Waiting
Processando Login

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Genetics

Одноклеточный экспрессии генов с помощью Multiplex RT-КПЦР к характеризации гетерогенности редких популяций лимфоидных

Published: January 19, 2017 doi: 10.3791/54858

Summary

Этот протокол описывает, как оценить экспрессию большого массива генов на клоновых уровне. Одноклеточный RT-КПЦР производит весьма надежные результаты с сильной чувствительностью для сотен образцов и генов.

Abstract

Экспрессия генов гетерогенность является интересной особенностью для изучения лимфоидных популяций. экспрессии генов в этих клетках изменяется в процессе активации клеток, стресса или раздражения. Выражение мультиплекс ген Одноклеточный позволяет одновременно оценку десятков генов 1, 2, 3. На уровне одноклеточных, мультиплекс экспрессия генов определяет население гетерогенность 4, 5. Это позволяет проводить различия неоднородности населения путем определения как вероятное сочетание различных стадий предшественников среди зрелых клеток, а также разнообразие ответов клетки на раздражители.

Врожденные лимфоидных клеток (ILC) были недавно описаны как совокупность врожденных эффекторы иммунного ответа 6, 7. В этом протоколе клетка гетерогенность ILC онpatic отсек исследуется в течение гомеостаза.

В настоящее время наиболее широко используемый метод для оценки экспрессии гена RT-КПЦР. Это выражение гена измеряет метод только один ген, в то время. Кроме того, этот метод не может оценить гетерогенность экспрессии генов, так как множественные клетки необходимы для одного теста. Это приводит к измерению средней экспрессии генов популяции. При оценке большого количества генов, RT-КПЦР становится по времени, reagent-, и образец затрат метод. Следовательно, компромиссы ограничить число генов или клеточных популяций, которые могут быть оценены, увеличивая риск упустить глобальную картину.

Эта рукопись описывает, как одноклеточные мультиплексной ОТ-КПЦР может быть использован для преодоления этих ограничений. Этот метод извлек выгоду из недавней микрофлюидики технологических достижений 1, 2. Реакции, происходящие в мультиплекс RT-КПЦР чипы не отлEed на nanoliter уровне. Следовательно, экспрессия генов одноклеточных, а также одновременное выражение множественный ген, может быть выполнена в reagent-, ственном образце, и экономически эффективным образом. Можно протестировать ген клеток подписи гетерогенность на клонального уровне между клеточными подмножествах в популяции на разных стадиях развития или в разных условиях , 4, 5. не Работая на редких популяций с большим числом условий на уровне одной клетки больше не является ограничением.

Introduction

За последние несколько лет, врожденные лимфоидные клетки (КМО), так как все больше и больше исследованы. Несмотря на отсутствие антиген-специфических рецепторов, они принадлежат к лимфоидного и представляют собой важные сторожей для гомеостаза тканей и воспаления. КМО в настоящее время разделены на три группы в зависимости от их экспрессии специфических комбинаций факторов транскрипции и на их способности продуцировать цитокины , 6, 7.

КМО способствуют многочисленные гомеостаза и патофизиологических ситуаций в различных органах через конкретного производства цитокина 8, 9. Для того, чтобы быть в состоянии понять роль этих клеток, важно, чтобы определить различные ILC субпопуляции за орган и определить их отношения в области развития. Кроме того, явления пластичности между различными подмножествами были связаны между собой. Изучая гетерогенностьиз клеток, присутствующих в одном органе, можно разграничить стадии их созревания и различать их специфические функции.

Чтобы проиллюстрировать технику одноклеточного мультиплексной ОТ-кПЦР, печеночные КМО были выбраны, с особым акцентом на их неоднородности в пределах одной группы ILC (тип 1 ILC) 10. Во-первых, за счет использования проточной цитометрии, три различных ILC популяции характеризуются в печени. Группа 1 МКТ представляет около 80% врожденных эффекторов, в то время как две другие группы населения являются редкими печеночные ILC популяции (менее 5% от всех врожденных эффекторов). Эти группы населения были отсортированный с использованием широко экспрессируется клетками поверхностных маркеров ILC популяций. В результате, отсортированный ILC популяции в печени широко смотреть похожи одна на другую.

Одноклеточный мультиплекс RT-КПЦР стала одним из лучших методов , чтобы оперативно расследовать разнородность этих групп населения 11

Далее, путем перебора всех клеток с глобальной ILC фенотипа, широкий обзор экспрессии нескольких генов печени ILC популяций получается, несмотря на то, что они представляют собой крайне редкие популяции. Чип Микрожидкостных на основе позволяет экспериментировать даже снебольшое количество клеточного материала. Как следствие, могут быть получены профили экспрессии генов в популяциях редких клеток. С помощью онлайн программного обеспечения для анализа генов подписи, кластеры клеточной популяции и потенциальные отношения клеток могут быть исследованы. Следовательно, функциональные тесты могут быть выполнены для проверки данных кластеризации на уровне в естественных условиях.

