Disección de estrías vasculares de ratón adulto para secuenciación de un solo núcleo o inmunotinción

Summary

La estría vascular es vital para la generación de potencial endococlear. Aquí, presentamos la disección de la estría vascular del ratón adulto para la secuenciación de un solo núcleo o inmunotinción.

Abstract

El potencial endococlear, que es generado por la estría vascular, es esencial para mantener un entorno propicio para la mecanotransducción adecuada de las células ciliadas y, en última instancia, la audición. Las patologías de la estría vascular pueden resultar en una disminución de la audición. La disección de la estría vascular adulta permite la captura focalizada de un solo núcleo y la posterior secuenciación e inmunotinción de un solo núcleo. Estas técnicas se utilizan para estudiar la fisiopatología de la estría vascular a nivel unicelular.

La secuenciación de un solo núcleo se puede utilizar en el contexto del análisis transcripcional de la estría vascular. Mientras tanto, la inmunotinción sigue siendo útil para identificar poblaciones específicas de células. Ambos métodos requieren una disección adecuada de la estría vascular como requisito previo, lo que puede resultar técnicamente desafiante.

Introduction

La cóclea consiste en tres cámaras llenas de líquido, la scala vestibuli, la scala media y la scala tympani. La scala vestibuli y la scala tympani contienen perilinfa, que tiene una alta concentración de sodio (138 mM) y una baja concentración de potasio (6,8 mM)¹. La escala media contiene endolinfa, que tiene una alta concentración de potasio (154 mM) y una baja concentración de sodio (0,91 mM)^1,2,3. Esta diferencia en la concentración de iones puede denominarse potencial endococlear (EP), y se genera principalmente por el movimiento de iones de potasio a través de varios canales iónicos y uniones de brecha en la estría vascular (SV) a lo largo de la pared lateral de la cóclea 4,5,6,7,8,9,10,11 . El SV es un tejido heterogéneo, altamente vascularizado, que recubre la cara medial de la pared lateral de la cóclea y contiene tres tipos principales de células: células marginales, intermedias y basales¹² (Figura 1).

Las células marginales están conectadas por uniones estrechas para formar la superficie más medial del SV. La membrana apical se enfrenta a la endolinfa de la escala media y contribuye al transporte de iones de potasio en la endolinfa utilizando varios canales, incluyendo KCNE1/KCNQ1, SLC12A2 y Na+-K⁺-ATPasa (NKA)^5,10,13,14. Las células intermedias son células pigmentadas que residen entre las células marginales y basales y facilitan el transporte de potasio a través del SV utilizando KCNJ10 (Kir 4.1)^15,16. Las células basales se encuentran muy cerca de la pared lateral de la cóclea y están estrechamente asociadas con los fibrocitos del ligamento espiral para promover el reciclaje de potasio de la perilinfa¹². La patología de la SV ha sido implicada en numerosos trastornos otológicos^17,18. Las mutaciones en los genes expresados en los principales tipos de células SV, como Kcnq1, Kcne1, Kcnj10 y Cldn11, pueden causar sordera y disfunción de SV, incluida la pérdida de EP 19,20,21,22,23. Además de los tres tipos principales de células, hay otros tipos de células menos estudiadas en el SV, como las células fusiformes 22, las células raíz^12,24, los macrófagos 25, los pericitos 26 y las células endoteliales 27^, que tienen funciones incompletamente definidas que involucran la homeostasis iónica y la generación de EP ²⁸.

En comparación con la secuenciación masiva de ARN, la secuenciación de ARN de núcleos únicos (sNuc-Seq) proporciona información sobre la heterogeneidad celular, en lugar de un promedio de ARNm en un grupo de células²⁹, y puede ser particularmente útil cuando se estudia el SV³⁰ heterogéneo. Por ejemplo, sNuc-Seq ha producido un análisis transcripcional que sugiere que puede haber un papel para las células fusiformes y radiculares en la generación de EP, la pérdida de audición y la enfermedad de Meniere¹⁸. La caracterización transcripcional adicional de los diversos tipos de células SV puede proporcionarnos información invaluable sobre la fisiopatología subyacente a los diferentes mecanismos y subtipos de fluctuación auditiva relacionada con SV y pérdida auditiva. La cosecha de estas delicadas estructuras del oído interno es de suma importancia para el análisis óptimo del tejido.

En este estudio, se describe el enfoque de microdisección para acceder y aislar la estría vascular de la cóclea de ratón adulta para sNuc-Seq o inmunotinción. La disección del SV del ratón adulto es necesaria para comprender varios tipos de células SV y caracterizar aún más su papel en la audición.

