우리는 초기 마우스 배아에 있는 microRNAs를 프로파일링하기 위한 기술을 기술합니다. 이 프로토콜은 낮은 세포 입력 및 작은 RNA 농축의 도전을 극복합니다. 이 분석은 초기 마우스 배아의 상이한 세포 계보에서 시간이 지남에 따라 miRNA 발현의 변화를 분석하기 위하여 이용될 수 있다.
MicroRNAs (miRNAs)는 세포 운명 결정 및 발달 타이밍의 복잡한 조절에 중요합니다. 초기 개발 중 miRNAs의 기여에 대한 생체 내 연구는 세포 수 제한으로 인해 기술적으로 도전적입니다. 더욱이, 많은 접근은 북부 블로팅, 마이크로어레이 및 qPCR와 같은 소사에서 정의될 관심있는 miRNA를 요구합니다. 따라서, 많은 miRNAs와 그들의 등색형의 표현은 초기 발달 도중 공부되지 않았습니다. 여기서, 우리는 신경 문장 세포의 초기 인구에 있는 miRNAs의 상대적으로 편견없는 프로파일링을 가능하게 하기 위하여 초기 마우스 배아에서 정렬된 세포의 작은 RNA 순서를 위한 프로토콜을 보여줍니다. 우리는 증폭 및 젤 기반 정화를 사용하여 도서관 준비 중에 낮은 세포 입력 및 크기 선택의 도전을 극복합니다. 우리는 생물학적 복제에서 miRNAs를 정확하게 프로파일하기 위하여 복제와 단계 일치마우스 태아 사이 변이를 위한 가변적인 회계로 배아 나이를 확인합니다. 우리의 결과는 이 방법이 세포의 그밖 혈통에서 miRNAs의 표현을 프로파일에 광범위하게 적용될 수 있다는 것을 건의합니다. 요약하자면, 이 프로토콜은 miRNAs가 초기 마우스 배아의 다른 세포 계보에 있는 발달 프로그램을 어떻게 통제하는지 연구하기 위하여 이용될 수 있습니다.
발달 생물학의 핵심 질문은 단 하나 미분화 세포가 수많은 복잡한 세포 모형을 가진 전체 유기체를 초래할 수 있는 방법입니다. 배아 발생 하는 동안, 세포의 개발 잠재력 유기 체 개발으로 점진적으로 제한 된다. 한 가지 예는 다능성 세포 집단에서 말초 뉴런, 신경교, 두개골 뼈 및 연골과 같은 다양한 말단 유도체로 점진적으로 분화하는 신경 문장 계보입니다. 신경 문장 세포는 위질 도중 이독에서 지정된 다음 중간엽 전이에 상피 전달을 겪고 그(것)들이 말단으로 분화할 바디 를 통해 이산위치로 배아를 통해 이동합니다1. 수십 년의 작업이 전사 적 유전자 규제 네트워크를 발견했지만 신경 문장 발달의 타이밍을 제어하는 전사 후 규제 메커니즘에 대해 훨씬 적게 알려져 있습니다.
이전 연구는 microRNAs (miRNAs) 적절한 발달 타이밍 및 세포 운명 결정에 대한 유전자 발현을 억압 제안2,,3,,44,5,,6. 신경 문장 발달에 있는 miRNAs의 연구 결과는 주로 두개안면 발달의 후반 단계에 집중했습니다. 예를 들어, miR-17~92 및 miR-140은 마우스와 제브라피시의 두개안면 발달 중 발상발생에 매우 중요하며, 각각7,,8. 태아의 초기 신경 문장 운명 결정에 miRNAs의 기여는 철저히 조사되지 않았습니다. 초기 운명 결정에 있는 miRNAs의 연구 결과는 초기 태아에 존재하는 낮은 세포 수와 같은 기술적인 도전에 의해 제한되었습니다.
MiRNAs는 초기 마우스발달9를모델링하기 위하여 분화의 다른 단계에서 배아 바디를 사용하여 세포주에서 시험관내에서 프로파일화되었습니다. 초기 포유류 발달 중 생체 내의 작은 RNA에 대한 조사는 상대적으로 제한적이었습니다. miRNAs를 프로파일화하는 이전 방법은 qPCR, 마이크로어레이 및 북부blot(10)와같은 방법으로 특정 miRNA의 발현을 분석하는 데 공지된 서열로서 편향을 주도했다. 차세대 시퀀싱 및 적 분자 도구를 개선하는 것은 이제 초기 포유류 발달 및 세포 운명 결정에 대한 기여를 연구하기 위해 miRNA 발현의 상대적으로 편견없는 분석을 허용합니다.
