אנו מתארים טכניקה לפרופיל microRNAs בעוברי עכבר מוקדם. פרוטוקול זה מתגבר על האתגר של קלט תאים נמוך והעשרת RNA קטנה. תוואי זה יכול לשמש כדי לנתח שינויים בביטוי miRNA לאורך זמן בנסיגות תאים שונים של עובר העכבר המוקדם.
MicroRNAs (miRNAs) חשובים לרגולציה מורכבת של החלטות גורל התא ותזמון התפתחותי. במחקרי vivo של התרומה של miRNAs במהלך פיתוח מוקדם הם מאתגרים מבחינה טכנית בשל מספר התא המגביל. יתר על כן, גישות רבות דורשות miRNA של עניין להיות מוגדר בהגדרה כגון כתמים צפוניים, מיקרו-מסוף, ו qPCR. לכן, הביטוי של miRNAs רבים והזופורמים שלהם לא נחקרו במהלך התפתחות מוקדמת. כאן, אנו מדגימים פרוטוקול עבור רצף RNA קטן של תאים ממוינות מעוברי עכבר מוקדם כדי לאפשר פרופיל משוחד יחסית של miRNAs באוכלוסיות מוקדמות של תאי ציצה עצביים. אנו מתגברים על האתגרים של קלט תא נמוך ובחירה בגודל במהלך הכנת הספרייה באמצעות הגדלה וטיהור מבוסס ג’ל. אנו מזהים את הגיל העוברי כחשבונאות משתנה עבור וריאציה בין משכפלים ועוברי עכבר תואמי במה חייב לשמש לפרופיל מדויק miRNAs בשכפולים ביולוגיים. התוצאות שלנו מצביעות על כך שניתן להחיל שיטה זו בהרחבה על פרופיל הביטוי של miRNAs מנושאים אחרים של תאים. לסיכום, פרוטוקול זה יכול לשמש כדי ללמוד כיצד miRNAs לווסת תוכניות התפתחותיות בנסיגות תאים שונות של עובר העכבר המוקדם.
שאלה מרכזית של ביולוגיה התפתחותית היא איך תא אחד לא מוערך יכול לגרום אורגניזם שלם עם סוגי תאים מורכבים רבים. במהלך embryogenesis, הפוטנציאל ההתפתחותי של תאים הופך בהדרגה מוגבל ככל האורגניזם מתפתח. דוגמה אחת היא תיחינת הפסגה העצבית, אשר בהדרגה מבדיל מאוכלוסיית תאים רב-תכליתיים לתוך נגזרות מסוף שונות, כגון נוירונים היקפיים, גליה, עצם גולגולת, וסחוס. תאי ציצה עצביים מוגדרים מן ectoderm במהלך gastrulation ולאחר מכן לעבור אפיתל למעבר mesenchymal ולעבור דרך העובר למיקומים דיסקרטיים בכל הגוף שבו הםיבדילו באופן סופני 1. עשרות שנים של עבודה חשפו רשת רגולטורית גנטית שעתוק, אבל הרבה פחות ידוע על המנגנונים של רגולציה פוסט תמלול לשלוט בתזמון של התפתחות ציצה עצבית.
עבודה קודמת מצביעה על כך microRNAs (miRNAs) לדכא ביטוי גנים עבור תזמון התפתחותי תקין וגורל תא החלטות2,,3,,4,,5,6. מחקרים של miRNAs בפיתוח ציצה עצבית התמקדו בעיקר בשלבים מאוחרים יותר של התפתחות הגולגולת. לדוגמה, miR-17~92 ו- miR-140 הם קריטיים עבור palatogenesis במהלך פיתוח הגולגולת בעכבר ותדגי זברה,בהתאמה 7,8. תרומתם של miRNAs להחלטות הגורל העצביות המוקדמות ביותר של העובר לא נחקרה ביסודיות. מחקרים של miRNAs בהחלטות גורל מוקדם הוגבלו על ידי אתגרים טכניים כגון מספר התא הנמוך הנוכחי בעוברים מוקדמים.