Десятки экспрессии генов могут быть оценены одновременно на сотни или более отдельных клеток на том же чипе 3, 11, 12. Дизайн анализа является самой длинной и самой важной частью эксперимента. Определение генов, имеющих отношение к проверяемой гипотезы имеет первостепенное значение для получения соответствующих результатов. Во-вторых, необходимы внутреннего контроля (например, известных поверхностных маркеров, используемых для сортировки) и конкретные меры контроля. Это очень важно, чтобы проверить праймера амплификации специфичность, эффективность амплификации, а Тон отсутствие конкуренции праймера. Таким образом, работа с одноклеточной мультиплексной ОТ-кПЦР является экономия времени методика, как и выражение нескольких генов клетки оценивается в то же время.

Используя тот же чип и смесь реагентов для всех ячеек ограничивает возможные ошибки манипуляций и позволяет воспроизводимости между образцами. В целом, различные аспекты одноклеточного мультиплексной ОТ-кПЦР позволяет производить высоконадежных результатов на клонального уровне, с большим уровнем чувствительности для широкого спектра образцов и генов. Полученные результаты предлагают мощные и надежные данные для биостатистических испытаний.

Это может быть достигнуто за счет микрожидком аспекте способа, который позволяет для работы на очень малых количеств материала и приводит к исчерпывающих результатов. И, наконец, с помощью онлайн программного обеспечения, можно сравнить желательные популяции.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Все эксперименты на животных были одобрены Комитетом Института Пастера вопросам безопасности в соответствии с французским министерством сельского хозяйства и руководства ЕС.

1. Подготовить 96-луночного одноклеточные Сортировка плиты

  1. Подготовка предварительной амплификации смеси в 1,5 мл пробирку добавлением 5,0 мкл соответствующего буфера ретро-транскрипции, 1,3 мкл низкой этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) TE буфера (10 мМ раствора ТЕ, рН 8, и раствора 0,1 мМ ЭДТА; 0,2 мкМ фильтровали ), и 0,2 мкл Taq - ДНК - полимеразы на лунку (рисунок 1а).
  2. На 96-луночного планшета, распределить 6,5 мкл предварительно амплификации смеси в каждую лунку (до 48 скважин). Эта пластина является сортировкой пластина одноклеточного 96-луночного.
    Примечание: Использование электронной пипетки рекомендуется для этого протокола. Это позволяет точные и воспроизводимые измерения объема и экономит время.

Рисунок 1
(А) На 96-луночного одноклеточных сортировочного пластину, смесь предварительной амплификации распределяется во- первых, с последующим 0.2x анализа смеси. (Б) отчет о каждой позиции одноклеточного должны храниться в электронной таблице. Хорошо без сотового называется "нет ввода" хорошо и могут быть использованы в качестве контроля. Два ряда могут быть избавлены для контроля эффективности праймера с кДНК разбавления (последовательные разведений один из десяти из эквивалента 10 5 клеток на одну ячейку). (С) на планшете для анализа 96-луночный, реагент для анализа нагрузка распределяется во- первых, с последующим добавлением праймеров. Не забудьте сохранить макет каждого праймера позиции. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

  1. Приготовьте 0.2x анализа смеси в 1,5 мл пробирку, добавляя 1,4 мкл каждого праймера (праймеры 20x, до 48 различных зондов, таблица 1). Отрегулируйте конечный объем до 140 мкл с низким буфера ЭДТА TE.
  2. Распределить 2,5 мкл 0.2x анализа смеси до 48 лунок в 96-луночного сортировочного пластины одноклеточных, содержащей смесь предварительной амплификации.
    Примечание: Конечный объем в каждую лунку для образца 96-луночного планшета должно быть 9 мкл.
  3. Уплотнение пластины с крышкой пленки. Vortex пластины и вращать его вниз при 280 мкг в течение 45 сек. Хранить 96-луночных сортировки пластины одноклеточного при -20 ° С или использовать его немедленно.

