Expressão Gênica de uma única célula Usando Multiplex RT-qPCR Caracterizar Heterogeneidade de rara populações linfóides
Summary
Este protocolo descreve a forma de avaliar a expressão de uma grande variedade de genes ao nível clonal. De uma única célula RT-qPCR produz resultados altamente confiáveis, com uma forte sensibilidade para centenas de amostras e genes.
Abstract
a expressão do gene heterogeneidade é uma característica interessante para investigar em populações linfóides. A expressão de genes nestas células varia durante a activação celular, stress, ou a estimulação. Unicelular expressão do gene multiplex permite a avaliação simultânea de dezenas de genes 1, 2, 3. Ao nível de uma única célula, a expressão do gene multiplex determina população heterogeneidade 4, 5. Ele permite a distinção de heterogeneidade da população determinando tanto a mistura provável de diversas fases precursoras entre células maduras, e também a diversidade de respostas celulares a estímulos.
Células linfóides inatos (ILC) foram recentemente descritas como uma população de efectores inatos da resposta imunitária 6, 7. Neste protocolo, a heterogeneidade célula do ILC elecompartimento Patic é investigada durante a homeostase.
Atualmente, a técnica mais utilizada para avaliar a expressão do gene é RT-qPCR. Esta expressão do gene método mede apenas um gene de cada vez. Além disso, este método não é possível estimar a heterogeneidade de expressão de gene, uma vez que várias células são necessários para um teste. Isto leva-se à medição da expressão do gene da média da população. Ao avaliar um grande número de genes, RT-qPCR torna-se um, e método de tempo- reagent-, consumindo-amostra. Assim, os trade-offs limitar o número de genes ou populações de células que podem ser avaliados, aumentando o risco de perder a imagem global.
Este manuscrito descreve como multiplex de uma única célula de RT-qPCR pode ser utilizada para ultrapassar estas limitações. Esta técnica tem se beneficiado da recente microfluidics avanços tecnológicos 1, 2. Reações que ocorrem no multiplex chips de RT-qPCR não exceed o nível de nanoliter. Assim, a expressão do gene de uma única célula, bem como a expressão de genes múltiplos em simultâneo, pode ser realizada num reagent-, de amostra, e forma rentável. É possível testar génica em células de assinatura heterogeneidade ao nível clonal entre subconjuntos de células dentro de uma população em diferentes estágios de desenvolvimento ou sob diferentes condições de 4, 5. Trabalhando em populações raras com um grande número de condições do nível de uma única célula não é uma restrição.
Introduction
Ao longo dos últimos anos, as células linfóides inatas (CIT) têm sido cada vez mais investigada. Apesar da sua falta de receptores específicos para o antigénio, eles pertencem à linhagem linfóide e representam sentinelas importantes para a homeostase do tecido e inflamação. CIT está dividida em três grupos com base na sua expressão de combinações específicas do factor de transcrição e na sua capacidade para produzir citocinas 6, 7.
ILCs contribuir para inúmeras situações homeostáticos e fisiopatológicos em diversos órgãos através da produção de citocinas específicas 8, 9. Para ser capaz de compreender o papel destas células, é importante para determinar as várias subpopulações ILC por órgãos e identificar as suas relações de desenvolvimento. Além disso, os fenómenos de plasticidade entre os diferentes subconjuntos foram relacionados. Ao estudar a heterogeneidadedas células presentes em um órgão, é possível delimitar o seu estádio de maturação e de distinguir as suas funções específicas.
Para ilustrar a técnica de multiplex de uma única célula RT-qPCR, ILCs hepáticas foram escolhidos, com especial ênfase na sua heterogeneidade dentro do mesmo grupo ILC (tipo 1 ILC) 10. Em primeiro lugar, através do uso de citometria de fluxo, três populações distintas ILC foram caracterizados no fígado. Grupo 1 ILC representa cerca de 80% dos efectores inatos, enquanto as duas outras populações são raras populações ILC hepáticas (menos do que 5% do efectores inatos). Essas populações foram classificados usando marcadores da superfície celular amplamente expressos das populações ILC. Como resultado, as populações classificadas ILC no fígado um olhar muito semelhante a outro.
