Kernisolatie van hartvoorlopercellen van muizen voor epigenoom- en genexpressieprofilering met eencellige resolutie

Onder geboorteafwijkingen zijn aangeboren hartafwijkingen (CHD’s) de meest voorkomende, die voorkomen bij ongeveer 1% van de levendgeborenen per jaar ^1,2. Genetische mutaties worden slechts in een minderheid van de gevallen geïdentificeerd, wat impliceert dat andere oorzaken, zoals afwijkingen in genregulatie, betrokken zijn bij de etiologie van CHD ^2,3. Cardiale ontwikkeling is een complex proces van diverse en op elkaar inwerkende celtypen, waardoor de identificatie van causale niet-coderende mutaties en hun effecten op genregulatie een uitdaging vormen. Organogenese van het hart begint met cellulaire voorlopers die aanleiding geven tot verschillende subtypen hartcellen, waaronder myocardiale, fibroblast-, epicardiale en endocardiale cellen ^4,5. Single-cell genomics is in opkomst als een belangrijke methode voor het bestuderen van de ontwikkeling van het hart en het beoordelen van de impact van cellulaire heterogeniteit op gezondheid en ziekte⁶. De ontwikkeling van multi-omics-methoden voor de gelijktijdige meting van verschillende parameters en de uitbreiding van computationele pijplijnen heeft de ontdekking van celtypen en subtypen in het normale en zieke hart vergemakkelijkt⁶. Dit artikel beschrijft een betrouwbaar single-nucleus isolatieprotocol voor bevroren cardiale voorlopercellen verkregen uit muizenembryo’s dat compatibel is met downstream snRNA-seq en snATAC-seq (evenals snRNA-seq en snATAC-seq gecombineerd)^7,8,9.

ATAC-seq is een robuuste methode die de identificatie van regulerende open chromatinegebieden en de positionering van nucleosomen^10,11 mogelijk maakt. Deze informatie wordt gebruikt om conclusies te trekken over de locatie, identiteit en activiteit van transcriptiefactoren. De activiteit van chromatinefactoren, inclusief remodelers, evenals de transcriptionele activiteit van RNA-polymerase, kan dus worden geanalyseerd omdat de methode zeer gevoelig is voor het meten van kwantitatieve veranderingen in chromatinestructuur ^1,2. ATAC-seq biedt dus een robuuste en onpartijdige benadering voor het blootleggen van de mechanismen die transcriptionele regulatie in een specifiek celtype regelen. ATAC-seq-protocollen zijn ook gevalideerd om de toegankelijkheid van chromatine in afzonderlijke cellen te meten, wat variabiliteit in de chromatine-architectuur binnen celpopulaties^10,12,13 onthult.

Hoewel er de laatste jaren opmerkelijke vooruitgang is geboekt op het gebied van afzonderlijke cellen, is de grootste moeilijkheid de verwerking van de verse monsters die nodig zijn om deze experimenten uit te voeren¹⁴. Om deze moeilijkheid te omzeilen zijn verschillende tests uitgevoerd met als doel analyses uit te voeren zoals snRNA-seq en snATAC-seq met bevroren hartweefsel of cellen^15,16.

Verschillende platforms zijn gebruikt om single-cell genomics-gegevens^{te analyseren 17}. De veelgebruikte platforms voor eencellige genexpressie en ATAC-profilering zijn platforms voor meervoudige microfluïdische druppelinkapseling¹⁷. Omdat deze platforms microfluïdische kamers gebruiken, kunnen puin of aggregaten het systeem verstoppen, wat resulteert in niet-bruikbare gegevens. Het succes van eencellige studies hangt dus af van de nauwkeurige isolatie van individuele cellen / kernen.

Het hier gepresenteerde protocol gebruikt een vergelijkbare benadering als recente studies met snRNA-seq en snATAC-seq om aangeboren hartafwijkingen te begrijpen 18,19,20,21,22,23. Deze procedure maakt gebruik van de enzymatische dissociatie van vers gemicrodisseceerd hartweefsel gevolgd door de cryopreservatie van hartvoorlopercellen van muizen. Na het ontdooien worden de levensvatbare cellen gezuiverd en verwerkt voor nucleaire isolatie. In dit werk werd dit protocol met succes gebruikt om snRNA-seq- en snATAC-seq-gegevens te verkrijgen van hetzelfde nucleaire preparaat van hartvoorlopercellen van muizen.