여기서, 우리는 가스화 (E7.5)를 아우르는 초기 마우스 배아에서 유기발생의 시작 (E9.5)에 신경 문장 세포에서 발현된 작은 RNA를 수확하고 순서하는 기술을 보고합니다. 이 기술은 간단하고 차세대 시퀀싱을 위한 최소한의 셀수로부터 작은 RNA 시퀀싱 라이브러리를 준비하기 위해 리니지 추적, 세포 선별 및 젤 기반 크기 선택을 결합합니다. 우리는 조기 발달의 급속한 변화 도중 miRNA의 포괄적인 보기를 얻기 위하여 6 시간 간격을 해결하기 위하여 배아의 엄격한 somite 단계 일치를 위한 중요성을 강조합니다. 이 방법은 유전 및 발달 연구에 널리 적용될 수 있고 태아의 풀링을 방지할 수 있습니다. 우리는 젤 기반 정화, 라이브러리 정량화 및 PCR에서 도입 된 편견을 최소화하여 miRNA 농축과 같은 현재 방법의 과제를 극복하는 방법을 설명합니다. 이 방법은 miRNA 발현 패턴을 확인하기 위해 시간이 지남에 따라 miRNA 발현 패턴을 식별하여 miRNAs가 마우스 배아의 신경 문장 계보에서 개발 타이밍을 제어하는 방법을 연구하는 데 사용되었습니다.
발달 과정은 빠르게 진행될 수 있으며, 세포는 초기 운명 결정에 기여하는 miRNAs의 포괄적 인 관점을 포착하기 위해 널리 사용되는 반나절 증가보다 더 구체적인 스테이징이 필요합니다. 최근 연구는 3 ~6 소크릿11을갖는 것에서 범위 Theiler 단계 12 배아에서 RNA 염기서열 분석 수행했다. 우리는 이 기간 동안 신경 문장 세포가 지정되어 있음을 발견합니다 (나이의 소미트 3 개), 망상 (4 개의 소암), 및 이동 (5-6 소암). 우리는 또한 추적 세포 인구를 계보하는 데 사용되는 Cre-driver 외에, 나이는 생물학 견본 사이 변이의 가장 큰 근원이고, 다만 somite 일치하는 태아는 복제로 고려되어야 한다는 것을 것을을 발견합니다. 이것은 또한 야생형 통제에 형질 전환 태아를 비교할 때 고려되어야 합니다.
초기 발달 중에 miRNAs를 프로파일링하는 이전 방법은 작은 RNA 시퀀싱 라이브러리 준비를 위해 RNA 입력의 10-100 ng 사이를 사용하고 한 샘플13,,14로여러 배아를 풀링하였다. 우리는 단일 E7.5 배아또는 E8.5 및 E9.5에서 정렬된 신경 문장 세포로부터 RNA 절연 및 라이브러리 준비를 총 RNA의 약 100 ng를 입력으로 시연합니다. 분류를 위해 배아를 해리할 때, 현미경의 밑에 해리를 보고 단 하나 세포가 얻어질 때 관찰하는 반응을 담금질하기 위하여 주의해야 합니다. 우리는 E8.5-E9.5 배아의 두개골 영역의 해리가 프로토콜에 설명된 것과 같이 부드러운 수동 파이펫팅으로 거의 즉각적이라는 것을 발견합니다. 더 큰 조직 및 점점 더 오래된 태아를 위해, 해리 시간은 해리되는 태아의 부분에 따라서 더 길수 있습니다. E7.5-E9.5 배아의 경우, 세포의 덩어리는 현미경의 밑에 쉽게 볼 수 있고 더 이상 덩어리가 보이지 않게 될 때까지 해리는 계속되어야 합니다. 5-10x에서 어디서나 우물의 용액을 통해 초점을 조정하면 단일 셀이 용액에서 볼 수 있습니다. 이전 방법은 RNA 시퀀싱을 위한 리시스 버퍼로 직접 세포를 정렬하여 낮은 수의세포(14)로부터벌크 RNA를 준비한다. 여기서 우리는 RNA 추출 용액으로 직접 분류하여 RNA가 라이브러리 준비가 시작되기 전에 분리될 수 있도록 합니다. 11 μL 용출 부피를 가진 미니 컬럼을 사용하면 단일 RNA 준비가 작은 RNA와 벌크 RNA 염기분석 사이에 분할될 수 있도록 충분한 RNA 농도를 허용한다.