Multiplex de uma única célula RT-qPCR tem emergido como uma das melhores técnicas para investigar imediatamente a heterogeneidade dessas populações 11 </s-se>. Duas características principais são determinados tomando vantagem do multiplex de uma única célula a técnica de RT-qPCR. Em primeiro lugar, ao olhar para o nível clonal, é possível recuperar a expressão do gene específico da célula para a comparação entre as células que aparentemente mostrar estágios de desenvolvimento semelhantes. Então, ao olhar para uma combinação pré-selecionada da expressão do gene, vamos determinar novas assinaturas genéticas com base em padrões de expressão gênica simultâneas em um ponto do tempo. Estes aspectos permitir a recolha de uma grande variedade de dados de expressão para um grande número de células, mesmo em populações raros, uma vez que a técnica é realizada ao nível clonal. Desse modo, a heterogeneidade ILC no fígado pode ser adequadamente avaliado.
Em seguida, classificando todas as células com um fenótipo ILC global, uma ampla visão geral da expressão de múltiplos genes das populações ILC fígado é obtido, apesar de representarem populações extremamente raros. Um chip à base de microfluídica permite a experimentação com aindauma pequena quantidade de material celular. Como consequência, os perfis de populações de células raras de expressão de genes pode ser obtida. Usando o software on-line assinatura gene análise, aglomerados populacionais celular e relações celulares potenciais podem ser investigadas. Consequentemente, testes de funcionamento podem ser realizados para validar os dados de agrupamento no nível in vivo.
Dezenas de expressão dos genes poderia ser avaliado concomitantemente em centenas ou mais células individuais no mesmo chip 3, 11, 12. Projeto do ensaio é a parte mais longa e mais importante do experimento. A determinação dos genes relevantes para a hipótese de ser testado é fundamental para obter resultados relevantes. Em segundo lugar, são necessários controles internos (como marcadores de superfície conhecidos utilizados para a classificação) e controles específicos. Este aspecto é crucial para testar a especificidade do iniciador de amplificação, a eficiência da amplificação, e tele ausência de concorrência primer. Por conseguinte, o trabalho com multiplex de uma única célula de RT-qPCR é uma técnica que economiza tempo, como a expressão de vários genes de uma célula é avaliado ao mesmo tempo.
Usando o mesmo chip e mistura de reagentes para todas as células limita os possíveis erros de manipulação e permite uma reprodutibilidade entre as amostras. No seu conjunto, os diferentes aspectos do multiplex de uma única célula de RT-qPCR permite a produção de resultados altamente fiáveis ao nível clonal, com um grande nível de sensibilidade para uma ampla variedade de amostras e genes. Os resultados obtidos oferecem dados poderosa e robusta para testes biostatistical.
Isto pode ser conseguido devido ao aspecto do método de microfluidos, que permite que o trabalho em muito pequenas quantidades de material e leva a resultados exaustivos. Finalmente, utilizando software de linha, é possível comparar as populações desejados.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo descreve como obter a expressão do gene de informação exaustiva ao nível clonal. Aqui, nós investigamos fígado ILC heterogeneidade compartimento. Após a triagem de uma única célula de diferentes populações ILC (com base em marcadores de superfície ILC amplamente expressas), as amostras foram pré-amplificada para genes pré-selecionados específicos. Em seguida, o ADNc e os iniciadores obtidos foram carregados num chip de microfluidos de RT-qPCR multiplex. Finalmente, obteve-se a expressão de…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the Institut Pasteur, INSERM, Université Paris Diderot and by the Ministère de la Recherche (to S.C.); the Association pour la Recherche sur le Cancer (to S.C. and R.G.); the REVIVE Future Investment Program and the Agence Nationale de Recherche (ANR; grant ”Twothyme” to A.C.); ANR grant ”Myeloten” (to R.G.); and the Institut National du Cancer (Role of the immune microenvironment during liver carcinogenesis, to R.G.). We acknowledge the Center for Human Immunology and Cytometry platform at Institut Pasteur for their support.
