תאים יחידים Gene Expression Profiling שימוש FACS ו qPCR עם סטנדרטים פנימיים

תאים בודדים בתוך אוכלוסייה יכול להראות תגובות ומעולם שונות לגירוי ¹ פיסיולוגי ^{אחיד, 2, 3, 4.} הווריאציה הגנטית של תאים באוכלוסייה היא מנגנון אחד עבור מגוון זה של תגובות, אבל יש גם כמה גורמים שאינם גנטיים שיכול להגדיל את ההשתנות של תגובות, גם באוכלוסייה משובטת של תאים. לדוגמא, הרמות של חלבונים בודדים מולקולות איתות חשובות אחרות יכולות להשתנות על בסיס תא אחר תא, והולידו וריאצית פרופילי ביטוי גנים במורד זרם. בנוסף, הפעלת גנים יכולה להתרחש התפרצויות קצר משך התמלילים ^{5, 6} שעשויות להיות מוגבל למספר קטן יחסית של תמלילים לכל פרץ ^{7, 8, 9.} כגוןstochasticity ב הפעלת הגן יכול לתרום השתנות מאוד תגובות ביולוגיות והוא יכול לספק יתרון סלקטיבי מיקרואורגניזמים ¹⁰ ו בתאי יונקים ^{1, 2} מגיבים על גירוי פיזיולוגי. בשל שני המקורות הגנטיים שאינם גנטיים של וריאציה, פרופיל ביטוי גנים של כל תא נתון בתגובה לגירוי עשוי להיות שונה באופן משמעותי מפרופיל ביטוי גנים הממוצע המתקבל מדידת התגובה בתפזורת. קביעת המידה שבה תאים בודדים מראים השתנות בתגובה לגירוי דורשת טכניקות עבור הבידוד של תאים בודדים, מדידת רמות ביטוי תמלילי העניין, ועל הניתוח חישובית של נתוני הביטוי שהתקבלו.

ישנן מספר גישות מנסים לאמוד ביטוי גנים בתאים יחידים, מכסי מגוון רחב של עלויות, מספר תמלילי נחקר, ודיוק של כימות. לדוגמא, תא בודד RNA-seq מציע עומק רחב של כיסויי תמליל ואת היכולת לכמת אלף תמלילים ברורים עבור הגנים הביעו הגבוהה ביותר בתאים בודדים; עם זאת, העלות הכרוכה עומק רצף כזה עלולה להיות מרתיעה, אם כי עלויות ממשיכות לרדת. לעומת זאת, קרינת RNA מולקולה בודדת הכלאה באתרו (FISH smRNA) מציעה כימותים מדויקים של תמלילים אפילו נמוך לבטא גנים במחיר סביר לכל גן של עניין; עם זאת, רק מספר קטן של גני מטרה ניתן assayed בתא נתון על ידי גישה זו. מבחני PCR מבוססים כמוני, כמתואר בפרוטוקול זה, לספק את שביל זהב בין הטכניקות הללו. מבחנים אלו להעסיק המכונים PCR microfluidic בזמן אמת לכמת עד 96 תמלילי עניין בכל פעם עד 96 תאים. בעוד כל אחת מהשיטות הנ"ל יש עלויות חומרה נדרשות, את העלות של כל assay qPCR פרט היא יחסיתנָמוּך. פרוטוקול זה מותאם מאחד שהוצע על ידי היצרן של מכונת PCR microfluidic בזמן אמת (פרוטוקול ADP 41, Fluidigm). כדי להפעיל את הערכת מספרם המוחלט של כל תמליל בגישה מבוססת PCR, הרחבנו את הפרוטוקול לעשות שימוש לגבי הבקרה פנימית על amplicons גן המטרה המוכן שניתן להשתמש בה בכל ניסויים מרובים.

כדוגמה של טכניקה זו, כימות של ביטוי גנים מוסדר על ידי p53 מדכא גידולים בתאי סרטן שד אנושיים MCF-7 מתוארת ^11. התאים מאותגרים עם סוכן כימי שגורם הפסקות פעמים גדיל DNA. מחקרים קודמים הראו כי התגובה p53 הפסקות DNA פעמיים גדיל מפגין מידה רבה של ההטרוגניות בתאים בודדים, הן מבחינת רמות ה- p53 ¹² ו בהפעלת גני מטרה מובחנת ^11. יתר על כן, p53 מסדיר את הביטוי של למעלה מ -100היטב מאופיין גני מטרה המעורבים מסלולים רבים במורד הזרם, כולל עיכוב מחזור התא, אפופטוזיס, והזדקנות ^{13, 14.} מאז התגובה בתיווך p53 בכל תא היא גם מורכבת ומשתנה, הניתוח של יתרונות המערכת מגישה שבה כמעט 100 גני המטרה ניתן נחקר בו זמנית בתאים בודדים, כמו זו מתוארת להלן. עם שינויים קלים (כגון שיטות חלופיות עבור בידוד תא בודד תמוגה), הפרוטוקול ניתן להתאים בקלות ללמוד מגוון רחב של סוגי תאים של יונקים, תעתיקים, ואת תגובות הסלולר.

עם הכנה מראש נכונה, סבב מיון תא ומדידת ביטוי גנים יכול להתנהל על פי פרוטוקול זה על פני תקופה של שלושה ימים. העיתוי הבא הוא הציע: מראש, בחר את תמלילי העניין, לזהות ולאמת את הזוגות פריימר כי להגביר את cDNA מאלה transcripts, ולהכין את הסטנדרטים ותערובות פריימר באמצעות פריימרים אלו. ביום 1, לאחר טיפול בתא, קציר ולמיין את התאים, לבצע שעתוק לאחור והגברת יעד ספציפי, ולטפל דגימות עם exonuclease להסיר פריימרים מאוגדים. ביום 2, לבצע בקרת איכות על תאים ממוינים באמצעות qPCR. לבסוף, ביום 3, למדוד את ביטוי הגנים בתאים המסודרים באמצעות microfluidic qPCR. איור 1 מסכם את השלבים הכרוכים.