase Invitrogen 18064-014
First-strand buffer (5x) Invitrogen 18064-014
DTT Invitrogen 18064-014
Betaine Sigma-Aldrich 107-43-7
MgCl2 Sigma-Aldrich 7786-30-3
Nuclease-free water Invitrogen AM9932
KAPA HiFi HotStart ReadyMix (2x) KAPA Biosystems KK2601
VAHTS DNA Clean Beads XP beads Vazyme N411-03
Qubit dsDNA HS Assay Kit Invitrogen Q32854
AceQ qPCR SYBR Green Master Mix Vazyme Q121-02
TruePrep DNA Library Prep Kit V2 for Illumina Vazyme TD502 Include 5x TTBL, 5x TTE, 5x TS, 5x TAB, TAE
TruePrep Index Kit V3 for Illumina Vazyme TD203 Include 16 N6XX and 24 N8XX
High Sensitivity NGS Fragment Analysis Kit Advanced Analytical Technologies DNF-474
1x HBSS without Ca2+ and Mg2+ 138 mM NaCl; 5.34 mM KCl
4.17 mM NaHCO3; 0.34 mM Na2HPO4
0.44 mM KH2PO4
Isolation buffer 1 × HBSS containing 10 mM HEPES, 1 mM MgCl2, 5 mM Glucose, pH 7.4
FACS buffer 1 × HBSS containing 15 mM HEPES, 5.6 mM Glucose, 1% FBS, pH 7.4
NaCl Sigma-Aldrich S5886
KCl Sigma-Aldrich P9541
NaHCO3 Sigma-Aldrich S6297
Na2HPO4 Sigma-Aldrich S5136
KH2PO4 Sigma-Aldrich P5655
D-(+)-Glucose Sigma-Aldrich G5767
HEPES Sigma-Aldrich H4034
MgCl2 Sigma-Aldrich M2393
Oligo-dT30VN primer 5'-AAGCAGTGGTATCAACGCAGAGTACT30VN-3'
TSO 5'-AAGCAGTGGTATCAACGCAGAGTACATrGrG+G-3'
ISPCR primers 5'-AAGCAGTGGTATCAACGCAGAGT-3'
Gapdh Forward primer 5'-ATGGTGAAGGTCGGTGTGAAC-3'
Gapdh Reverse primer 5'-GCCTTGACTGTGCCGTTGAAT-3'
Ins2 Forward primer 5'-TGGCTTCTTCTACACACCCA-3'
Ins2 Reverse primer 5'-TCTAGTTGCAGTAGTTCTCCA-3'

References

  1. Gu, G., Dubauskaite, J., Melton, D. A. Direct evidence for the pancreatic lineage: NGN3+ cells are islet progenitors and are distinct from duct progenitors. Development. 129 (10), 2447-2457 (2002).
  2. Oliver-Krasinski, J. M., Stoffers, D. A. On the origin of the beta cell. Genes & Development. 22 (15), 1998-2021 (1998).
  3. Dor, Y., Brown, J., Martinez, O. I., Melton, D. A. Adult pancreatic beta-cells are formed by self-duplication rather than stem-cell differentiation. Nature. 429 (6987), 41-46 (2004).
  4. Smukler, S. R., et al. The adult mouse and human pancreas contain rare multipotent stem cells that express insulin. Cell Stem Cell. 8 (3), 281-293 (2011).
  5. Dorrell, C., et al. Human islets contain four distinct subtypes of beta cells. Nature Communications. 7, 11756 (2016).
  6. Bader, E., et al. Identification of proliferative and mature beta-cells in the islets of Langerhans. Nature. 535 (7612), 430-434 (2016).
  7. Saliba, A. E., Westermann, A. J., Gorski, S. A., Vogel, J. Single-cell RNA-seq: Advances and future challenges. Nucleic Acids Research. 42 (14), 8845-8860 (2014).
  8. Qiu, W. L., et al. Deciphering pancreatic islet beta cell and alpha cell maturation pathways and characteristic features at the single-cell level. Cell Metabolism. 25 (5), 1194-1205 (2017).
  9. Picelli, S., et al. Smart-seq2 for sensitive full-length transcriptome profiling in single cells. Nature Methods. 10 (11), 1096-1098 (2013).
  10. Picelli, S., et al. Full-length RNA-seq from single cells using Smart-seq2. Nature Protocols. 9 (1), 171-181 (2014).
  11. Piccand, J., et al. Pak3 promotes cell cycle exit and differentiation of beta-cells in the embryonic pancreas and is necessary to maintain glucose homeostasis in adult mice. Diabetes. 63 (1), 203-215 (2014).
  12. Veite-Schmahl, M. J., Regan, D. P., Rivers, A. C., Nowatzke, J. F., Kennedy, M. A. Dissection of the mouse pancreas for histological analysis and metabolic profiling. Journal of Visualized Experiments. (126), (2017).
  13. Hu, P., Zhang, W., Xin, H., Deng, G. Single cell isolation and analysis. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 4, 116 (2016).
  14. Haque, A., Engel, J., Teichmann, S. A., Lonnberg, T. A practical guide to single-cell RNA-sequencing for biomedical research and clinical applications. Genome Medicine. 9 (1), 75 (2017).
  15. . FastQC: A quality control tool for high throughput sequence data Available from: https://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/ (2010)
  16. Langmead, B., Salzberg, S. L. Fast gapped-read alignment with Bowtie 2. Nature Methods. 9 (4), 357-359 (2012).
  17. Kim, D., et al. TopHat2: accurate alignment of transcriptomes in the presence of insertions, deletions and gene fusions. Genome Biology. 14 (4), (2013).
  18. Anders, S., Pyl, P. T., Huber, W. HTSeq–a Python framework to work with high-throughput sequencing data. Bioinformatics. 31 (2), 166-169 (2015).
  19. Wagner, G. P., Kin, K., Lynch, V. J. Measurement of mRNA abundance using RNA-seq data: RPKM measure is inconsistent among samples. Theory in Biosciences. 131 (4), 281-285 (2012).
  20. Brennecke, P., et al. Accounting for technical noise in single-cell RNA-seq experiments. Nature Methods. 10 (11), 1093-1095 (2013).
  21. Le, S., Josse, J., Husson, F. FactoMineR: An R package for multivariate analysis. Journal of Statistical Software. 25 (1), (2008).
  22. Hadley, W. . ggplot2: Elegant graphics for data analysis. , (2009).
  23. . gplots: Various R Programming Tools for Plotting Data Available from: https://cran.r-project.org/package=gplots (2016)
  24. Marcheva, B., et al. Disruption of the clock components CLOCK and BMAL1 leads to hypoinsulinaemia and diabetes. Nature. 466 (7306), 627-631 (2010).
  25. Li, L., et al. Single-cell RNA-seq analysis maps development of human germline cells and gonadal niche interactions. Cell Stem Cell. , (2017).
  26. Qi, M., et al. Human pancreatic islet isolation: Part I: Digestion and collection of pancreatic tissue. Journal of Visualized Experiments. (27), (2009).
  27. Qi, M., et al. Human pancreatic islet isolation: Part II: Purification and culture of human islets. Journal of Visualized Experiments. (27), (2009).
  28. Teo, A. K. K., et al. Single-cell analyses of human islet cells reveal de-differentiation signatures. Cell Death Discovery. 4 (14), (2018).
check_url/kr/58000?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Li, L., Yu, X., Zhang, Y., Feng, Y., Qiu, W., Xu, C. Single-cell Transcriptomic Analyses of Mouse Pancreatic Endocrine Cells. J. Vis. Exp. (139), e58000, doi:10.3791/58000 (2018).

View Video