대부분의 작은 RNA 염기서열 분석 방법의 한 가지 현재 제한은 변환 된 cDNA의 PCR 증폭이다. 우리의 방법은이 제한을 극복하지 못하지만, 우리는 16 사이클까지 권장되는 25 최대에서 PCR 사이클의 수를 최소화 할 수 있었다. 이러한 증폭 감소는 PCR에 의해 도입된 인공 증폭 편향을 감소시다. 바이어스의 또 다른 소스는 어댑터와 miRNA의 끝에 위치한 특정 시퀀스가 다른 시퀀스보다 더 큰 효율성과 함께 ligate 수 있다는 것으로 알려진 어댑터의 결찰입니다. 이를 방지하기 위해 이 프로토콜에 사용된 어댑터는 각 어댑터 끝에 4개의 임의 베이스를 통합하여 결찰 반응의 바이어스를 방지합니다. 또한, 또 다른 일반적인 문제는 RNA 입력이 낮을 때 형성하는 어댑터 디머의 양입니다. 라이브러리 준비 키트에는 어댑터 비활성화 및 비드 정리와 같은 어댑터 디머 형성을 줄이는 단계가 포함되어 각 결찰 후 과도한 어댑터를 제거합니다. 또한 3’와 5’4N 어댑터를 1/4로 희석하여 형성할 수 있는 어댑터 이머의 양을 줄입니다. 희석되지 않을 때, 130 bp 대역 강도가 증가하여 젤상에 원하는 작은 RNA 라이브러리를 함유하는 150bp 대역과 구별하기가 어렵다는 것을 발견했습니다.
시퀀싱 라이브러리를 준비하는 또 다른 현재의 과제는 시퀀싱 전에 제품의 정확한 정량화입니다. 우리는 다른 방법이 동일한 라이브러리에 다양한 결과를 제공하는 것을 발견했다. 우리는 연구원이 집중의 정확한 추정을 얻기 위하여 정량화의 다중 방법을 사용하는 것이 좋습니다.
이 프로토콜은 RNA가 낮은 수의 세포에서 수확되는 유전, 발달 연구, 또는 그밖 응용에 넓게 적용될 수 있습니다. 이 접근법은 배아의 풀링을 피함으로써 시간적 연구를 단순화하고 비 정렬 및 정렬 된 세포 모두에 쉽게 적용 할 수 있습니다.
The authors have nothing to disclose.
이 프로젝트는 앤드류 맥도노프 B + 재단과 NIH (R01-HD099252, R01-HD098131에 의해 지원되었다. R.J.P.는 암 연구(RR150106)와 암 연구(V 재단)의 V 학자입니다. 저자는 또한이 프로젝트에 필요한 장비를 제공하기 위한 BCM의 세포 측정 및 세포 선별 코어를 인정하고 싶습니다.
#5 Forceps Fine Science Tools | Fisher Scientific | NC9277114 | |
0.4% Trypan blue | ThermoFisher | 15250061 | |
10 cm Petri dishes | Fisher Scientific | 07-202-011 | |
2-Propanol | Miilapore Sigma | I9516-500ML | |
5 % Criterion TBE Polyacrylamide Gel, 12+2 well, 45 µL | Bio-Rad | 3450047 | |
5200 Fragment Analyzer | Agilent | M5310AA | |
96 well PCR plates high profile semi skirted clear/clear | Bio-Rad | HSS9601 | |
BD FACSAria II | bdbiosciences | ||
Bovine Serum Albumin, fraction V | Fisher Scientific | BP1600100 | |
Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline (DPBS) | Gendepot | CA008-300 | |
Eppendorf tubes | Fisher Scientific | 05-408-129 | |
Ethanol Pure, 200 proof anhydrous | Sigma Aldrich | E7023-500ml | |
FC-404-2001 | Illumina | FC-404-2001 | |
HS NGS Fragment kit | Agilent | DNF-474-0500 | |
HS RNA Kit | Agilent | DNF-472-0500 | |
miRNeasy Mini Kit (50) | Qiagen | 217004 | |
NEXTflex Small RNA-Seq Kit v3 (48 barcodes) | Fisher Scientific | NC1289113 | |
NextSeq 500/550 Mid Output Kit v2 (150 cycles) | Illumina | FC-404-2001 | |
NGS Fragment kit | Agilent | DNF-473-1000 | |
Papain | Worthington | LK003176 | resuspend in 5 mL of Ca/Mg free PBS for a final concentration of 27 U/mL |
SYBR Gold nucleic acid gel stain | ThermoFisher | S11494 | |
Trizol LS | ThermoFisher | 10296028 | |
UVP Benchtop UV Transilluminators: Single UV | Fisher Scientific | UVP95044701 | |
Vannas Scissors Straight Fine Science Tools #91500-09 | Fisher Scientific | NC9609583 |