2. Single Cell диссоциация

  1. Используя систему доставки CO 2, эвтаназии мышь гипоксией. Закрепите мышь на рассечение пластине и откройте брюшную полость в продольном направлении с помощью ножниц.
  2. Восстановление КМО из печени.
    1. До выделения печени, промойте Livэр-циркулирующих клеток.
      1. Для того, чтобы вывести воротной вены, переместите маленький и толстый кишечник на левой стороне мыши; воротной вены появляется как самый большой вены в брюшную полость.
      2. С 10 мл шприца и 0,45 мм иглой, промывать печень с фосфатным буфером солевой среде (PBS) через воротную вену. Для облегчения гиперемию печени, перерезал желудка артерии с помощью ножниц.
      3. Для удаления желчного пузыря, зажать базу желчного пузыря с пинцетом и отделить его от печени с помощью ножниц.
      4. Чтобы изолировать печень, зажать основание печени с пинцета, и с помощью ножниц, отделить печень от остальной части брюшной полости.
      5. Перенести печень в гончарном пробирку с 5 мл среды института Roswell Park Memorial (RPMI) 2% телячьей эмбриональной сыворотки (FCS).
  3. Диссоциируют печени с механической диссоциации с помощью пестика. Переносят среду в 15 мл пробирку. Доводя общий объемдо 14 мл с помощью RPMI 2% FCS. Оставьте клеточной суспензии на льду в течение 15-20 мин, чтобы переливать гепатоцитов.
  4. Извлечения супернатанта (без гепатоцитов) в новой 15 мл пробирку с использованием 1 мл пипетки (можно ожидать, 12 мл надосадочной жидкости). Спин вниз при 120 мкг в течение 7 мин при 10 ° С. Жидкость над осадком сливают после центрифугирования.
  5. Ресуспендируют осадок , полученный на стадии 2.4 , в 14 мл градиента средней плотности (например, Перколла 40%). Спин вниз при 600 х г в течение 20 мин при температуре 20 ° С. Удалить супернатант аспирацией.
  6. Ресуспендируют осадок в 1 мл ацетата калия (ACK). Оставить при комнатной температуре в течение 1 мин. Через 1 мин, довести общий объем до 14 мл с помощью сбалансированной Соленым раствор Хенкса (HBSS) 2% FCS. Спин вниз при 120 мкг в течение 7 мин при 10 ° С. Удалите супернатант.
  7. Пятно клетки.
    1. Ресуспендируют осадок в 300 мкл биотинилированного смеси антител (см Материалы таблицу, добавить все биотинилированные антитела упоминаютред) и перенести клетки в 1,5 мл пробирку. Оставьте его в темноте в течение 20 мин при 4 ° С.
    2. Довести общий объем до 1 мл HBSS, 2% FCS. Спин вниз при 120 мкг в течение 7 мин при 10 ° С. Ресуспендируют осадок в 300 мкл флуорохромом в сочетании смеси антител и флуорохрома-конъюгированного стрептавидина (см Материалы таблицу, добавить все Флуорохром-связанных антител упоминается). Оставьте его в темноте в течение 20 мин при 4 ° С.
  8. Довести общий объем до 1 мл HBSS, 2% FCS. Спин вниз при 120 мкг в течение 7 мин при 10 ° С. Удалить супернатант, используя 1 мл пипетки. Ресуспендируют осадок в 1 мл HBSS и пропидиума йодида (Pi; 1: 4000).
    Примечание: При использовании широко экспрессируется ILC маркеров клеточной поверхности, 3 группы населения определяются: NKp46 + IL-7Rα -, NKp46 + IL-7Rα + и NKp46 - IL-7Rα +. Все популяции сортируются родословие - CD3 - CD4 - CD45.2 +.

3. Одноклеточный флуоресценция активированных сортировки клеток (FACS)

  1. Используйте FACS для сортировки отдельных клеток 13.
    Примечание: Различные типы клеток могут быть отсортированы по той же 96-луночный планшет сортировочного одноклеточного (рисунок 2).
    1. С помощью FACS для сортировки одну ячейку в каждую лунку, содержащую смесь 0.2x анализа и предварительной амплификации смесь на 96-луночного планшета сортировочного одноклеточного. Используйте свежеприготовленный 96-луночного сортировки пластины одноклеточного или разморозить ее при хранении при температуре -20 ° C.
      1. Поместите запечатанную 96-луночный планшет на держателе FACS пластины. Используйте пустую тарелку 96-а в качестве теста. Поместите пластину с А1-а слева и к экспериментатору.
      2. Установите держатель пластин, чтобы получить падение в центре А1-луночных с верификацией бусинок.
      3. Повторите шаг 3.1.1.2 со всеми скважинами в линии A.
      4. Удалите уплотнение из 96-луночного планшета и сортировать 100 бусин проверки на лунку. Проверьте гформирование ROP в центре лунки.
      5. При правильной настройке, поместите одноклеточного сортировки 96-луночный планшет на держателе. Нарисуйте расположение плиты и сортировки 1 клетка на лунку.
        Примечание: правильное расположение каждой клетки на пластине сортируют 96-луночного одноклеточного имеет важное значение. Компоновка плиты должны храниться на программном обеспечении с электронными таблицами. Компоновка пластина будет использоваться в течение следующих нескольких этапов (рис 1b) 14. Оставьте одну лунку, содержащую 0.2x анализа смеси и предварительной амплификации смеси на образце 96-луночного планшета без клеток. Это хорошо используется в качестве контроля не входами. Оставьте два ряда 6 лунок для кДНК разведения. Эти скважины используются в качестве контроля для эффективности праймера (Рис 1b).
      6. Хранить 96-луночных сортировки пластины одноклеточного при -20 ° С или использовать его немедленно.

4. Предварительное усиление

  1. Используйте свежую или талой 96-луночного сортировки одноклеточного пластины ОБТained на этапе 3.1.1.6. Vortex пластины и вращать его вниз (280 мкг в течение 45 секунд).
  2. Поместите одноклеточного сортировки 96-луночного планшета на амплификатора. Выполнение обратной транскрипции и предварительного усиления в соответствии с указанной программы на рисунке 3 и в таблице 2.

Рисунок 3
Рисунок 3: Программа предварительной амплификации. Для того чтобы иметь достаточное количество материала, предварительной амплификации специфических генов-мишеней, отсортированных одиночных клеток требуется. Сортировочный пластина одноклеточного 96-луночного загружается на амплификатор следовать программе предварительной амплификации. Продукты предварительной амплификации затем разбавляют с низким ЭДТА буфера ТЕ, и может быть использован сразу же или в замороженном состоянии при -20 ° С. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

  1. Развести предварительный усилительlified образцы путем добавления 36 мкл буфера низкого ЭДТА TE в каждую лунку.
  2. Уплотнение пластины с крышкой пленки. Vortex пластины и вращать его вниз (280 г в течение 45 секунд). Хранить предварительно усиливается, 96-луночный сортировки пластины одноклеточного при -20 ° С или использовать его немедленно.

