רצפי RNA בתא יחיד של נוירונים Fluorescently שכותרתו העכבר באמצעות מיון ידני וכפול במבחנה תמלול עם ספירות מוחלטת רצף (DIVA-Seq)
Summary
פרוטוקול זה מתאר את המדריך מיון ההליך כדי לבודד את הנוירונים fluorescently שכותרתו יחיד ואחריו במבחנה מבוסס-תמלול mRNA הגברה עבור רצפי RNA תא בודד גבוה-עומק.
Abstract
רצפי RNA בתא יחיד (RNA-seq) הוא כעת כלי מיושמים באופן נרחב assaying ביטוי גנים. פלטפורמות זמינים מסחרית של רצפי RNA בתא יחיד לעבד תאי כל קלט ללא אבחנה. לפעמים, תא לפעיל על-ידי קרינה פלואורסצנטית מיון (FACS) משמש במעלה הנהר כדי לבודד אוכלוסיה ספציפית עם תוויות של ריבית. מגבלה של FACS הוא בצורך מספר גבוה של תאי קלט עם שברים שכותרתו באופן משמעותי, אשר אינה מעשית עבור איסוף והגדרת פרופיל נדיר או בדלילות שכותרתו נוירון אוכלוסיות מהמוח העכבר. כאן, אנו מתארים שיטה עבור באופן ידני איסוף דליל fluorescently שכותרתו נוירונים יחיד של טרי הפומבית רקמת מוח העכבר. תהליך זה מאפשר לכידת נוירונים התווית על-ידי יחיד עם טוהר גבוהה ושילוב הבאים עם במבחנה הגברה מבוססת-תמלול פרוטוקול ששומרת יחסי התעתיק אנדוגני. אנו מתארים שיטה הגברה ליניארי זוגי המשתמשת מזהים ייחודיים מולקולה (UMIs) כדי ליצור ספירות mRNA בודדות. שני סיבובים של הגברה תוצאות ברמה גבוהה של זיהוי גנים לכל תא ותא.
Introduction
רצפי RNA בתא יחיד (RNA-seq) הפכה מחקרים transcriptomic. בעוד RNAseq תא יחיד בקנה מידה גדול יכול להתבצע תוך שימוש במגוון טכניקות, כגון טיפות1,2, מיקרופלואידיקה3, nanogrids4, microwells5, לרוב השיטות לא ניתן למיין את סוגי תאים מוגדרים זה בטא fluorophores מקודדים גנטית. כדי לבודד אוכלוסיה בחר תא, תא לפעיל על-ידי קרינה פלואורסצנטית מיון (FACS) משמש לעתים קרובות כדי למיין תאים עם תוויות במצב תא בודד. עם זאת, FACS יש הגבלות מסוימות ומחייב שלבי עיבוד הדגימה מוקפד. ראשית, מספר גדול של תאי קלט הם בדרך כלל צורך (לעיתים קרובות מספר מיליון תאים לכל mL), עם חלק קטן משמעותית (> 15 – 20%) המכיל את האוכלוסייה עם תוויות. שנית, ההכנות התא עשויים לדרוש מספר סיבובים של צפיפות שלבים הדרגתיים צנטריפוגה כדי להסיר שבר גליה, פסולת, ובתצורות תא כי אחרת עלול לסתום את התא חרירים או זרימה. שלישית, FACS מעסיקה בדרך כלל מכתים, destaining צעדים חי/מת מכתים (למשל, 4 ′ 6-diamidino-2-phenylindole (דאפי), propidium יודיד (PI), צבעי Cytotracker), אשר לקחת את הזמן נוספים. רביעית, כמו כלל אצבע על שני צבעים מיון (כגון דאפי חלבון פלואורסצנטי ירוק/אדום (GFP/RFP)), בדרך כלל שני מדגמים ובקרת אחד נדרשים, הדורשים דוגמה ללא תווית יעובדו בנוסף המתח העכבר הרצויה. חמישית, סינון מבוצעת לעיתים קרובות מספר פעמים לפני ובמהלך מדגם מיון באופן יזום למנוע שורות מדגם סתומות מכשיר FACS. שישית, זמן חייב להקציב ב כיוונוני FACS הנפוץ לאתחל, לייצב את זרם נוזלים, לבצע כיול droplet. שביעית, שליטה דגימות מופעלים בדרך כלל ברצף לפני באוסף הדגימה בפועל כדי להגדיר פיצוי מטריצות, כפיל דחייה, הגדרת שערים, וכדומה משתמשים גם לבצע צעדים שש ושבע עצמם מבעוד מועד או לדרוש סיוע של טכנאי במקביל. לבסוף, פוסט-FACS, לעיתים קרובות ישנם צעדים כדי להבטיח כי רק תווית יחידה תאים הם נוכח כל טוב; לדוגמה, על-ידי בדיקת דגימות בתוך מלכודת הקרנה גבוהה-תוכן כגון imager צלחת מהיר.
כדי לעקוף את השלבים שפורטו לעיל ולהקל יחסית מהיר, ממוקד רצף של אוכלוסיה קטנה של נוירונים שכותרתו fluorescently יחיד, אנו מתארים ידנית מיון הליך ואחריו שני סיבובים של רגישות גבוהה חוץ גופית בתוך פרוטוקול הגברה, נקרא שעתוק הפריה כפולה עם ספירות מוחלטת רצף (DIVA-Seq). דור הגברה RNA ספריית cDNA המותאמים מ. Eberwine et al. 6 והשמשוני. et al. 7, עם שינויים מסוימים כדי להתאים interneurons העכבר שיש כרכים הסלולר קטן יותר; יתר על כן, מצאנו גם כי זה שהנשק של נוירונים כפירמידה סינאפסות.
