Dit protocol beschrijft hoe de expressie van een groot scala van genen op het klonale niveau te beoordelen. Single-cell RT-qPCR levert zeer betrouwbare resultaten met een sterke gevoeligheid voor honderden monsters en genen.
Genexpressie heterogeniteit is een interessante functie om te onderzoeken in lymfoïde populaties. Genexpressie in deze cellen varieert gedurende celactivering, stress of stimulatie. Eencellige multiplex genexpressie gelijktijdige beoordeling van tientallen genen 1, 2, 3. Bij de single-cell niveau, multiplex genexpressie bepaalt bevolking heterogeniteit 4, 5. Het maakt het onderscheid van de bevolking door heterogeniteit om zowel de waarschijnlijke precursor mengsel van verschillende stadia bij rijpe cellen en ook de diversiteit van cel responsen op stimuli.
Aangeboren lymfoïde cellen (ILC) zijn recent beschreven als een populatie van aangeboren effectoren van het immuunrespons 6, 7. In dit protocol, cel heterogeniteit van de ILC hijpatic compartiment is onderzocht tijdens homeostase.
Momenteel is de meest gebruikte techniek om genexpressie te beoordelen is RT-qPCR. Deze methode maatregelen genexpressie slechts één gen per keer. Bovendien kan deze methode niet inschatten heterogeniteit van genexpressie, aangezien meerdere cellen zijn nodig voor één test. Dit leidt tot de meting van de gemiddelde genexpressie van de bevolking. Bij de beoordeling van een groot aantal genen, RT-qPCR wordt een tijd-, reagens- en-sample in beslag methode. Vandaar dat de trade-offs beperking van het aantal genen of celpopulaties die kunnen worden geëvalueerd, waardoor het risico van het missen van de globale beeld.
Dit manuscript beschrijft hoe ééncellige multiplex RT-qPCR kan worden gebruikt om deze beperkingen te overwinnen. Deze techniek heeft geprofiteerd van de recente technologische vooruitgang microfluidics 1, 2. Reacties die zich in multiplex RT-qPCR chips niet exceed de nanoliter-niveau. Derhalve eencellige genexpressie, en gelijktijdige meervoudige genexpressie, kan worden uitgevoerd in een reagens-, bemonster- en kosteneffectieve manier. Het is mogelijk om cellen genen profiel heterogeniteit testen op klonale niveau tussen celsubsets binnen een populatie in verschillende ontwikkelingsstadia of onder verschillende omstandigheden 4, 5. Aan zeldzame populaties met een groot aantal omstandigheden op de single-cell niveau niet langer een beperking.
In de afgelopen jaren, aangeboren lymfoïde cellen (ILC) in toenemende mate onderzocht. Ondanks het ontbreken van antigeen-specifieke receptoren, zij behoren tot de lymfoïde afstamming en vormen belangrijke wachters voor weefsel homeostase en ontsteking. ILC's worden momenteel onderverdeeld in drie groepen op basis van hun expressie van specifieke transcriptiefactor en combinaties van hun vermogen om cytokinen 6, 7 produceren.
ILC tot talrijke homeostatische en pathofysiologische situaties in diverse organen via specifieke cytokineproductie 8, 9. Om de rol van deze cellen te begrijpen, is het belangrijk om de verschillende subpopulaties ILC per orgaan bepalen en hun ontwikkeling relaties aan te geven. Bovendien zijn verschijnselen plasticiteit tussen de verschillende subgroepen gerelateerd. Door het bestuderen van de heterogeniteitvan de onderhavige in een orgaan cellen, is het mogelijk om het stadium van rijping te bepalen en hun specifieke functies te onderscheiden.
Om de techniek van single-cell multiplex RT-qPCR te illustreren, werden de lever ILC gekozen, met een bijzondere nadruk op de heterogeniteit binnen dezelfde ILC groep (type 1 ILC) 10. Enerzijds door middel van flowcytometrie, werden drie verschillende populaties ILC kenmerk in de lever. Groep 1 ILC vertegenwoordigt ongeveer 80% van het aangeboren effectoren, terwijl de twee andere populaties zeldzame hepatische ILC populatie (minder dan 5% van het aangeboren effectoren). Die populaties werden gesorteerd met behulp van algemeen voor het celoppervlak markers van ILC populaties. Hierdoor gesorteerd ILC populaties in de lever kijken grote lijnen gelijk aan elkaar.