Materials
| Cells Direct One Step qRT-PCR kit | Applied Biosystems | 11753100 | Primer probe detection kit.Contains 2x reaction mix, SSIII Platinium enzyme. |
| Low TE EDTA Buffer | Affymetrix | 75793 100ML | |
| 96-well plates | Thermofisher Scientific | AB 1100 | 96-well plates adapted for cell sorting and thermocycling |
| Cover film | Dominique Dutscher | 106570 | aluminium cover film; avoid contamination and evaporation |
| Actb | Thermofisher Scientific | Mm00607939_s1 | 20X primer |
| Aes | Thermofisher Scientific | Mm01148854_s1 | 20X primer |
| Ahr | Thermofisher Scientific | Mm00478932_s1 | 20X primer |
| Bcl2 | Thermofisher Scientific | Mm00477631_s1 | 20X primer |
| c-myc | Thermofisher Scientific | Mm00487804_s1 | 20X primer |
| Cbfb | Thermofisher Scientific | Mm01251026_s1 | 20X primer |
| Cd27 | Thermofisher Scientific | Mm01185212_s1 | 20X primer |
| Cd49a | Thermofisher Scientific | Mm01306375_s1 | 20X primer |
| CD49b | Thermofisher Scientific | Mm00434371_s1 | 20X primer |
| Cxcr5 | Thermofisher Scientific | Mm00432086_s1 | 20X primer |
| Cxcr6 | Thermofisher Scientific | Mm02620517_s1 | 20X primer |
| Eomes | Thermofisher Scientific | Mm01351985_s1 | 20X primer |
| Ets1 | Thermofisher Scientific | Mm01175819_s1 | 20X primer |
| Foxo1 | Thermofisher Scientific | Mm00490672_s1 | 20X primer |
| Gapdh | Thermofisher Scientific | Mm03302249_s1 | 20X primer |
| Gata3 | Thermofisher Scientific | Mm00484683_s1 | 20X primer |
| Gm-csf | Thermofisher Scientific | Mm01136644_s1 | 20X primer |
| Hes1 | Thermofisher Scientific | Mm01342805_s1 | 20X primer |
| Hprt | Thermofisher Scientific | Mm00446968_s1 | 20X primer |
| Id2 | Thermofisher Scientific | Mm01293217_s1 | 20X primer |
| Il-12rb2 | Thermofisher Scientific | Mm00711781_s1 | 20X primer |
| Il-18r1 | Thermofisher Scientific | Mm00515178_s1 | 20X primer |
| Il-1rl1 | Thermofisher Scientific | Mm00434237_s1 | 20X primer |
| Il-22 | Thermofisher Scientific | Mm001226722_s1 | 20X primer |
| Il-23r | Thermofisher Scientific | Mm00519943_s1 | 20X primer |
| Il-2ra | Thermofisher Scientific | Mm01340213_s1 | 20X primer |
| Il-2rb | Thermofisher Scientific | Mm01195267_s1 | 20X primer |
| IL-7r | Thermofisher Scientific | Mm00434295_s1 | 20X primer |
| Klr5 | Thermofisher Scientific | Mm04207528_s1 | 20X primer |
| Lef1 | Thermofisher Scientific | Mm00550265_s1 | 20X primer |
| Ncr1 | Thermofisher Scientific | Mm01337324_s1 | 20X primer |
| Nfil3 | Thermofisher Scientific | Mm01339838_s1 | 20X primer |
| Notch1 | Thermofisher Scientific | Mm00435249_s1 | 20X primer |
| Notch2 | Thermofisher Scientific | Mm00803069_s1 | 20X primer |
| Rora | Thermofisher Scientific | Mm01173766_s1 | 20X primer |
| Rorc | Thermofisher Scientific | Mm01261022_s1 | 20X primer |
| Runx3 | Thermofisher Scientific | Mm00490666_s1 | 20X primer |
| Tbx21 | Thermofisher Scientific | Mm01299453_s1 | 20X primer |
| Tcf3 | Thermofisher Scientific | Mm01175588_s1 | 20X primer |
| Tcf7 | Thermofisher Scientific | Mm00493445_s1 | 20X primer |
| Tle1 | Thermofisher Scientific | Mm00495643_s1 | 20X primer |