Protocol

Todos los experimentos y procedimientos con animales se realizaron de acuerdo con los protocolos aprobados por el Comité de Cuidado y Uso de Animales del Instituto Nacional de Enfermedades Neurológicas y Accidentes Cerebrovasculares y el Instituto Nacional de la Sordera y Otros Trastornos de la Comunicación, Institutos Nacionales de Salud. Todos los protocolos experimentales fueron aprobados por el Comité de Cuidado y Uso de Animales del Instituto Nacional de Enfermedades Neurológicas y Accidentes Cerebrovasculares …

Representative Results

Presentamos un método para aislar el SV que se utilizará para sNuc-Seq o inmunotinción. La anatomía relevante (Figura 1) de la cóclea en relación con la SV puede ayudar a los usuarios a comprender mejor la organización de la SV y los pasos del protocolo de disección. Cada paso de esta microdisección de SV desde un mouse P30 se detalla en el video asociado, y las instantáneas de los pasos clave de esta disección y aislamiento de SV se presentan en la <st…

Discussion

Antes del advenimiento de la secuenciación de células individuales, muchos investigadores utilizaron el análisis de tejido a granel, que solo hizo posible analizar transcriptomas promediados en las células. En particular, la célula única y sNuc-Seq permitieron aislar el transcriptoma de una sola célula o de un solo núcleo, respectivamente³². En este caso, se pueden identificar transcriptomas de un solo núcleo para células marginales, intermedias y basales, así como para células fusifor…

Materials

10-µm filter (Polyethylenterephthalat)	PluriSelect	#43-50010-01	Filter tissue during sNuc-Seq
18 x 18 mm cover glass	Fisher Scientific	12-541A	Cover slip to mount SV
30-µm filter (Polyethylenterephthalat)	PluriSelect	#43-50030-03	Filter tissue during sNuc-Seq
75 x 25 mm Superfrost Plus/Colorforst Plus Microslide	Daigger	EF15978Z	Microslide to mount SV on
C57BL/6J Mice	The Jackson Laboratory	RRID: IMSR_JAX:000664	General purpose mouse strain that has pigment more easily seen in the intermediate cells of the SV.
Cell Counter	Logos Biosystems	L20001	Used for cell counting
Chalizon curette 5'', size 3 2.5 mm	Biomedical Research Instruments	15-1020	Used to transfer SV
Chromium Next GEM single Cell 3' GEM Kit v3.1	Chromium	PN-1000141	Generates single cell 3' gene expression libraries
Clear nail polish	Fisher Scientific	NC1849418	Used for sealing SV mount
Corning Falcon Standard Tissue Culture Dishes, 24 well	Corning	08-772B	Culture dish used to hold specimen during dissection
DAPI	Invitrogen	D1306, RRID: AB_2629482	Stain used for nucleus labeling
Dounce homogenizer	Sigma-Aldrich	D8938	Used to homogenize tissue for sNuc-seq
Dumont #5 Forceps	Fine Science Tools	11252-30	General forceps for dissection
Dumont #55 Forceps	Fine Science Tools	11255-20	Forceps with fine tip that makes SV manipulation easier
Fetal Bovine Serum	ThermoFisher	16000044	Used for steps of sNuc-Seq
Glue stick	Fisher Scientific	NC0691392	Used for mounting SV
GS-IB4 Antibody	Molecular Probes	I21411, RRID: AB-2314662	Antibody used for capillary labeling
KCNJ10-ZsGreen Mice	n/a	n/a	Transgenic mouse that expresses KCNJ10-ZsGreen, partiularly in the intermediate cells of the SV.
MgCl2	ThermoFisher	AM9530G	Used for steps of sNuc-Seq
Mounting reagent	ThermoFisher	#S36940	Mounting reagent for SV
Multiwell 24 well plate	Corning	#353047	Plate used for immunostaining
NaCl	ThermoFisher	AAJ216183	Used for steps of sNuc-Seq
Nonidet P40	Sigma-Aldrich	9-16-45-9	Used for steps of sNuc-Seq
Nuclease free water	ThermoFisher	4387936	Used for steps of sNuc-Seq
Orbital shaker	Silent Shake	SYC-2102A	Used for steps of immunostaining
PBS	ThermoFisher	J61196.AP	Used for steps of immunostaining and dissection
RNA Later	Invitrogen	AM7021	Used for preservation of SV for sNuc-Seq
Scizzors	Fine Science Tools	14058-09	Used for splitting mouse skull
Tris-HCl	Sigma-Aldrich	15506017	Used for steps of sNuc-Seq
Trypan blue stain	Gibco	15250061	Used for cell counting
Tween20	ThermoFisher	AAJ20605AP	Used for steps of sNuc-Seq
Zeiss STEMI SV 11 Apo stereomicroscope	Zeiss	n/a	Microscope used for dissections