MiRNAs כבר פרופיל במבחנה מקווי תא באמצעות גופים עובריים בשלבים שונים של בידול מודל פיתוח עכבר מוקדם9. החקירה של RNAs קטן בvivio במהלך פיתוח יונקים מוקדמים היה מוגבל יחסית. שיטות קודמות לפרופיל miRNAs הובילו להטיה כרצף ידוע משמש לניתוח ביטוי של miRNA ספציפי בשיטות כגון qPCR, מיקרו-מראיות, וכתמיםצפוניים 10. הדור הבא רצף ושיפור כלים מולקולריים עכשיו לאפשר ניתוח משוחד יחסית של ביטוי miRNA ללמוד את תרומתם להתפתחות יונקים מוקדמת החלטות גורל תא.
כאן, אנו מדווחים על טכניקה לקצור ורצף RNAs קטן לידי ביטוי בתאי ציצה עצביים מעוברי עכבר מוקדם המשתרעים gastrulation (E7.5) לתחילת organogenesis (E9.5). טכניקה זו פשוטה ומשלבת מעקב נסיון, מיון תאים ובחירה בגודל מבוסס ג’ל כדי להכין ספריות רצף RNA קטנות ממספר מינימלי של תאים לדור הבא. אנו מדגישים את החשיבות של התאמת שלב somite קפדנית של עוברים כדי לפתור מרווחי זמן של 6 שעות כדי לקבל תצוגה מקיפה של miRNAs במהלך השינויים המהירים של התפתחות מוקדמת. שיטה זו יכולה להיות מיושמת באופן נרחב על מחקרים גנטיים והתפתחותיים ונמנעת מאסף עוברים. אנו מתארים דרך להתגבר על אתגרים של שיטות נוכחיות כגון העשרה miRNA באמצעות טיהור מבוסס ג’ל, כימות ספריה, ומזעור הטיה שהוצגה מ- PCR. שיטה זו שימשה לזיהוי דפוסי ביטוי miRNA לאורך זמן כדי ללמוד כיצד miRNAs לשלוט תזמון התפתחותי ב ציווי הפסגה העצבית של עוברי עכבר.
תהליכים התפתחותיים יכולים להתקדם במהירות, ותאים עוברים מפרטים רציף רבים כך כדי ללכוד תצוגה מקיפה של miRNAs התורם להחלטות גורל מוקדם, היערכות ספציפית יותר נדרשת מאשר התוחלות חצי יום בשימוש נרחב. מחקר שנערך לאחרונה ביצע רצף RNA מ Theiler שלב 12 עוברים אשר נע בין בעל 3 כדי 6 somites11. אנו מוצאים כי במהלך תקופה זו של זמן, תאי הפסגה העצבית מוגדרים (3 somites של גיל), delaminate (4 somites של גיל), ולנדיד (5-6 somites של גיל). כמו כן, אנו מוצאים כי מלבד נהג Cre המשמש לאוכלוסיות תאי מעקב ים, גיל הוא המקור הגדול ביותר של וריאציה בין דגימות ביולוגיות, ורק עוברים תואמים somite צריך להיחשב שכפולים. יש לקחת בחשבון גם בעת השוואת עוברים טרנסגנית לפקדי wildtype.