5. Подготовить 96-луночного Sample Plate

  1. Подготовьте 191 мкл основной смеси путем добавления 175 мкл КПЦР мастер смеси и 17,5 мкл реагента загрузки образца.
  2. На новой 96-луночного планшета, распределить 3,6 мкл основной смеси в каждую лунку (до 48 лунок). Это 96-луночного образец пластины.
  3. Передача 2,9 мкл предварительно амплифицированный кДНК из образца 96-луночного планшета в новый 96-луночный планшет. Держите ту же позицию для каждого образца между 96-одной пластине сортировки клеток и образца 96-луночного планшета.
  4. Уплотнение пластины с крышкой пленки. Vortex пластины и вращать его вниз (280 мкг в течение 45 секунд). Поместите новый 96-луночный планшет на льду защищенном от света месте. Хранить 96-луночных Sдостаточно пластины при температуре -20 ° C или использовать его немедленно.

6. Подготовить 96-луночный планшет для анализа

  1. На новой 96-луночного планшета, распределить 3 мкл реагента для анализа загрузки в каждую лунку (до 48 лунок). Эта пластинка называется 96-луночный аналитический планшет.
  2. Добавить 3 мкл праймеров в каждую лунку. Хранить макет на программное обеспечение электронной таблицы (рис 1c и в таблице 1, используют все праймеры , перечисленные в таблице 1). Правильное позиционирование каждого праймера на планшете для анализа 96-луночного имеет важное значение для нескольких следующих шагов.
    1. Если число образцов ниже 48, добавить воду вместо праймеров для неиспользуемых скважин.
  3. Уплотнение пластины с крышкой пленки. Vortex пластины и вращать его вниз (280 мкг в течение 45 секунд). Хранить 96-луночный планшет для анализа при -20 ° C или использовать его немедленно.
    Примечание: Для того, чтобы избежать повторного замораживания и оттаивания праймеров, распределяют праймеры для смеси предварительной амплификации и для 96-вэйл планшету в то же время.

7. Одноклеточный экспрессии генов Chip

  1. Поместите интегрированный микрожидкостных контур (МФК) на стенде и проверить клапаны с помощью шприца колпачком. Откройте шприц, поместите его перпендикулярно к клапану, и плотно прижмите. Уплотнительное кольцо должно двигаться. Наполните чип с контрольной линии жидкости (0,3 мл туберкулина).
  2. Повторите шаг 7.1 со вторым клапаном.
    Примечание: Ни одна жидкость не должна быть пролита над чипом.
  3. Удалите синюю пленку с нижней части чипа. Загрузите чип в контроллер IFC. На экране контроллера МФК, выберите "Prime", а затем "Выполнить". Контроль Микрожидкостных линий длится 10 мин.
  4. Извлеките чип и повторно запечатать синюю пленку на нижней стороне чипа.

Рисунок 4
Рисунок 4: Одноклеточный мультиплекс экспрессии генов чип загрузки. Эти шаги требуют грасно точность, особенно во время передачи 96-луночного планшета к одноклеточным экспрессии генов чип мультиплекса. Чтобы избежать ошибок при загрузке и misplacements, настоятельно рекомендуется работать последовательно. Объем взятый для каждой передачи должна контролироваться во время процесса пипетирования. И, наконец, важно, чтобы избежать каких-либо пузырьков и удалить их в случае образования. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

  1. С помощью пипетки 8-канальный, передача 5 мкл из 96-луночного планшета для анализа на стороне A1 (левая сторона) микросхемы. Заполните левую сторону чипа, как показано на рисунке 4. Будьте осторожны, чтобы всегда сделать один и тот же объем на кончиках.
    1. Не создавать пузыри. Если появляются пузырьки, удалите их с помощью 10 мкл советов. Изменить подсказки для каждой лунки чипа.
  2. Повторите шаг 7.5 на правой стороне Oе чип с использованием 5 мкл образца из 96-луночного планшета.
  3. Удалите синюю пленку с нижней части чипа. Загрузите чип в контроллер IFC. На экране контроллера МФК, выберите "RUN SCRIPT", а затем "RUN". Загрузка Микрожидкостных линий длится 45 мин.
  4. Извлеките чип и повторно запечатать синюю пленку на нижней стороне чипа.

8. Запустите Чип

  1. На микрожидком КПЦР компьютере, выберите программу "Сбор данных". Как только он начинает, выберите пункт "New Run".
  2. Выберите "выталкивания" удалить синий пленку из нижней части чипа, и загрузить чип. Поместите чип, чтобы получить A1 и налево и к экспериментатору.
  3. На "Настройки проекта" выберите "Нет", а затем "Далее".
  4. Выберите "New чипу", "Новый каталог чипа" (создать папку для эксперимента) и "Next".
  5. На "экспрессии генов" выберите "; Пассивная ссылка = ROX "(карбокси-х-родамин) и" Единый зонд; "выберите правильный фильтр в соответствии с праймерами Выберите." Далее ".
  6. Выберите "Обзор" и выбрать правильную программу в соответствии с праймеров.
    Примечание: "Default-10мин-Hotstart.pcl" является наиболее часто используется программа для одноклеточных мультиплекса RT-КПЦР.
  7. Выберите "Пуск Выполнить". Реакция занимает примерно 90 мин.
  8. После завершения, выберите "Eject-Готово».

