Summary

レアリンパ集団の不均一性を特徴づけるためにマルチプレックスRT-qPCRのを使用した単一細胞の遺伝子発現

Published: January 19, 2017
doi:

Summary

このプロトコルは、クローンレベルでの遺伝子の大規模な配列の発現を評価する方法について説明します。単一細胞RT-qPCRをサンプルと数百の遺伝子のための強力な感度を有する信頼性の高い結果が得られます。

Abstract

遺伝子発現の不均一性は、リンパ集団で調査する興味深い特徴です。これらの細胞における遺伝子発現は、細胞活性化、ストレス、又は刺激中に変化します。単一セルマルチプレックス遺伝子発現は遺伝子1、2、3の数十の同時評価を可能にします。単一細胞レベルでは、多重遺伝子発現は、集団の不均一4,5判定する。これは、成熟した細胞間の多様な前駆段階の可能性ミックスとも刺激に対する細胞応答の多様性の両方を決定することにより、人口の異質性の区別を可能にします。

先天性リンパ系細胞(ILC)は最近、免疫応答6、7の生来のエフェクターの集団として記載されています。 ILC彼のこのプロトコルでは、細胞の不均一paticコンパートメントは恒常性の間に検討されています。

現在、遺伝子発現を評価するための最も広く使用される技術は、RT-qPCRのです。この方法は、一度に遺伝子発現1つの遺伝子のみを測定します。複数のセルを1つのテストのために必要とされるのでさらに、この方法は、遺伝子発現の不均一性を推定することができません。これは、集団の平均遺伝子発現の測定をもたらします。多数の遺伝子を評価する場合、RT-qPCRのは、時間、reagent-、およびサンプルのかかる方法になります。したがって、トレードオフがグローバル画像を欠落するリスクを増大させる、評価することができる遺伝子または細胞集団の数を制限します。

この原稿は、単一細胞マルチプレックスRT-qPCRには、これらの制限を克服するために使用することができる方法を記載しています。この技術は、最近のマイクロフルイディクス技術の進歩1、2から恩恵を受けています。マルチプレックスRT-qPCRをチップに起こる反応はEXCありませんナノリットルレベルをEED。したがって、単一細胞遺伝子発現、ならびに同時に複数の遺伝子の発現、reagent-、試料 – 、および費用対効果の高い方法で行うことができます。異なる発達段階で、または異なる条件4,5の下で集団内の細胞のサブセット間クローンレベルでの細胞遺伝子シグネチャーの不均一性をテストすることができます。単一細胞レベルでの条件の数が多い希少な集団での作業はもはや制限ではありません。

Introduction

過去数年間、先天性リンパ系細胞(ILCS)は、ますます研究されてきました。抗原特異的受容体の欠如にもかかわらず、彼らはリンパ系統に属し、組織の恒常性や炎症のための重要な番兵を表します。 ILCSは、現在、特定の転写因子の組合せの発現におよびサイトカイン6,7産生する能力に基づいて3つのグループに分けています。

ILCSは、特定のサイトカイン産生8、9介して多様な器官における数多くの恒常性および病態生理学的状況に貢献しています。これらの細胞の役割を理解することができるためには、臓器ごとに様々なILC亜集団を決定し、それらの発達の関係を識別することが重要です。また、異なるサブセット間の可塑性の現象が関連しています。異質性を研究することによって1つの器官に存在する細胞では、成熟のその段階を区切るために、それらの特定の機能を区別することが可能です。

単一セルの多重RT-qPCRの技術を説明するために、肝ILCSは同じILCグループ(タイプ1 ILC)10内に、その異質性に特に重点を置いて、選択されました。まず、フローサイトメトリーを使用することによって、三つの異なるILC集団は、肝臓中で特徴づけました。他の二つの集団が、稀な肝ILC集団(先天性エフェクターの5%未満)でありながら、グループ1 ILCは、生来のエフェクターの約80%を占めています。これらの集団は、ILC集団の広く発現される細胞表面マーカーを用いて選別しました。その結果、肝臓におけるILC集団が別に広く同様のものを見て選別しました。

