Detta protokoll beskriver hur man bedömer uttrycket av ett stort uppbåd av gener vid den klonala nivån. Encelliga RT-qPCR producerar mycket tillförlitliga resultat med en stark känslighet för hundratals prover och gener.
Genuttryck heterogenitet är en intressant funktion för att undersöka i lymfoida populationer. Genexpression i dessa celler varierar under cellaktivering, stress, eller stimulering. Encelliga multiplex genexpression möjliggör samtidig bedömning av tiotals gener 1, 2, 3. Vid encelliga nivå bestämmer multiplex genuttryck befolknings heterogenitet 4, 5. Det gör det möjligt att skilja av befolkningen heterogenitet genom att bestämma både sannolika blandning av olika prekursorer steg bland mogna celler och även mångfalden av cellsvar på stimuli.
Medfödda lymfoidceller (ILC) har nyligen beskrivits som en population av medfödda effektorer av immunsvaret 6, 7. I detta protokoll cell heterogenitet ILC hanpatic utrymmet undersöks under homeostas.
För närvarande är den mest använda tekniken för att utvärdera genuttryck är RT-qPCR. Denna Metoden mäter genuttryck endast en gen i taget. Dessutom kan denna metod inte uppskatta heterogenitet av genuttryck, eftersom multipla celler behövs för ett test. Detta leder till mätning av den genomsnittliga genuttryck av befolkningen. Vid bedömningen av ett stort antal gener, blir RT-qPCR en tids-, reagent- och prov krävande metod. Därför kompromisser begränsa antalet gener eller cellpopulationer som kan utvärderas, vilket ökar risken för att missa den globala bilden.
Detta manuskript beskriver hur encelliga multiplex RT-qPCR kan användas för att övervinna dessa begränsningar. Denna teknik har gynnats av de senaste mikrofluidik tekniska framsteg 1, 2. Reaktioner som sker i multiplex RT-qPCR chips inte exkleed den nanoliter-nivå. Hence, encelliga genuttryck, såväl som samtidig multipel genexpression, kan utföras i ett reagent-, prov- och kostnadseffektivt sätt. Det är möjligt att testa cell gen signatur heterogenitet på klonnivå mellan cellgrupper inom en population på olika utvecklingsstadier eller under olika förhållanden 4, 5. Att arbeta på sällsynta populationer med ett stort antal villkor vid encelliga nivå är inte längre en begränsning.
Under de senaste åren, medfödda lymfoidceller (ILCS) har blivit allt undersökts. Trots bristen på antigenspecifika receptorer, de tillhör den lymfoida härstamningen och utgör viktiga sentinels för vävnads homeostas och inflammation. ILCS närvarande delas in i tre grupper baserat på deras uttryck av specifika transkriptionsfaktorkombinationer och deras förmåga att producera cytokiner 6, 7.
ILCS bidrar till många homeostatiska och patofysiologiska situationer i olika organ via specifik cytokinproduktion 8, 9. För att kunna förstå vilken roll dessa celler, är det viktigt att bestämma de olika ILC subpopulationer per organ och att identifiera deras utvecklings relationer. Dessutom har fenomenen plasticitet mellan de olika undergrupper varit relaterade. Genom att studera heterogenitetav celler i ett organ, är det möjligt att avgränsa sitt stadium av mognad och att skilja sina specifika funktioner.
För att illustrera tekniken av encelliga multiplex RT-qPCR var lever ILCS valt, med särskild tonvikt på deras heterogenitet inom samma ILC grupp (typ 1 ILC) 10. Först, genom användning av flödescytometri, har tre distinkta ILC populationer kännetecknad av levern. Grupp 1 ILC utgör ca 80% av de medfödda effektenheter, medan de två andra populationer är sällsynta lever ILC populationer (mindre än 5% av de medfödda effektorer). Dessa populationer sorterades med hjälp av allmänt uttryckta på cellytan markörer för ILC populationer. Som ett resultat, sorterade ILC populationer i levern ser i stort sett likadan till en annan.
Encelliga multiplex RT-qPCR har framträtt som en av de bästa teknikerna att snabbt undersöka heterogenitet av dessa populationer 11 </supp>. Två huvudsakliga egenskaper bestäms genom att utnyttja den encelliga multiplex RT-qPCR teknik. Först, genom att titta på klonnivå, är det möjligt att återvinna cellspecifika genuttryck för jämförelse mellan celler som uppenbarligen visar liknande utvecklingsstadier. Sedan, genom att titta på en i förväg utvald kombination av genuttryck, kommer vi bestämma ny gen signaturer baserade på samtidiga genexpressionsmönster vid en tidpunkt. Dessa aspekter medger insamling av en stor mångfald av expressionsdata för ett stort antal celler, även om sällsynta populationer, eftersom den teknik som utförs vid den klonala nivån. Därigenom kan ILC heterogenitet i levern bedömas på lämpligt sätt.
Därefter genom att sortera alla celler med en global ILC fenotyp, är en bred översikt över flera genuttryck i levern ILC populationer erhållas, trots att de utgör ytterst sällsynta populationer. En mikroflödessystem-baserad chip gör experiment med ännuen liten mängd cellmaterial. Som en konsekvens, kan de genuttrycksprofilerna av sällsynta cellpopulationer erhållas. Använda online-gen signaturanalys programvara, cellpopulationen kluster och potentiella cellförhållanden kan undersökas. Följaktligen kan funktionstester utföras för att validera klusterdata vid in vivo nivå.
Tiotals genuttryck kunde bedömas samtidigt på hundratals eller fler enkla celler på samma chip 3, 11, 12. Utformningen av analysen är den längsta och viktigaste delen av experimentet. Bestämningen av de gener som är relevanta för den hypotesen som ska provas är av största vikt för att erhålla relevanta resultat. För det andra behövs för intern kontroll (såsom kända ytmarkörer används för att sortera) och särskilda kontroller. Detta är avgörande för att testa primern amplifieringsspecificitet, effektiviteten i amplifieringen, och tHan frånvaro av föregångare konkurrens. Därför, som arbetar med encelliga multiplex RT-qPCR är en tidsbesparande teknik, såsom multipel-genuttryck hos en cell bedöms på samma gång.
Med användning av samma chip och blandning av reagens för alla celler begränsar eventuella fel för manipulation och tillåter reproducerbarhet mellan prover. Sammantaget, de olika aspekterna av encelliga multiplex RT-qPCR möjliggör produktion av mycket tillförlitliga resultat på klonnivå, med en stor grad av känslighet för en mängd olika prover och gener. De erhållna resultaten ger kraftfulla och robusta data för biostatistiska tester.
Detta kan uppnås på grund av den mikroflödes aspekt av förfarandet, som möjliggör arbete med mycket små mängder av material och leder till uttömmande resultat. Slutligen, med hjälp av programvara online, är det möjligt att jämföra de önskade populationer.
Detta protokoll beskriver hur man kan få uttömmande genuttryck uppgifter på klonnivå. Här undersökte vi lever ILC fack heterogenitet. Efter encelliga sortering av olika ILC populationer (baserat på allmänt uttryckta ILC ytmarkörer), prover före förstärktes för specifika förvalda gener. Därefter tillsattes den erhållna cDNA och primers lastas på en multiplex RT-qPCR mikroflödes chip. Slutligen fick vi uttrycket av 48 olika gener från 48 enskilda celler. Genuttryck resultat analyserades via en online-pr…
The authors have nothing to disclose.
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.
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 |