Анализ данных 9.

  1. Откройте "ПЦР в реальном времени анализ" программное обеспечение, выберите "Файл" и "Открыть", найдите папку эксперимента, и выберите "ChipRun.bml файл."
  2. Нажмите на кнопку "Анализ" View "таблицы результатов" и "Heat Map View"; поля, отмеченные знаком "Х" находятся ниже уровня обнаружения порога и / или имели плохие кривые усиления.
  3. Назовите образцы. Перейдите к пункту "Sample Setup" и СельЭСТ "Новая SBS 96." Нажмите на кнопку "Mapping" и выберите "..." Скопируйте и вставьте образец макета дизайна из программного обеспечения с электронными таблицами. Определить вставленное макет как «образец имени."
  4. Назовите анализы. Повторите шаг 9.3 с праймером именами в "Настройка детектора." Определить вставленное расположение, как "детектор имени."
  5. Нажмите на "точки зрения анализа" и "Analyze"; имена образцов и праймера будут автоматически приписаны к образцам и праймеров (рисунок 7).
  6. Вычислить Ct, Ct Delta и Fold изменения для каждого образца. Использование гена домашнего хозяйства в качестве внутреннего контроля (здесь, GAPDH):
    & Delta ; CТ = Ct образец - внутренний контроль Ct
    Сложите Изменить = 2 - (управление ΔCtsample-ΔCtnegative)
    1. Нажмите на кнопку "Detector Setup" и выберите скважину без контроля ввода (использовать ген домашнего хозяйства в качестве внутреннего контроля для нормализации экспрессии генов). Выберите "EДитор "," определить ссылку "и" Обновить ".
    2. Выберите все ячейки, к которым будет применяться определенная выше внутреннего контроля. Выберите "Редактор" и "определяют как Test." Выберите соответствующий эталонный ген и нажмите кнопку "Обновить".
    3. Выберите "Sample Setup" для выбора отрицательного контроля. Выберите "Редактор" и определить "Reference". Нажмите кнопку "Обновить".
    4. Выберите "Анализ View" и "Анализ"; Дельта Ct и Fold Изменение будет автоматически рассчитываться.
  7. Экспорт данных. Выберите "Файл" и "Экспорт, сохранить как" таблицы результатов "выберите папку назначения и нажмите кнопку" Сохранить "и" Выход ".
  8. Повторите шаг 9.7, но вместо "таблицы результатов" Сохранить как "HeatMap результатов."

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Лимфоидные популяции отображать большое разнообразие в экспрессии генов. В этом протоколе, печени МКТ отделение гетерогенность исследовали с использованием экспрессии гена RT-КПЦР одноклеточного мультиплекс. В отличие от других методов экспрессии генов, экспрессия гена RT-КПЦР одноклеточного мультиплекс позволяет работать на нескольких популяциях, даже редчайший, в то же время. Эта специфика, в сочетании с высокой чувствительностью на клоновых уровне, позволяет исследовать различия в генных подписей внутри популяции и между популяциями редких. В качестве примера, были оценены сигнатуры генов из 3 ILC популяций из печени 4-недельных мышей. Один среди населения достаточно часто, чтобы быть легко идентифицированы, в то время как два других встречаются редко (менее 1% от LINEAGE-негативных клеток) в печени.

Пластина 96-луночного одноклеточного сортировки и 96-луночного планшету были подготовлены до dissectio печенип и диссоциации (рис 1). Каждый микс был подготовлен под стерильный капотом и распределяется с электронным пипеткой для объемной точности и воспроизводимости. Все реагенты были встряхивали до того пипеткой, чтобы поддерживать гомогенность. После приготовления, пластина сортировки 96-луночный не могут быть заморожены до тех пор сортировки клеток, а также 96-луночного анализа клеток пластины не могут быть заморожены до тех пор IFC загрузки.

Печени рассекали и разбирают на одноклеточных суспензий. Клетки окрашивали и сортируют на талой 96-луночные планшеты сортировочных одноклеточных. Используя FACS, 3 ILC популяции сортировались , основанный на широко экспрессируется ILC маркеров (рисунок 2). После сортировки клеток, синтезировали кДНК и специфические гены - мишени амплифицировали (рисунок 3 и в таблице 2). После этапа предварительной амплификации кДНК разводили в буфере низкой ЭДТА TE. Праймеры и кДНК из одиночных клеток наносили на чип IFC (Fi4 и фигуры 5а). Полученные результаты (рис 7а) были упрощены для более легкого чтения и анализа (рис 7б). Примеры правильно или неправильно загруженных чипов показаны (рисунок 5). FAM фигура правильно заправлена чипа (Рисунок 6) с различными сигналами амплификации показана.

