我们描述了一种在早期小鼠胚胎中分析微RNA的技术。该协议克服了低细胞输入和小RNA富集的挑战。此测定可用于分析早期小鼠胚胎不同细胞系中 miRNA 表达随时间变化。
微RNA(miRNA)对于细胞命运决策和发育时间的复杂调控非常重要。由于细胞数量有限,对miRNA在早期发育过程中的贡献进行体内研究在技术上具有挑战性。此外,许多方法要求在测定中定义感兴趣的miRNA,如北方印迹、微阵列和qPCR。因此,在早期开发过程中,许多miRNA及其等构件的表达尚未被研究过。在这里,我们演示了早期小鼠胚胎中分类细胞的小型RNA测序方案,以便对早期神经峰细胞群中的miRNA进行相对公正的分析。在使用放大和凝胶纯化进行库准备期间,我们克服了低细胞输入和尺寸选择的挑战。我们确定胚胎年龄是复制和阶段匹配小鼠胚胎之间变化的变量,必须使用来准确描述生物复制中的miRNA。我们的结果表明,该方法可以广泛应用来分析来自细胞其他血统的miRNA的表达。总之,此协议可用于研究miRNA如何调节早期小鼠胚胎不同细胞系的发育方案。
发育生物学的一个核心问题是,单个未分化的细胞如何产生具有众多复杂细胞类型的整个生物体。在胚胎形成过程中,细胞的发育潜力随着生物体的发展而逐渐受到限制。一个例子是神经峰系,它逐渐从多能细胞群分化成各种终端衍生物,如外周神经元、胶质、颅骨和软骨。在胃化过程中,从外皮细胞中指定神经峰细胞,然后进行上皮到中分质过渡,并通过胚胎迁移到整个身体的离散位置,在那里他们将最终区分1。数十年的工作已经发现了一个转录基因调控网络,但对控制神经峰发育时间的转录后调控机制却远为较少。
先前的研究表明,微RNA(miRNA)抑制基因表达,以适当的发育时间和细胞命运决定2,32,3,4,5,6。,4,5,6神经波峰发育中的miRNA研究主要集中在颅面发育的后期阶段。例如,miR-17×92和miR-140对小鼠和斑马鱼的颅面发育中古生平至关重要,分别是,7、8。miRNA对胚胎最早的神经峰命运决策的贡献尚未得到彻底调查。在早期命运决策中对miRNA的研究受到技术挑战的有限,例如早期胚胎中存在的细胞数量低。
MiRNA在体外被分析,从细胞系使用胚胎体在不同阶段的分化,以模型早期小鼠的发展9。在早期哺乳动物发育期间,对体内小型RNA的调查相对有限。以前对 miRNA 进行剖面分析的方法已导致偏差,因为已知序列用于分析方法(如 qPCR、微阵列和北部印迹10)中特定 miRNA 的表达式。下一代测序和不断改进的分子工具现在允许对miRNA表达进行相对公正的分析,以研究它们对早期哺乳动物发育和细胞命运决策的贡献。
在这里,我们报告一种技术,从早期小鼠胚胎(E7.5)到器官生成(E9.5)开始,在神经波峰细胞中表达的小RNA的收获和序列。此技术非常简单,结合了血统跟踪、细胞排序和基于凝胶的大小选择,以准备从最少数量的细胞中的小型RNA测序库进行下一代测序。我们强调严格胚胎的胚胎阶段匹配的重要性,以解决6小时的时间间隔,以获得在早期发育的快速变化中对miRNA的全面视图。该方法可广泛应用于遗传和发育研究,避免胚胎的集中。我们描述了一种克服当前方法的挑战的方法,例如使用基于凝胶的纯化、库定量和最小化从 PCR 引入的miRNA浓缩方法。这种方法已用于识别miRNA表达模式随着时间的推移,以研究miRNA如何控制发育时间在小鼠胚胎的神经波峰血统。
