我们提出了一种在生理和病理条件下, 从斑马鱼脑中分离出神经元、巨噬细胞和小胶质的协议。分离后, 从这些细胞中提取 RNA, 分析其基因表达谱。该协议允许收集高质量的 RNA 来执行下游分析, 如 qPCR 和转录组学。
为了深入了解不同中枢神经细胞在发育过程中的作用, 以及大脑病理的建立和进展, 在不改变基因表达谱的情况下, 分离这些细胞是很重要的。斑马鱼模型提供了大量的转基因鱼线, 其中特定的细胞类型被标记;例如神经元在 NBT: DsRed 线或巨噬细胞/小胶质在 mpeg1:eGFP 线。此外, 抗体已经发展到染色特定的细胞, 如小胶质与4C4 抗体。
这里, 我们描述了从斑马鱼脑中分离出的神经元, 巨噬细胞和小胶质。该协议的核心是避免酶组织消化37摄氏度, 这可能会改变细胞剖面。相反, 组织均匀化的机械系统在4°c 使用。该协议要求将大脑的同质化分为细胞悬浮、免疫染色和神经元、巨噬细胞和小胶质的分离。之后, 我们从这些细胞中提取 RNA, 并评估其质量/数量。我们设法获得高质量的 rna (rna 完整性数字 (qPCR) > 7) 来执行对巨噬细胞/小胶质和神经元的, 以及 transcriptomic 分析小胶质。这种方法能够更好地刻画这些细胞, 并更清楚地了解它们在发育和病理中的作用。
自从第一次量化老鼠脑 transcriptomes1以来, 在过去十年里, 关于大脑发育和脑部疾病的知识显著改善。事实上, 基因组广泛的基因表达分析给我们提供了关于脑组织和细胞的详细的基因信息, 可以补充和改进与其他技术和工具所做的观察。
斑马鱼是一种强有力的生物模型, 易于繁殖和基因修饰;它的光学透明度在幼虫阶段允许实况成像观察2。不幸的是, 与人和老鼠相比, 可用于免疫染色的抗体数量相当低。为了弥补这种情况, 转基因鱼鱼线很容易由转基因鱼类在细胞型特定促进剂下表达荧光蛋白。转基因斑马鱼线过去曾用于研究在中枢神经系统 (CNS) 发育和疾病中巨噬细胞和小胶质的作用3,4,5,6。然而, 为了深入了解这些过程, 我们需要了解基因表达在各自细胞类型中的变化。为了达到这个目的, 我们开发了一种实验方法, 专门从3到8天后受精 (dpf) 斑马鱼的大脑中分离出神经细胞, 巨噬细胞和小胶质。为建立该议定书, 我们与转基因鱼线合作, 表达绿色荧光蛋白 (GFP) 在巨噬细胞表达基因启动子 (mpeg1:eGFP) 和 DsRed 神经元在神经ß-蛋白启动子 (NBT: DsRed)7,8,9。此外, 我们进行免疫染色小胶质细胞使用 4C4, 一只老鼠单克隆抗体, 专门染色斑马鱼胶质细胞10,11。然后, 从这些细胞中提取核糖核酸 (RNA), 进一步定量聚合酶链反应 (qPCR) 或转录分析。本协议旨在有效地融汇斑马鱼幼虫的脑组织;收集神经元、巨噬细胞/小胶质细胞和小胶质, 而不改变其血浆膜完整性, 最后从高品质 (玲 > 7) 中提取 RNA 和数量进行基因组分析。不同于以前发表的研究, 使用胰蛋白酶治疗在37°c 消化脑组织12,13, 这个协议促进工作在4°c, 直到 RNA 提取步骤, 以减少基因表达谱的修改。这一步是至关重要的, 因为小胶质细胞和巨细胞是高度敏感的电池, 反应的变化, 他们的基因表达谱和极化14,15,16。
这里详细描述的协议显示了从斑马鱼幼虫大脑中分离出的神经元、巨噬细胞和小胶质细胞, 但实际上, 它可以适应大脑中的任何其他单元–要么使用转基因鱼线, 要么标记特定的抗体。这种方法可以通过基因组广泛的基因表达分析来更好地表征中枢神经系统细胞, 并有助于了解它们在发育和脑部疾病中的作用。
此处描述的实验性协议是一种健壮有效的方法, 可以将斑马鱼幼虫的脑细胞从3到8的 dpf 中分离出来。重要的是, 这是第一个允许特定的小胶质细胞与斑马鱼的大脑分离的协议。该协议的目的是保持细胞膜的完整性, 并尽量减少可能的修改在处理过程中发生的基因表达。这最后一点是关键的相关性的结果, 基于分析这些孤立的细胞基因组剖面。事实上, 小胶质细胞和巨噬细胞极化受到其微环境的强烈影响。在37摄氏度时, 这些细胞会改变他们的基因表达谱, 以应对实验条件 (损伤 (横断) 反应)。因此, 在 RNA 提取前4摄氏度进行这个实验是非常重要的, 以减缓细胞过程和新陈代谢活动。此外, 选择4°c 的机械脑组织, 而不是酶组织消化37°c, 以避免任何影响基因表达谱。
重要的是要强调, 这种方法是非常快的;在一天之内几个脑子细胞人口可以从至少二个不同的实验情况被隔绝和他们的 RNA 提取。该协议的总长度取决于每个条件使用的幼虫数量, 因为幼虫头的横断是限制步骤 (∼350头/小时)。一般而言, 要使用3、5和 7 dpf 的小胶质细胞, 建议将每个测试的样带∼600头, 以获得足够的 RNA 提取 (表 1)。由于小胶质细胞的表达率最低 (每头约112个细胞为7个 dpf), 所以可以减少其他细胞类型 (包括巨噬细胞) 的头数 (每头约170个单位为7个 dpf)。