Результаты показывают , что после того, как собственно сортировки клеток, предварительной амплификации, а также нагрузки, МКТ популяция оказывается гетерогенный для экспрессии генов в печени мышей дикого типа у взрослых (рисунок 7). Используя программное обеспечение для онлайн, сигнатуры экспрессии генов клеток специфических (7 и 8) и отношения клеточной популяции (рисунок 8) могут быть идентифицированы. Каждая отсортирован популяция имеет определенный ген подпись, обогащенную экспрессии генов. Например, клетки сортировались как NKp46 - IL-7Rα + имеем еnriched экспрессия RORC, основного фактора транскрипции группы 3 КМО; Rora, A RORC фактор -homologous транскрипции; и ИЛ-23R и CXCR6, два важных рецепторов группы 3 ILC печеночных маркеров в печени. Те же наблюдения могут быть сделаны с NKp46 + IL-7Rα - и NKp46 + IL-7Rα + популяции. Каждая клетка проверяется на наличие экспрессии генов домашнего хозяйства (HPRT, Act и GAPDH) , чтобы исключить недопустимые скважин; по крайней мере, два гена домашнего хозяйства должны быть выражены рассматривать значения действительными.

Интересно отметить , что эта методика позволяет для определения двух субпопуляций NKp46 + IL-7Rα - на основе сигнатур генов. Различия между этими двумя подписями должны быть подтверждено другими наборами различных функциональных экспериментов.

фигура 2 Рисунок 2: стратегия FACS клеток. Изображения являются репрезентативными изолированных клеток печени от 4-недельных мышей. (А) FSC-A / SSC-стробирования, (б) FSC-H / FSC-W дискриминация дублет, (в, г, е) живой, родословная-отрицательных CD45.2 + CD4 - CD3 - клетки стробирования. (Е) Используя широко экспрессируется ILC маркеры клеточной поверхности, мы определили 3 группы населения: NKp46 + IL-7Rα -, NKp46 + IL-7Rα + и NKp46 - IL-7Rα +. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 5
Рисунок 5: цифры ROX из правильно ) И неправильно (б) загружены чипы. (А) правильно заправлена одноклеточного мультиплекс экспрессии генов чип должен появиться с прямыми линиями и строк. Каждая реакционная камера заполнена и имеет ту же размерность. (Б) неправомерное загружен одноклеточного мультиплекс экспрессии генов чипа. Пустые строки и строки реакционных камер появляются (зеленый квадрат), а также линии сгиба (синий квадрат). Эти функции могут быть из-за неправильной "PRIME" или "Load" шагов, а также остаточных пузырьков в МФК скважинах. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 6
Рисунок 6: FAM (Флюоресцеиновая амидита) фигура правильно заправлена чипа. После нескольких циклов (в зависимости от образцов и на грунтовку ы оценивали), должны появиться различия в реакционной камере яркости. Реакционные камеры с сигналом усиления должен выглядеть ярче (синий квадрат), чем реакционные камеры с отсутствием или низким сигналов амплификации (зеленый квадрат). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 7
Рисунок 7: Теплокарта полученные до (а) и после (б) модификаций. (А) Прямая Тепловая карта получена без анализа или модификации порядка анализа / образца. (Б) Модифицированная Тепловая карта , полученная после образца и анализа определения имен. Нет входных скважин (синий квадрат) не будут получены, если не происходит усиления. Неэффективные праймеры (зеленый квадрат). Испытание кДНК разведения (фиолетовый квадрат). e.com/files/ftp_upload/54858/54858fig7large.jpg "целевых =" _blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 8
Рисунок 8: Одноклеточный популяция кластеризация. Программное обеспечение для анализа данных используется для определения кластеризацию между популяциями. Свободное программное обеспечение кластеризации доступны в Интернете. Оценивая весь профиль экспрессии одной ячейки, программное обеспечение может отображать подписи генов и отношения клеточной популяции. Каждый квадрат представляет собой ячейку: синий являются NKp46 + IL-7Rα - цвет , красный цвет NKp46 + IL-7Rα +, и зеленый NKp46- IL-7Rα +. Каждая популяция имеет определенный ген подпись. В NKp46 + IL-7Rα - населения, две подписи можно увидеть, что свидетельствует о неоднородности населения.4858 / 54858fig8large.jpg "целевых =" _blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Грунтовки
Actb Ил-23R
Айз Ил-2га
Ahr Ил-2RB
Bcl2 II-7ra
с-Мус Klr5
Cbfb Lef1
CD27 Ncr1
Cd49a Nfil3
Cd49b Notch1
CXCR5 Notch2
CXCR6 Rora
Eomes RORC
Ets1 Runx3
foxo1 Tbx21
GAPDH Tcf3
Gata3 Tcf7
ГМ-КСФ Tle1
Hes1 Tle3
HPRT Tsc22d3
Id2 Tnfrsf11a
Ил-12rb2 Tox
Ил-18r1 Zbtb16
Ил-1rl1 Zbtb7b
Ил-22

Таблица 1: Праймер список.