发育过程可以快速进行,并且细胞正在经历许多顺序规范,以便全面了解有助于早期命运决策的 miRNA,需要比广泛使用的半天增量更具体的分期。最近的一项研究从 Theiler 阶段 12 胚胎中进行了 RNA 测序,这些胚胎的范围从 3 到 6 个索米特11。我们发现,在这段时间内,神经峰细胞被指定(3个年龄),去层(4索米年龄),并迁移(5-6索米的年龄)。我们还发现,除了用于血统跟踪细胞群的Cre-driver外,年龄是生物样本之间最大的变异源,只有与体膜匹配的胚胎才应被视为复制。在将转基因胚胎与野生型对控进行比较时,也应考虑这一点。
在早期开发过程中对miRNA进行剖面分析的方法已经使用10-100纳克的RNA输入进行小型RNA测序库制备,并将多个胚胎汇集到一个样本13,14,中。我们演示单个 E7.5 胚胎或 E8.5 和 E9.5 中分离神经峰细胞的 RNA 分离和库制备,使用约 100 ng 的总 RNA 作为输入。分离胚胎进行分选时,应注意在显微镜下观察分离,并淬火反应,以观察获得单细胞时的反应。我们发现,E8.5-E9.5胚胎颅区域的分离几乎是即时的,如协议中描述的温和手动移液。对于较大的组织和越来越老的胚胎,分离时间可能更长,这取决于胚胎分离的部分。对于 E7.5-E9.5 胚胎,在显微镜下很容易看到细胞团,分离应继续下去,直到不再可见团块。如果您在 5-10 倍的任何地方通过井中的解决方案调整焦点,单个单元在溶液中是可见的。以前的方法将细胞直接分拣成解解缓冲液,用于RNA测序,以制备来自低细胞14的散装RNA。在这里,我们直接分拣到RNA提取解解,以便RNA可以在库制备开始前被分离。使用具有 11 μL 洗脱体积的迷你柱,可以达到足够高的 RNA 浓度,因此单个 RNA 制备可以在小 RNA 和散装 RNA 测序之间分离。
大多数小型RNA测序方法的一个当前限制是转化cDNA的PCR扩增。我们的方法没有克服这一限制,但我们能够将 PCR 周期从建议的 25 个最大值缩短到 16 个周期。这种扩增的减少减少了PCR引入的人工放大偏置。另一个偏置源是适配器的连结,已知位于适配器末端的特定序列和 miRNA 可以与其他序列一起结合,效率更高。为了避免这种情况,此协议中使用的适配器在每个适配器的末尾包含 4 个随机基点,以防止结扎反应中出现偏差。此外,另一个常见问题是当RNA输入低时形成适配器的调子数量。库准备套件确实包括减少适配器暗淡形成的步骤,例如适配器失活和珠子清理,以在每次连接后删除多余的适配器。我们还将 3′ 和 5′ 4N 适配器稀释 1/4,以减少可形成适配器的稀释剂数量。我们发现,当不稀释时,130 bp 波段强度增加,因此很难区分凝胶上包含所需小 RNA 库的 150 bp 波段。
目前准备测序库的另一个挑战是测序前对产品进行精确量化。我们发现,不同的方法在同一库上给出不同的结果。我们建议研究人员使用多种定量方法获得对浓度的准确估计。
该协议可以广泛应用于遗传、发育研究或其他从低数量细胞中采集RNA的应用。这种方法通过避免胚胎的汇集简化了时间研究,并可以很容易地应用于非分拣和分拣细胞。
The authors have nothing to disclose.
该项目得到了安德鲁·麦克多诺B+基金会和NIH(R01-HD099252,R01-HD098131)的支持。 R.J.P. 是癌症研究 (RR150106) 的 CPRIT 学者和癌症研究 (V 基金会) 的 V 学者。作者还感谢BCM的Cytometry和细胞分拣核心为该项目提供必要的设备。
#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 |