Protocol
Representative Results
Discussion
המדריך מיון פרוטוקול מתאים רצפי RNA תחת פיקוח של נוירון אוכלוסיות שהן גם בדלילות שכותרתו במוח עכברים או הם המייצגים אוכלוסיה תא נדיר כי אחרת אינו אפשרי ללמוד באמצעות התא הנוכחי תפוקה גבוהה שיטות מיון של הגברה. התאים נתון FACS בדרך כלל עוברים לחצים קו נדן ודגימת בטווח של psi ~ 9 – 14, תלוי בגודל הח?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מענקים NIH (5R01MH094705-04, R01MH109665-01 כדי Z.J.H.), על ידי הקרן Neuroscience רוברטסון CSHL (ל Z.J.H.), ועל ידי NARSAD לפוסט מלגת (אקולוגיה).
Materials
| ERCC RNA Spike-In Control Mixes | Thermo Fisher | Cat# 4456740 | |
| SuperScript III | Thermo Fisher | Cat# 18080093 | |
| RNaseOUT Recombinant Ribonuclease Inhibitor | Thermo Fisher | Cat# 10777019 | |
| RNA fragmentation buffer | New England Biolabs | Cat# E6105S | |
| RNA MinElute kit | Qiagen | Cat# 74204 | |
| Antarctic phosphatase | New England Biolabs | Cat# M0289 | |
| Poly nucleotide kinase | New England Biolabs | Cat# M0201 | |
| T4 RNA ligase2, truncated | New England Biolabs | Cat# M0242 | |
| Ampure Xp magnetic beads | Beckman Coulter | Cat# A63880 | |
| SPRIselect size selection magnetic beads | Thermo Fisher | Cat# B23317 | |
| DL-AP5 | Tocris | Cat# 0105 | |
| CNQX | Tocris | Cat# 1045 | |
| TTX | Tocris | Cat# 1078 | |
| Protease from Streptomyces griseus | Sigma-Aldrich | Cat# P5147 | |
| Message Amp II kit | Thermo Fisher | Cat# AM1751 | |
| Carbogen | Airgas | Cat# UN3156 | |
| Sylgard 184 | Sigma-Aldrich | Cat# 761036 | |
| Illumina TrueSeq smallRNA kit | Illumina | Cat# RS-200-0012 | |
| Bioanalyzer RNA Pico chip | Agilent | Cat# 5067-1513 | |
| Bioanalyzer High Sensitvity DNA chip | Agilent | Cat# 5067-4626 | |
| Bioanalyzer 2100 | Agilent | ||
| Dissection microscope with fluorescence and bright field illumination with DIC optics. (Leica model MZ-16F). | Leica | Model MZ-16F | |
| Glass microcapillary: Borosilicate capillary tubes 500/pk. OD= 1 mm, ID=0.58 mm, wall= 0.21 mm, Length= 150 mm. | Warner instruments | Model GC100-15, Order# 30-0017 | |
| Capillary pipette puller | Sutter Instruments Co | P-97 | |
| Vibratome | Thermo Microm | HM 650V | |
| Vibratome tissue cooling unit | Thermo Microm | CU 65 |
References
- Macosko, E. Z., et al. Highly Parallel Genome-wide Expression Profiling of Individual Cells Using Nanoliter Droplets. Cell. 161 (5), 1202-1214 (2015).
- Klein, A. M., et al. Droplet barcoding for single-cell transcriptomics applied to embryonic stem cells. Cell. 161 (5), 1187-1201 (2015).
- Xin, Y., et al. Use of the Fluidigm C1 platform for RNA sequencing of single mouse pancreatic islet cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (12), 3293-3298 (2016).
- Gao, R., et al. Nanogrid single-nucleus RNA sequencing reveals phenotypic diversity in breast cancer. Nature Communications. 8 (1), 228 (2017).
- Yuan, J., Sims, P. A. An Automated Microwell Platform for Large-Scale Single Cell RNA-Seq. Scientific Reports. 6, 33883 (2016).
- Eberwine, J., et al. Analysis of gene expression in single live neurons. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 89 (7), 3010-3014 (1992).
- Hashimshony, T., Wagner, F., Sher, N., Yanai, I. CEL-Seq: Single-Cell RNA-Seq by Multiplexed Linear Amplification. Cell Reports. 2 (3), 666-673 (2012).
- Paul, A., et al. Transcriptional Architecture of Synaptic Communication Delineates GABAergic Neuron Identity. Cell. 171 (3), 522-539 (2017).
- Zeisel, A., et al. Cell types in the mouse cortex and hippocampus revealed by single-cell RNA-seq. Science. 1934, (2015).
- Tasic, B., et al. Adult mouse cortical cell taxonomy revealed by single cell transcriptomics. Nature Neuroscience. 19, 335-346 (2016).
- Okaty, B. W., et al. Multi-Scale Molecular Deconstruction of the Serotonin Neuron System. Neuron. 88 (4), 774-791 (2015).
- Poulin, J. F., Tasic, B., Hjerling-Leffler, J., Trimarchi, J. M., Awatramani, R. Disentangling neural cell diversity using single-cell transcriptomics. Nature Neuroscience. 19 (9), 1131-1141 (2016).
- Crow, M., Paul, A., Ballouz, S., Huang, Z. J., Gillis, J. Exploiting single-cell expression to characterize co-expression replicability. Genome Biology. 17, 101 (2016).
- Crow, M., Paul, A., Ballouz, S., Huang, Z. J., Gillis, J. Characterizing the replicability of cell types defined by single cell RNA-sequencing data using MetaNeighbor. Nature Communications. 9 (1), (2018).
- Hrvatin, S., et al. Single-cell analysis of experience-dependent transcriptomic states in the mouse visual cortex. Nature Neuroscience. 21 (1), 120-129 (2018).
