初期マウス胚におけるマイクロRNAのプロファイリング手法について述べます。このプロトコルは、低細胞入力と小さなRNA濃縮の課題を克服します。このアッセイは、初期マウス胚の異なる細胞系統におけるmiRNA発現の経時変化を分析するために使用することができる。
マイクロRNA(miRNA)は、細胞運命決定と発達タイミングの複雑な調節にとって重要である。初期の開発におけるmiRNAの寄与に関するインビボ研究は、細胞数の制限により技術的に困難である。さらに、多くのアプローチでは、ノーザンブロッティング、マイクロアレイ、qPCRなどのアッセイで、関心のあるmiRNAを定義する必要があります。したがって、多くのmiRNAの発現とそのアイソフォームは、初期の開発の間に研究されていません。ここでは、初期のマウス胚から選別された細胞の小RNAシーケンシングのプロトコルを示し、神経堤細胞の初期集団におけるmiRNAの比較的公平なプロファイリングを可能にする。増幅とゲルベースの精製を用いたライブラリー調製時の低細胞入力とサイズ選択の課題を克服します。我々は、反復とステージ一致マウス胚の間の変動を考慮した可変的な年齢として胚年齢を同定し、生物学的複製におけるmiRNAを正確にプロファイルするために使用されなければならない。我々の結果は、この方法が細胞の他の系統からのmiRNAの発現をプロファイルするために広く適用できることを示唆している。要約すると、このプロトコルは、miRNAが初期マウス胚の異なる細胞系統における発達プログラムをどのように調節するかを研究するために使用することができる。
発生生物学の中心的な問題は、単一の未分化細胞が多数の複雑な細胞型を持つ生物全体を生み出す方法です。胚発生の間、細胞の発達の可能性は、生物が発達するにつれて次第に制限される。その一例が、多能性細胞集団から末梢神経、グリア、頭蓋骨、軟骨などの様々な末端誘導体に徐々に分化する神経堤系である。神経堤細胞は、胃の中に外胚葉から指定され、次いで上皮間葉転移を受け、胚を通して体全体に移動し、そこで末期に分化する1。何十年もの研究は、転写遺伝子調節ネットワークを発見したが、神経堤の発達のタイミングを制御する転写後調節のメカニズムについてはるかに少ない知られている。
これまでの研究では、マイクロRNA(miRNA)が適切な発達タイミングおよび細胞運命決定のために遺伝子発現を抑制することを示唆している2,2、3、4、5、6。3,4,5,6神経堤発生におけるmiRNAの研究は、主に頭蓋顔面発達の後期段階に焦点を当てている。例えば、miR-17〜92およびmiR-140は、マウスおよびゼブラフィッシュにおける頭蓋顔面発達中の口蓋形成に対して、それぞれ77,88に対して重要である。胚の最も初期の神経堤運命決定に対するmiRNAの寄与は十分に調査されていない。初期の運命決定におけるmiRNAの研究は、初期胚に存在する低細胞数などの技術的課題によって制限されている。
MiRNAは、分化の異なる段階で胚体を使用して初期マウスの発達をモデル化する細胞株からインビトロでプロファイリングされている9.哺乳類の初期の発達の間に生体内での小さなRNAの調査は比較的限られている。miRNAをプロファイルする以前の方法は、既知の配列としてバイアスを導いた、qPCR、マイクロアレイ、およびノーザンブロット10のような方法で特定のmiRNAの発現を分析するために使用される。次世代のシーケンシングと分子ツールの改良により、miRNA発現の比較的公平な分析が可能になり、初期の哺乳類の発達と細胞運命の決定に対する彼らの貢献を研究できるようになりました。
ここでは、胃(E7.5)から器官形成の始まりまでの初期マウス胚から神経堤細胞で発現する小さなRNAを収穫し、配列する技術を報告する。この手法は簡単で、系統トレース、細胞ソート、およびゲルベースのサイズ選択を組み合わせて、次世代シーケンシング用の最小数の細胞から小さなRNAシーケンシングライブラリを作成します。我々は、初期の発達の急速な変化の間にmiRNAの包括的な視野を得るために6時間の時間間隔を解決するために胚の厳密なスマイト段階の一致の重要性を強調する。この方法は、遺伝的および発達的研究に広く適用され、胚のプールを回避することができる。ゲル法による精製によるmiRNA濃縮、ライブラリ定量、PCRから生じるバイアスの最小化など、現在の手法の課題を克服する方法について説明します。この方法は、miRNAがマウス胚の神経堤系統における発達タイミングを制御する方法を研究するために、時間の経過とともにmiRNA発現パターンを同定するために使用されてきた。
発達過程は急速に進めることができ、細胞は、初期の運命決定に寄与するmiRNAの包括的なビューをキャプチャするために、広く使用されている半日の増分よりもより具体的なステージングが必要となるような多くのシーケンシャル仕様を受けています。最近の研究では、3〜6のスマイト11を有する範囲のTheilerステージ12胚からのRNAシーケンシングを行った。この期間中、神経堤細胞(年齢の3つのスマイト)、内半角(4歳)、および移行(年齢の5〜6スマイト)が指定されていることがわかります。また、微量細胞集団の系統化に使用されるCre-driverに加えて、年齢は生物学的サンプル間の変動の最大の源であり、一致した胚のみを複製とみなすべきであることもわかった。これは、トランスジェニック胚と野生型コントロールを比較する際にも考慮する必要があります。
初期の開発中にmiRNAをプロファイリングする以前の方法は、小さなRNAシーケンシングライブラリ調製のために10〜100ngのRNA入力の間で使用され、複数の胚を1つのサンプル13、14,14にプールした。我々は、1つのE7.5胚またはE8.5およびE9.5の並べ替えられた神経堤細胞からのRNA単離およびライブラリー調製を、総RNAの約100ngを入力として使用して実証する。選別のために胚を解離する場合、顕微鏡で解離を見て、単一細胞が得られたときに観察する反応を消し止める必要があります。E8.5-E9.5胚の頭蓋領域の解離は、プロトコルに記載されているように穏やかな手動ピペットでほぼ瞬時であることがわかりました。より大きな組織およびますます古い胚の場合、解離される胚の部分に応じて解離時間が長くなる可能性がある。E7.5-E9.5胚の場合、細胞の塊は顕微鏡下で容易に見え、解離は塊が見えなくなるまで続くはずです。5~10倍の範囲で溶液を通してフォーカスを調整すると、単一のセルがソリューションに表示されます。これまでの方法では、細胞をリシスバッファーに直接分類して RNA シーケンシングを行い、細胞数が少ない14からバルク RNA を準備する。ここでは、RNA抽出溶解溶液に直接分類して、ライブラリー調製の開始前にRNAを単離できるようにします。11 μL溶出量のミニカラムを使用することで、単一のRNA準備が小さなRNAとバルクRNAシーケンシングの間で分割されるほどの高いRNA濃度が可能になります。
最も小さなRNAシーケンシング法の現在の制限の1つは、変換されたcDNAのPCR増幅です。この方法ではこの制限を克服することはできませんが、推奨される 25-最大から 16 サイクルまでの PCR サイクルの数を最小限に抑えることができました。この増幅の減少はPCRによって導入される人工的な増幅バイアスを減少させる。バイアスの別のソースは、アダプターの結紮であり、アダプターとmiRNAの端に位置する特定の配列が他のシーケンスよりも効率が高いと共にリゲートできることが知られている。これを避けるために、このプロトコルで使用されるアダプターは、ライゲーション反応の偏りを防ぐために、各アダプタの最後に4つのランダム塩基を組み込んでいます。さらに、もう 1 つの共通の問題は、RNA 入力が少ないときに形成されるアダプター ダイマーの量です。ライブラリ調製キットには、アダプターの不活性化やビードのクリーンアップなどのアダプターのダイマー形成を軽減し、各ライゲーション後に余分なアダプターを除去するステップが含まれています。また、3’と5’4Nのアダプタを1/4で希釈して、形成できるアダプタダイマーの量を減らしました。希釈しないと、130bpバンド強度が増加し、ゲル上に所望の小さなRNAライブラリを含む150bpバンドと区別することが困難であることがわかりました。
シーケンスライブラリを準備するもう 1 つの現在の課題は、シーケンス処理の前に製品を正確に定量することです。異なる方法が同じライブラリでさまざまな結果を与えることがわかりました。研究者は、濃度の正確な推定を得るために定量の複数の方法を使用することを示唆しています。
このプロトコルは、遺伝的、発達的研究、またはRNAが少数の細胞から収穫されている他のアプリケーションに広く適用することができます。このアプローチは、胚のプールを避けることによって一時的な研究を簡素化し、並べ替えのない細胞と並べ替えられた細胞の両方に簡単に適用することができます。
The authors have nothing to disclose.
このプロジェクトは、アンドリュー・マクドノーB+財団とNIH(R01-HD099252、R01-HD098131)によって支援されました。 R.J.P.は、がん研究(RR150106)のCPRIT学者であり、がん研究のV学者(V財団)です。著者らはまた、このプロジェクトに必要な機器を提供するためにBCMのサイトメトリーと細胞選別コアを認めたいと思います。
#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 |