该协议的另一个优点是, 一旦建立了外地资产管制分类器的设置, 相同的设置可以用于不同的实验。据观察, 细胞的数量完全适合从一个实验到另一个与盖茨以前设计, 显示的重复性的实验使用这种方法。
这种方法的一个缺点是收获的 RNA 量相对较低。然而, 这种限制比技术问题更像是一个生物学问题, 因为小胶质细胞的数量在大脑发育的早期阶段非常低 (表 1)。由于收集到的 RNA 数量较少, 需要考虑放大步骤来进行基因组广泛的基因表达分析。幸运的是, 这些放大步骤产生足够数量的高质量 cDNA。因此, 可以研究孤立细胞基因表达谱的全局变化。
最后, 该协议提供了一种健壮的方法, 以分离和研究各种中枢神经细胞类型的斑马鱼的大脑。这可用于在发展过程中加深对这些细胞的了解, 并研究它们在疾病中的作用。
The authors have nothing to disclose.
我们感谢克莱尔. 戴维斯博士和维罗尼克 Miron 博士 (爱丁堡, 联合王国的皇后医学研究所) 初步帮助和讨论实验方法和 QMRI 流式细胞仪和细胞分拣设施。这项工作得到了英国癌症研究职业创立奖 Sieger 博士的支持。
1-phenyl 2-thiourea (PTU) | Sigma | P7629 | |
Hepes | Gibco | 15630-056 | |
D-Glucose | Sigma | G8644-100ML | |
HBSS 1X | Gibco | 14170-088 | |
Percoll | GE Healthcare | 17-0891-02 | |
HBSS 10X | Gibco | 14180-046 | |
DPBS 1X | Gibco | 14190-094 | |
Tricaine (MS222) | Sigma | A5040 | |
Sterilin standard 90mm petri dishes | ThermoFisher | 101VIRR | |
Surgical micro-scissors | Fine Science Tools | 15000-00 | |
3 mL Pasteur plastic bulk pipette | SLS | PIP4206 | |
Glass homogenizer | Wheaton | 357538 | |
Sterilin standard 55mm petri dishes | ThermoFisher | P55V | |
Percoll | GE Healthcare | 17-0891-02 | |
40 µm cell strainer | Falcon | 352340 | |
50 ml polypropylen conical tube | Falcon | 352070 | |
Centrifuge | Eppendorf | 5804 R | |
10 mL syringe | BD | 302188 | |
Needle 23G x 1'' | BD | 300800 | |
Normal goat serum (NGS) | Cell Signalling | 5425S | |
35 μm cell strainer cap | BD | 352235 | |
FACS tubes | BD | 352063 | |
Low Endotoxin, Azide-Free (LEAF) | Biolegend | 101321 | |
Alexa Fluor 647 Goat Anti-Mouse IgG (H+L) | Life Technologies | A11008 | |
Anti-4C4 | Courtesy of Catherina Becker (University of Edinburgh) | ||
FACS sorter FACSAria II | BD | QMRI, FACS facility | |
RNeasy Plus Micro Kit | QIAGEN | 74034 | |
β-mercaptoethanol | Gibco | 31350-010 | |
QIAshredder | QIAGEN | 79654 | |
SsoAdvanced Universal SYBR Green Supermix | Bio-Rad | 1725271 | |
SuperScript III First-Strand Synthesis System | Invitrogen | 18080-051 | |
LightCycler 96 Real-Time PCR System | Roche | ||
Ovation RNA-Seq System V2 | NuGEN | 7102-32 | |
Agilent RNA 6000 Pico reagents | Agilent | 5067-1513 | |
2100 Bioanalyzer | Agilent | ||
RNaseZap | Ambion | AM9780 |