Таблица 2
Таблица 2: Программа предварительной амплификации. Каждый шаг программы предварительной амплификации показана с полной информацией о времени, температуры и количества циклов.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Этот протокол описывает, как получить исчерпывающую информацию экспрессии генов на уровне клонального. Здесь мы исследовали печени ILC отделения гетерогенность. После сортировки одноклеточного различных ILC популяций (на основе широко экспрессируется ILC поверхностных маркеров), образцы были предварительно усиливается для конкретных предварительно выбранных генов. Затем полученную кДНК и праймеры были загружены на мультиплексной RT-КПЦР микрожидком чипа. И, наконец, мы получили выражение 48 различных генов из 48 отдельных клеток. Результаты экспрессии генов были проанализированы с помощью онлайн программного обеспечения для изучения генов подписи и клеточной популяции отношения.

Основным преимуществом этого метода является возможность оценить несколько экспрессии генов одновременно. Она также позволяет работать на клоновых уровне и в очень редких популяций. В отличие от традиционных методов RT-КПЦР, одноклеточный мультиплекс RT-КПЦР не имеет никакого усреднения эффекта, так как экспрессия генов оценивается на уровне клонального. таким образом, Гетерогенность в пределах популяции могут быть обнаружены и проанализированы. Одноклеточный выражение RT-КПЦР позволяет работать в очень редких популяций, так как нужны только очень немногие клетки, чтобы получить широкую информацию о экспрессии генов. Кроме того, разные популяции клеток могут быть испытаны на том же планшете. Это позволяет выявлять различия в генной подписи между популяциями и, с онлайн-инструментов, данных, оценки отношений клеточной популяции. Эта методика представляет другие преимущества. Одноклеточный мультиплекс RT-КПЦР имеет преимущество последних достижений микрофлюидальных. Объемы, необходимые в камерах МФК не превышают nanoliter уровня. Таким образом, используются более низкие количества реагентов, снижая стоимость экспериментов. И, наконец, общее количество шагов при использовании пипеток снижается, ограничивая тем самым возможность возникновения ошибок при использовании пипеток. Шаги одновременны для всех клеток и может быть сделано с помощью многоканальной пипетки, что позволяет работать быстро и экономии времени образом. Полученные результаты вКлональная уровня являются воспроизводимыми, надежными и могут быть использованы для выполнения надежной анализа данных.

Одноклеточный мультиплекс RT-КПЦР, тем не менее, приведем некоторые ограничения. Во-первых, этот метод требует дорогостоящего и специального оборудования, такого как микрожидком чип, микрожидком контроллер чипа, а также конкретного амплификатора. В отличие от традиционных методов RT-КПЦР, этот метод требует больших затрат времени и реагент экономии, так как, с обычным RT-кПЦР, необходимы многочисленные исследования для получения статистически значимых сравнений. В этом протоколе, мы представляем процедуру получения экспрессии генов 48 генов. 96-96 мультиплекс RT-КПЦР микрофлюидальные чипы доступны. Эти чипы могут оценить экспрессию генов в течение 96 генов из 96 клеток, в то же время. Во время сортировки клеток, минимальное количество исходных клеток необходимы, так как точность и чистота ячейка должна быть максимальной. Тем не менее, даже при небольшом количестве клеток, по-прежнему можно сортировать по одноклеточного мультиплексной ОТ-КПЦР гена ехрression (этап 3). Наконец, одноклеточный мультиплекс RT-КПЦР является чувствительным методом. Различные тесты должны быть выполнены перед началом подобных экспериментов. Например, для целевой праймер специфичности, праймеры должны быть проверены на эффективности амплификации и относительной конкуренции за цели.

Несколько шагов протокола должны выполняться с осторожностью. Манипуляции малых объемов в сочетании с большим количеством проб и анализов, в то же время увеличивает риск ошибок при использовании пипеток (шаги 1, 4, 5, 6, и 7). Все реагенты и смеси следует перемешать до пипеткой с целью обеспечения однородного раствора. Испарение при предварительной амплификации (этап 4) может также повлиять на окончательные результаты. Пластины всегда должны быть надлежащим образом герметизируются с использованием соответствующей защитной пленки. Сортировка стратегии должно быть очень точным (шаг 3), чтобы избежать мертвых клеток или несколько ячеек в скважинах внутри пластин. FACS сортировочные машины теперь оснащены сортировочного одноклеточного Indех программное обеспечение, которое может записывать какие конкретные ячейки были отсортированы в каждую лунку. Этот новый инструмент будет представлять интерес для определения является ли подписи генов коррелируют с интенсивностью клеточной поверхности маркера. Примеры и анализа положения на чипах должны быть организованы тщательно, так как это имеет важное значение для эксперимента (шаги 1, 5 и 6). И, наконец, выбор праймеров (шаг 1 и 6), является важным шагом. Каждый праймер должен быть выбран на основании описанных выше результатов или ожидаемых результатов. Случайный выбор праймеров в наборе оцениваемых генов может ухудшить окончательный отсчет эксперимента. Кроме того, праймеры, которые коррелируют с клеточной поверхности маркер, используемый для сортировки клеток должны быть использованы в качестве контрольных с генов домашнего хозяйства.