シングルセル多重RT-qPCRを速やかにこれらの集団11の不均一性を調査するための最良の手法の一つとして浮上しています</s>アップ。二つの主な特徴は、単一細胞マルチプレックスRT-qPCRの技術を利用して決定されます。まず、クローンレベルを見て、明らかに類似した発達段階を示す細胞との比較のために、細胞特異的遺伝子発現を回復することが可能です。そして、遺伝子発現の予め選択された組み合わせを見ることによって、我々は、1つの時点での同時の遺伝子発現パターンに基づいて、新たな遺伝子特性を決定します。技術は、クローンレベルで行われるので、これらの態様は、さらに稀な集団に、多数の細胞のための発現データの多様な収集を可能にします。これにより、肝臓におけるILC異質性が適切に評価することができます。

次に、グローバルILC表現型を有するすべての細胞を選別することにより、肝臓ILC集団の複数の遺伝子の発現の広範な概要は、それらが非常にまれな集団を表していても、得られます。マイクロ流体ベースのチップもで実験を可能にします細胞物質の少量。その結果、希少細胞集団の遺伝子発現プロファイルを得ることができます。オンライン遺伝子特性分析ソフトウェアを用いて、細胞集団のクラスタと電位セルとの関係を調べることができます。これにより、機能テストは、in vivoレベルでクラスタリングデータを検証するために行うことができます。

遺伝子発現の十同じチップ3、11、12の数百以上の単一の細胞に同時に評価することができます。アッセイの設計は、実験の最長かつ最も重要な部分です。試験されるべき仮説に関連する遺伝子の決意は、適切な結果を得るために最も重要です。 (そのようなソートに使用される公知の表面マーカーなど)第二に、内部統制および特定のコントロールが必要とされています。これは、プライマー増幅特異性、増幅効率、およびtをテストすることが重要ですプライマー競争の彼が不在。セルの複数の遺伝子発現を同時に評価されるようにそのため、単一セル多重RT-qPCRをでの作業は、時間節約テクニックです。

すべてのセルのための試薬の同じチップとミックスを使用すると、操作のエラーの可能性を制限し、サンプル間の再現を可能にします。要するに、単一セル多重RT-qPCRをのさまざまな側面は​​、サンプルや遺伝子の幅広い感度の偉大なレベルで、クローンレベルでの信頼性の高い結果の生成を可能にします。得られた結果は、生物統計学的試験のための強力かつ堅牢なデータを提供しています。

これは、材料の非常に少量の作業を可能にし、徹底的な結果をもたらす方法のマイクロ流体態様に達成することができます。最後に、オンラインソフトウェアを使用して、所望の集団を比較することができます。

Protocol

全ての動物実験は、フランス農業省とEUのガイドラインに従ってパスツール研究所安全委員会の承認されました。 1. 96ウェルシングルセルソーティングプレートを準備します特定のレトロ転写緩衝液5.0μlを、低エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、TE緩衝液(10mMのTE溶液を、pHが8、および0.1mM EDTA溶液の1.3μLを添加することによって、1.5mlチューブ中でプレ増幅ミックスを調製し、0.2μ…

Representative Results

リンパ系集団は、遺伝子発現に大きな多様性を示します。このプロトコルでは、肝臓ILC区画の不均一は、単一細胞マルチプレックスRT-qPCRの遺伝子発現を用いて調べました。他の遺伝子発現技術とは異なり、単一細胞マルチプレックスRT-qPCRの遺伝子発現を同時に、さらに希少、いくつかの集団での作業を可能にします。クローンレベルで高感度に結合されたこの特異?…

Discussion

このプロトコルは、クローンレベルでの網羅的な遺伝子発現情報を取得する方法について説明します。ここでは、肝臓ILCコンパートメントの不均一性を調べました。 (広く発現ILC表面マーカーに基づいて)異なるILC集団の単一細胞選別後、サンプルを特定の予め選択された遺伝子のための予備増幅しました。次に、得られたcDNAおよびプライマーは、多重RT-qPCRをマイクロ流体チップにロード?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

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.

Materials

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

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Cite This Article
Perchet, T., Chea, S., Hasan, M., Cumano, A., Golub, R. Single-cell Gene Expression Using Multiplex RT-qPCR to Characterize Heterogeneity of Rare Lymphoid Populations. J. Vis. Exp. (119), e54858, doi:10.3791/54858 (2017).

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