שיטות קודמות פרופיל miRNAs במהלך פיתוח מוקדם השתמשו בין 10-100 ng של קלט RNA עבור הכנת ספריית רצף RNA קטן יש מאגר עוברים מרובים לתוך מדגםאחד 13,14. אנו מדגימים בידוד RNA והכנת ספרייה מעובר E7.5 יחיד או מתאי ציצה עצביים ממוינות ב E8.5 ו- E9.5 באמצעות כ 100 ng של RNA הכולל כקלט. בעת ניתוק עוברים למיון, יש לדאוג לצפות בדיסוציאציה תחת מיקרוסקופ ולהרוות את התגובה כדי לבחון מתי מתקבלים תאים בודדים. אנו מוצאים כי ניתוח של האזור הגולגולתי של E8.5-E9.5 עוברים הוא כמעט מיידי עם pipetting ידני עדין כמתואר בפרוטוקול. עבור רקמות גדולות יותר ועוברים מבוגרים יותר ויותר, זמן הדיסוציאציה עשוי להיות ארוך יותר בהתאם לחלק של העובר להיות מנותא. עבור עוברי E7.5-E9.5, גושי תאים גלויים בקלות מתחת למיקרוסקופ והדיסוציאציה צריכה להימשך עד שלא יהיו גושים נוספים גלויים. תאים בודדים גלויים בפתרון אם אתה מתאים את המוקד באמצעות הפתרון בבאר שלך בכל מקום מ 5-10x. שיטות קודמות למיין תאים ישירות לתוך מאגר lysis עבור רצף RNA כדי להכין RNA בצובר ממספר נמוך של תאים14. כאן אנו ממוינות ישירות לפתרון ליסיס החילוץ של RNA, כך שניתן יהיה לבודד את ה-RNA לפני תחילת הכנת הספרייה. שימוש בעמודות מיני עם נפח 11 μL elution מותר לריכוז RNA מספיק גבוה כך הכנה RNA יחיד יכול להיות מפוצל בין RNA קטן ו רצף RNA בתפזורת.
מגבלה נוכחית אחת של רוב שיטות רצף RNA הקטנות היא ההגברה PCR של cDNA מומר. השיטה שלנו אינה מתגברת על מגבלה זו, אך הצלחנו למזער את מספר מחזורי ה-PCR מ-25 המקסימום המומלצים עד 16 מחזורים. הפחתה זו בהגדלה מפחיתה הטיית ההגדלה המלאכותית שהוצגה על ידי PCR. מקור נוסף של הטיה הוא קשירה של מתאמים, שם ידוע כי רצפים ספציפיים הממוקמים בקצות מתאמים וmiRNAs יכול ligate יחד עם יעילות רבה יותר מאשר רצפים אחרים. כדי להימנע מכך, המתאמים המשמשים בפרוטוקול זה כוללים 4 בסיסים אקראיים המשולבים בסוף כל מתאם כדי למנוע הטיה בתגובות קשירה. בנוסף, בעיה נפוצה נוספת היא כמות dimers מתאם הטופס כאשר קלט RNA נמוך. ערכת הכנת הספריה כוללת שלבים לצמצום היווצרות דימר מתאם כגון אי-הפעלה של מתאם וניקוי חרוזים להסרת מתאמים עודפים לאחר כל קשירה. כמו כן דיללנו את מתאמי 3′ ו-5 אינץ’ 4N ב-1/4 כדי להפחית את כמות dimer המתאם שיכול ליצור. מצאנו כי כאשר לא מדולל, עוצמת הלהקה 130 bp מגביר מה שהופך את זה קשה להבחין בין 150 bp הלהקה המכילה את ספריות RNA קטן הרצוי על ג’ל.
אתגר נוכחי נוסף של הכנת ספריות רצף הוא הכימות המדויקת של המוצר לפני רצף. מצאנו כי שיטות שונות לתת תוצאות שונות באותה ספרייה. אנו מציעים כי החוקרים להשתמש בשיטות מרובות של כימות כדי לקבל הערכה מדויקת של ריכוז.
פרוטוקול זה יכול להיות מיושם באופן נרחב על גנטי, מחקרים התפתחותיים, או יישומים אחרים שבו RNA הוא נקטף ממספר נמוך של תאים. גישה זו מפשטת את מחקרי הזמן על ידי הימנעות מאספו של עוברים ותוחלת בקלות על תאים לא ממוין ומיינו.
The authors have nothing to disclose.
פרויקט זה נתמך על ידי קרן אנדרו מקדונו B+ וקרן NIH (R01-HD099252, R01-HD098131. R.J.P. הוא חוקר CPRIT בחקר הסרטן (RR150106) ו V Scholar בחקר הסרטן (V Foundation). המחברים גם רוצים להכיר Cytometry ו- Cell מיון ליבה ב BCM למתן ציוד הדרוש עבור פרויקט זה.
#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 |