| Tle3 | Thermofisher Scientific | Mm00437097_s1 | 20X primer |
| Tsc22d3 | Thermofisher Scientific | Mm01306210_s1 | 20X primer |
| Tnfrsf11a | Thermofisher Scientific | Mm00437132_s1 | 20X primer |
| Tox | Thermofisher Scientific | Mm00455231_s1 | 20X primer |
| Zbtb16 | Thermofisher Scientific | Mm01176868_s1 | 20X primer |
| Zbtb7b | Thermofisher Scientific | Mm00784709_s1 | 20X primer |
| qPCR Master mix | Applied BioSystems | P/N 4304437 | |
| 2X Assay Loading Reagent | Fluidigm | P/N 85000736 | Specific density medium to load assays in multiplex RT-qPCR microfluidic chip. |
| 2X Sample Loading Reagent | Fluidigm | P/N 85000735 | Specific density medium to load samples in multiplex RT-qPCR microfluidic chip. |
| 48.48 mutliplex RT qPCR microfluidic chip | Fluidigm | BMK-M-48.48 | 48.48 Dynamic Array IFC for Gene Expression;chip for single cell multiplex RT-qPCR reaction |
| 48.48 mutliplex RT qPCR microfluidic chip controller | Fluidigm | 89000020 | 48.48 IFC Controller; control the chip internal fluidic system, load samples and assays in reaction chambers |
| mutliplex RT qPCR microfluidic thermocycler | Fluidigm | GE48.48 | 48.48 Dynamic Array IFC thermocycler |
| 96-well plates | Thermofisher Scientific | AB 1100 | 96-well plates adapted for cell sorting and thermocycling |
| C57Bl/6 mice | Janvier | C57Bl/6 miceJ@RJ | |
| 10 mL syringe | BD Biosciences | 309639 | |
| PBS | Life Technologies | 14040174 | |
| HBSS | Life Technologies | 24020133 | |
| RPMI | Life Technologies | 61870044 | |
| FCS | CVFSVF000U | Eurobio Abcys | Standard fœtal calf serum |
| Potter tube | N/A | ||
| 15 mL tube | Corning | 352097 | |
| 1.5 mL tube | Sigma-Aldrich | T9661-1000EA | |
| Facs machine | N/A | ||
| centrifuge | Thermofisher Scientific | 75004538 | |
| 1000 µL tips | Fisher Scientific | 10313272 | |
| P1000 | Gilson | F123602 | |
| Percoll | Dominique Dutscher | 17-0891-01 | |
| Facs tube | Falcon | 352235 | |
| anti-CD8 Biotin mouse antibody | Sony | 1103520 | lineage antibody |
| anti-CD19 Biotin mouse antibody | Sony | 1177520 | lineage antibody |
| anti-TCRab Biotin mouse antibody | BioLegend | 109204 | lineage antibody |
| anti-TCRgd Biotin mouse antibody | BD Biosciences | 553176 | lineage antibody |
| anti-Ter119 Biotin mouse antibody | BD Biosciences | 553672 | lineage antibody |
| anti-Gr1 Biotin mouse antibody | BD Biosciences | 553125 | lineage antibody |
| anti-CD45.2 PerCPCy5.5 mouse antibody | BioLegend | 109828 | |
| anti-IL7ra PeCy7 mouse antibody | ebioSciences | 25-1271-82 | |
| anti-CD3 BV510 mouse antibody | BD Biosciences | 563024 | |
| anti-CD4 BV786 mouse antibody | BD Biosciences | 563727 | |
| anti-NKp46 PE mouse antibody | ebioSciences | 12-3351-82 | |
| Streptavidin | Sony | 2626025 | |
| Propidium Iodide | Sigma-Aldrich | P4864-10ML | |
| Electronic pipette | Eppendorf | 4986000017 | |
| Combitips 0.1 mL | Eppendorf | 30089405 | |
| Multichannel pipette | Rainin | L8-10XLS+ | |
| Accudrop | BD Biosciences | 345249 | verification beads for FACS |
Referências
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