Оценка мультиплекс экспрессию генов на уровне клонального обеспечивает лучшую характеристику печени ILC гетерогенной отделения, чем в предыдущих исследованиях. Этот метод, поставляется программное обеспечение для онлайн, описывает более точно Different подмножества ILC в печени при гомеостаза, чем исследования с использованием только маркеры клеточной поверхности. Кроме того, можно рассмотреть отношения клеточной популяцией и строить дифференциации сетей. Подписи генов, основанные на экспрессии генов одноклеточных, также являются важными инструментами усмотреть черты клеточной популяции и изучить потенциальные роли. Одноклеточный мультиплексной ОТ-КПЦР является одним из лучших методов для анализа экспрессии генов, чтобы получить достоверные данные. Эти данные могут быть легко управляемы с биоинформатики программного обеспечения 15. Что касается других методов исследований экспрессии генов, таких как микрочипы или РНК последовательности, одноклеточный мультиплекс RT-КПЦР обладает высокой чувствительностью. Другие подходы к анализу одноклеточных были описаны и могут быть использованы в качестве дополнительных методов для одноклеточного мультиплексной ОТ-кПЦР 15, 16. Кроме того, этот метод может быть выполнена с любой комбинацией праймера, allowinпользователи г смотреть на персонализированных подписей генов. Многие другие приложения могут быть использованы с этой техникой. Например, экспрессия гена временной ход клеток на протяжении развития может быть сделано для оценки изменения молекулярного профиля в процессе разработки. Эффекты препарата на клетки также могут быть исследованы с разбавлением препарата для определения порога эффективности лекарственного средства на экспрессию генов.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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 fetal 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
1,000 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Sun, H., et al. A Bead-Based Microfluidic Approach to Integrated Single-Cell Gene Expression Analysis by Quantitative RT-PCR. RSC Adv. 5, 4886-4893 (2015).
  2. Kellogg, R. A., Berg, R. G., Leyrat, A. A., Tay, S. High-throughput microfluidic single-cell analysis pipeline for studies of signaling dynamics. Nat. Protoc. 9 (7), 1713-1726 (2014).
  3. Moignard, V., Macaulay, I. C., Swiers, G., Buettner, F., Schütte, J. Characterisation of transcriptional networks in blood stem and progenitor cells using high-throughput single cell gene expression analysis. Nat. Cell Biol. 15 (4), 363-372 (2013).
  4. Chea, S., Schmutz, S., et al. Single-Cell Gene Expression Analyses Reveal Heterogeneous Responsiveness of Fetal Innate Lymphoid Progenitors to Notch Signaling. Cell Rep. 14 (6), 1500-1516 (2016).
  5. Ishizuka, I. E., Chea, S., et al. Single-cell analysis defines the divergence between the innate lymphoid cell lineage and lymphoid tissue - inducer cell lineage. Nat. Immunol. 17, 1-9 (2016).
  6. Spits, H., Artis, D., et al. Innate lymphoid cells - a proposal for uniform nomenclature. Nat.Rev. Immunol. 13 (2), 145-149 (2013).
  7. Walker, J. A., Barlow, J. L., McKenzie, A. N. J. Innate lymphoid cells- how did we miss them. Nat. Rev. Immunol. 13 (2), 75-87 (2013).
  8. Vallentin, B., Barlogis, V., et al. Innate Lymphoid Cells in Cancer. Cancer Immunol. Res. 3 (10), 1109-1114 (2015).
  9. Monticelli, L. a, Artis, D. Innate lymphoid cells promote lung tissue homeostasis following acute influenza virus infection. Nat. Immunol. 12 (11), 1045-1054 (2012).
  10. Tang, L., et al. Differential phenotypic and functional properties of liver-resident NK cells and mucosal ILC1s. J. Autoimmun. 67, 29-35 (2015).
  11. Durum, K., Gilfillan, S., Colonna, M., Consortium, G. Transcriptional Programs Define Molecular Characteristics of Innate Lymphoid Cell Classes and Subsets. Nat. Immunol. 16 (3), 306-317 (2015).
  12. Wang, H., Ramakrishnan, A., Fletcher, S., Prochownik, E. V., Genetics, M. Clonal dynamics of native haematopoiesis. Nature. 2 (2), 322-327 (2015).
  13. Samsa, L. A., Fleming, N., Magness, S., Qian, L., Liu, J. Isolation and Characterization of Single Cells from Zebrafish Embryos. J. Vis. Exp. (109), e1-e10 (2016).
  14. Klose, C., Flach, M., et al. Differentiation of Type 1 ILCs from a Common Progenitor to All Helper-like Innate Lymhpoid Cell Lineages. Cell. 157, 340-356 (2014).
  15. Dicle, Y., et al. Bioinformatics Approaches to Single-Cell Analysis in Developmental Biology. MHR. 22, 182-192 (2016).
  16. Setty, M., et al. Wishbone identifies bifurcating developmental trajectories from single-cell data. Nat Biotechnol. 34, 637-645 (2016).

Tags

Генетика выпуск 119 одноклеточные экспрессия генов экспрессия модели клеточная гетерогенность микрофлюидальные врожденные лимфоидных клеток (ILC)
Одноклеточный экспрессии генов с помощью Multiplex RT-КПЦР к характеризации гетерогенности редких популяций лимфоидных
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Perchet, T., Chea, S., Hasan, M.,More

Perchet, T., Chea, S., Hasan, M., Cumano, A., Golub, R. Single-cell Gene Expression Using Multiplex RT-qPCR to Characterize Heterogeneity of Rare Lymphoid Populations. J. Vis. Exp. (119), e54858, doi:10.3791/54858 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter