在这里,我们提出了一个描述细胞核制备的协议。在将心脏组织进行显微切割和酶解离成单细胞后,冷冻祖细胞,然后分离纯活细胞,用于单核RNA测序和单核测定,用于转座酶可接近染色质和高通量测序分析。
发育中的心脏是一个复杂的结构,包含由复杂调节机制控制的各种祖细胞。检查单个细胞的基因表达和染色质状态可以识别细胞类型和状态。单细胞测序方法揭示了心脏祖细胞异质性的许多重要特征。然而,这些方法通常仅限于新鲜组织,这限制了具有不同实验条件的研究,因为必须在同一次运行中立即处理新鲜组织以减少技术可变性。因此,该领域需要简单灵活的程序来生成来自单核RNA测序(snRNA-seq)和转座酶可接近染色质的高通量测序(snATAC-seq)等方法的数据。在这里,我们提出了一种快速分离细胞核的协议,用于随后的单核双组学(组合snRNA-seq和snATAC-seq)。该方法允许从心脏祖细胞的冷冻样品中分离细胞核,并且可以与使用微流体室的平台结合使用。
在出生缺陷中,先天性心脏缺陷(CHD)是最常见的,每年约有1%的活产婴儿发生1,2。仅在少数病例中发现基因突变,这意味着其他原因,例如基因调节异常,与冠心病2,3的病因有关。心脏发育是多种多样和相互作用的细胞类型的复杂过程,使得鉴定因果非编码突变及其对基因调控的影响具有挑战性。心脏的器官发生始于产生不同亚型心脏细胞的细胞祖细胞,包括心肌细胞、成纤维细胞、心外细胞和心内膜细胞4,5。单细胞基因组学正在成为研究心脏发育和评估细胞异质性对健康和疾病的影响的关键方法6。用于同时测量不同参数的多组学方法的发展和计算管道的扩展促进了正常和患病心脏中细胞类型和亚型的发现6。本文描述了一种可靠的单核分离方案,用于从小鼠胚胎获得的冷冻心脏祖细胞,该方案与下游snRNA-seq和snATAC-seq(以及snRNA-seq和snATAC-seq组合)兼容7,8,9。
ATAC-seq是一种稳健的方法,可以鉴定调节性开放染色质区域和定位核小体10,11。该信息用于得出有关转录因子的位置、身份和活性的结论。因此,可以分析染色质因子(包括重塑剂)的活性以及RNA聚合酶的转录活性,因为该方法对于测量染色质结构1,2的定量变化具有高度敏感性。因此,ATAC-seq提供了一种稳健而公正的方法来揭示控制特定细胞类型中转录调控的机制。ATAC-seq协议也已经过验证,可以测量单细胞中的染色质可及性,揭示细胞群中染色质结构的变异性10,12,13。
尽管近年来在单细胞领域取得了显着进展,但主要困难是处理进行这些实验所需的新鲜样品14。为了规避这一困难,已经进行了各种测试,目的是用冷冻的心脏组织或细胞进行分析,例如snRNA-seq和snATAC-seq15,16。
几个平台已被用于分析单细胞基因组学数据17。广泛使用的单细胞基因表达和ATAC分析平台是用于多个微流体液滴封装的平台17。由于这些平台使用微流体室,碎屑或聚集体会堵塞系统,导致数据不可用。因此,单细胞研究的成功取决于单个细胞/细胞核的准确分离。
这里介绍的方案使用与最近使用snRNA-seq和snATAC-seq的研究类似的方法来了解先天性心脏缺陷18,19,20,21,22,23。该过程利用新鲜显微解剖的心脏组织的酶解离,然后冷冻保存小鼠心脏祖细胞。解冻后,活细胞被纯化并处理以进行核分离。在这项工作中,该协议成功地用于从小鼠心脏祖细胞的相同核制剂中获得snRNA-seq和snATAC-seq数据。
通过结合snRNA-seq和snATAC-seq研究对发育中心脏的细胞组成的分析,可以更深入地了解先天性心脏病的起源26。一些研究实验室研究了心脏组织冷冻保存对snRNA-seq27的影响。在比较不同的实验条件时,使用来自人类疾病小鼠模型的新鲜微解剖组织进行snRNA-seq和snATAC-seq在逻辑上可能具有挑战性。对于给定的开发阶段,一个困难是必须在同一次运行中处理对照组和实验?…
The authors have nothing to disclose.
这项研究得到了 ERA-CVD-2019 和 ANR-JCJC-2020 对 SS 的支持。我们感谢U 1251/马赛医学遗传学实验室的基因组学和生物信息学设施(GBiM)以及匿名审稿人提供的宝贵意见。
2100 Bioanalyzer Instrument | Agilent | No catalog number | |
5M Sodium chloride (NaCl) | Sigma | 59222C-500ML | |
BSA 10% | Sigma | A1595-50ML | |
Chromium Next GEM Chip J Single Cell Kit, 16 rxns | 10X Genomics | 1000230 | |
Chromium Next GEM Single Cell Multiome ATAC + Gene Expression Reagent Bundle, 4 rxns (including Nuclei Buffer 20X) | 10X Genomics | 1000285 | |
Countess cell counting chamber slides | Invitrogen | C10283 | |
Countess III FL | Thermofisher | No catalog number | |
Digitonin (5%) | Thermofisher | BN2006 | |
DMSO | Sigma | D2650-5x5ML | |
DNA LoBind Tubes | Eppendorf | 22431021 | |
D-PBS | Thermofisher | 14190094 | Sterile and RNase-free |
Dual Index Kit TT Set A 96 rxns | 10X Genomics | 1000215 | |
Falcon 15 mL Conical Centrifuge Tubes | Fisher Scientific | 352096 | |
Falcon 50 mL Conical Centrifuge Tubes | Fisher Scientific | 10788561 | |
HI-FBS | Thermofisher | A3840001 | Heat inactivated |
High sensitivity DNA kit | Agilent | 5067-4626 | |
Igepal CA-630 | Sigma | I8896-50ML | |
LIVE/DEAD Viability/Cytotoxicity Kit | Thermofisher | L3224 | |
MACS Dead Cell Removal kit: Dead Cell Romoval MicroBeads, Binding Buffer 20X | Miltenyi Biotec | 130-090-101 | |
MACS SmartStrainers (30 µm) | Miltenyi Biotec | 130-098-458 | |
Magnesium chloride (MgCl2) | Sigma | M1028-100ML | |
Milieu McCoy 5A | Thermofisher | 16600082 | |
MS Columns | Miltenyi Biotec | 130-042-201 | |
NovaSeq 6000 S2 | Illumina | No catalog number | |
Penicillin Streptomycin (Pen/Strep) | Thermofisher | 15070063 | |
PluriStrainer Mini 40µm | PluriSelect | V-PM15-2021-12 | |
Rock inhibitor | Enzo Life Sciences | ALX-270-333-M005 | |
Single Index Kit N Set A, 96 rxn | 10X Genomics | 1000212 | |
Standard 90mm Petri dish Sterilin | Thermofisher | 101R20 | |
Sterile double-distilled water | Thermofisher | R0582 | |
Trizma Hydrochloride solution (HCl) | Sigma | T2194-100ML | |
Trypan Blue stain (0.4%) | Invitrogen | T10282 | |
Trypsin 0.05% – EDTA 1X | Thermofisher | 25300054 | |
Tween20 | Sigma | P9416-50ML | |
Wide orifice filtered pipette tips 200 μl | Labcon | 1152-965-008-9 | |
ZEISS SteREO Discovery.V8 | ZEISS | No catalog number |