Eencellige multiplex RT-qPCR heeft ontpopt als een van de beste technieken om onmiddellijk een onderzoek in de heterogeniteit van deze populaties 11 </sup>. Twee belangrijke eigenschappen worden bepaald door gebruik te maken van de eencellige multiplex RT-qPCR techniek. Ten eerste, door naar de klonale niveau, is het mogelijk om cel-specifieke genexpressie herstellen gedurende vergelijking van cellen die blijkbaar vergelijkbaar ontwikkelingsstadia geven. Vervolgens, door naar een vooraf geselecteerde combinatie van genexpressie, zullen we nieuwe genen handtekeningen bepalen gebaseerd op de gelijktijdige genexpressie patronen op één tijdstip. Deze aspecten staat hem toe allerlei expressie gegevens voor een groot aantal cellen, zelfs op zeldzame populatie, omdat de techniek wordt uitgevoerd op klonale niveau. Daardoor kan ILC heterogeniteit in de lever voldoende beoordeeld.
Vervolgens sorteert alle cellen met een globaal ILC fenotype, een breed overzicht van de meervoudige genexpressie van de lever ILC populaties wordt verkregen, hoewel ze vertegenwoordigen uiterst zeldzaam populaties. A-microfluïdische gebaseerde chip maakt het mogelijk experimenteren met nogeen kleine hoeveelheid celmateriaal. Bijgevolg kan de genexpressieprofielen van zeldzame celpopulaties worden verkregen. Met behulp van online gen handtekening analyse software, mobiele bevolking clusters en potentiële cel relaties kunnen worden onderzocht. Bijgevolg kunnen functionele tests worden uitgevoerd om de clustering gegevens op in vivo niveau valideren.
Tientallen genexpressies kunnen gelijktijdig worden beoordeeld op honderden of meerdere elementaire cellen op dezelfde chip 3, 11, 12. Uitvoering van de test is het langste en belangrijkste deel van het experiment. De bepaling van de genen voor de hypothese relevant beproeven essentieel om relevante resultaten te verkrijgen. Ten tweede, interne controle (zoals bekend oppervlaktemerkers gebruikt voor sorteren) en specifieke controles nodig. Dit is belangrijk om de primer amplificatie specificiteit, de efficiëntie van de amplificatie en t testenHij afwezigheid van primer concurrentie. Daarom werken met eencellige multiplex RT-qPCR is een tijdbesparende techniek als meervoudige genexpressie van een cel wordt beoordeeld tegelijkertijd.
Met dezelfde chip en mengeling van reagentia voor alle cellen beperkt de mogelijke fouten van manipulatie en maakt reproduceerbaarheid tussen monsters. Geheel, de verschillende aspecten van eencellige multiplex RT-qPCR maakt de productie van zeer betrouwbare resultaten op klonale niveau met een grote mate van gevoeligheid voor diverse monsters en genen. De behaalde resultaten bieden krachtige en betrouwbare gegevens voor biostatistical testen.
Dit kan worden bereikt door de microfluïdische aspect van de methode, waarmee het werk aan zeer kleine hoeveelheden materiaal en leidt tot uitgebreide gegevens. Bovendien zullen, met online software, is het mogelijk om de gewenste populaties vergelijken.
Dit protocol beschrijft hoe uitputtend genexpressie informatie op het klonale niveau te verkrijgen. Hier, onderzochten we de lever ILC compartiment heterogeniteit. Na eencellige sorteren van de verschillende ILC populaties (gebaseerd op algemeen voor ILC oppervlak markers), monsters werden voorversterkte voor specifieke vooraf geselecteerde genen. Vervolgens worden de verkregen cDNA en primers werden op een multiplex RT-qPCR microfluïdische chip. Tenslotte kregen we de expressie van 48 genen van verschillende 48 indivi…
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 |