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Presentamos un protocolo para aislar a las neuronas, macrófagos y microglia del cerebro de pez cebra larvas bajo condiciones fisiológicas y patológicas. Al aislamiento, el RNA se extrae de estas células a analizar su perfil de expresión génica. Este protocolo permite la colección de ARN de alta calidad para realizar análisis posteriores como qPCR y transcriptómica.
Para obtener una comprensión detallada del papel de diferentes células del SNC durante el desarrollo o el establecimiento y progresión de las patologías del cerebro, es importante aislar estas células sin modificar su perfil de expresión génica. El modelo de pez cebra ofrece un gran número de líneas de peces transgénicos en los que se etiquetan tipos celulares específicos; por ejemplo las neuronas de la línea de NBT:DsRed o los macrófagos/microglía en la línea de mpeg1:eGFP. Además, se han desarrollado anticuerpos para teñir células específicas, tales como la microglia con el 4 4 anticuerpos.
Aquí, describimos el aislamiento de las neuronas, macrófagos y microglia del cerebro larvas de pez cebra. Este protocolo es la evitación de una digestión enzimática del tejido a 37 ° C, que podría modificar perfiles celulares. En su lugar se utiliza un sistema mecánico de homogeneización de tejidos a 4 º C. Este protocolo implica homogeneización de cerebros en suspensión de células, su inmuno-tinción y el aislamiento de las neuronas, macrófagos y microglía por FACS. Luego, se extrajeron RNA de esas células y evaluaron su calidad o cantidad. Logramos obtener ARN de alta calidad (número de integridad del RNA (RIN) > 7) para llevar a cabo la qPCR en el análisis de los macrófagos/microglía y neuronas y transcriptómicos de microglia. Este enfoque permite una mejor caracterización de estas células, así como una comprensión más clara sobre su papel en el desarrollo y patologías.
Conocimiento en el desarrollo del cerebro y enfermedades cerebrales ha mejorado significativamente en la última década desde la primera cuantificación de transcriptomas de cerebro de ratón1. De hecho, análisis de expresión génica amplia genoma nos da acceso a toda la información genética en el tejido cerebral y las células que pueden complementar y mejorar observaciones con otras técnicas y herramientas.
El pez cebra es un modelo biológico potente, fácil de criar y de modificar genéticamente; su transparencia óptica en estadios larvarios permite en proyección de imagen de observaciones2. Por desgracia, en comparación al humano y ratón, el número de anticuerpos disponibles para realizar tinción de inmuno es bastante baja. Para remediar esto, líneas de pesca de pez cebra transgénico se hacen fácilmente modificando genéticamente pescado para expresar proteínas fluorescentes bajo promotores específicos de tipo celular. Líneas de pez cebra transgénico se han utilizado en el pasado para estudiar la función de macrófagos y microglia durante el desarrollo del sistema nervioso central (SNC) y enfermedad3,4,5,6. Sin embargo, para obtener una comprensión detallada de estos procesos tenemos que entender los cambios en la expresión génica en los tipos respectivos de la célula. Para ello, hemos desarrollado un método experimental para aislar específicamente células como neuronas, macrófagos y microglia de 3 a 8 días cerebros de larvas de pez cebra de la fertilización (dpf). Para el establecimiento del Protocolo, hemos trabajado con líneas de peces transgénicos que expresan la proteína verde fluorescente (GFP) en los macrófagos/microglía bajo el promotor del gen expresado en macrófagos (mpeg1:eGFP) y DsRed en las neuronas bajo la ß-tubulina neural promotor (NBT:DsRed)7,8,9. Además, se realizó tinción de inmuno de microglia 4 en 4, un anticuerpo monoclonal de ratón que tiñe específicamente el pez cebra microglia10,11. Luego, el ácido ribonucleico (ARN) se extrae de estas células más reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa (qPCR) o análisis de transcriptoma. Este protocolo ha sido diseñado eficientemente homogeneizar el tejido de cerebro de larvas de pez cebra; recoger las neuronas, los macrófagos/microglía y microglia sin alteración de su integridad de la membrana plasmática y finalmente extraer RNA de estas células en alta calidad (RIN > 7) y la cantidad para realizar el análisis genómico. A diferencia de los estudios previamente publicados que utilizan tratamiento de tripsina a 37 ° C para digerir tejido de cerebro12,13, este protocolo promueve el trabajo a 4 ° C hasta el paso de extracción de RNA para reducir modificaciones del perfil de expresión génica. Este paso es crucial como microglia y macrófagos son las células sensibles que responden a los cambios en su microambiente inmediato alterando sus genes expresión perfil y polarización14,15, 16.
El protocolo, que se describe aquí en detalle, muestra que el aislamiento de las neuronas, macrófagos y microglia del cerebro larvas de pez cebra, que prácticamente, se puede adaptar a cualquier otra célula presente en el cerebro - mediante líneas de peces transgénicos o etiquetados con anticuerpos específicos. Este método permite una mejor caracterización de células del SNC a través de sus análisis de expresión del gen amplia de genoma y ayudará a entender su papel durante el desarrollo y enfermedades cerebrales.
1. la muestra y la preparación de los medios de comunicación
2. homogeneización
Nota: Todos los pasos están realizados 4 ° C.
3. Microglia inmuno-tinción
Nota: Todas las medidas se realizan a 4 ° C.
4. clasificación (FACS) de la célula
Nota: Realizar todos los pasos a 4 ° C.
5. extracción RNA
El protocolo descrito es un método sencillo para aislar a las neuronas, macrófagos y microglia del cerebro larvas de pez cebra. De estos aislados células, cantidades significativas de alta calidad (RIN > 7) se obtuvieron RNA. El objetivo de este protocolo es aislar a diferentes tipos de células del SNC, con la mínima modificación de su perfil de expresión génica para analizar y caracterizar las funciones y propiedades de celda. Por lo tanto, el conjunto del Protocolo se lleva a cabo a 4 ° C con una homogeneización del tejido de cerebro mecánico. Este método se ha utilizado con éxito para dos estudios realizados en el laboratorio. En el primer estudio, las neuronas y los macrófagos/microglía fueron aislados de 8 PD mpeg1:eGFP+/NBT:DsRed+ larvas (figura 1). FACS permitida la separación de células de residuos en función de su tamaño (FSC-A) y detalle (SSC-A) (figura 1A). Las células fueron separadas luego de Dobletes o aglomeraciones de células (figura 1B). De la población de la célula, una puerta fue dibujada para eliminar células muertas (DAPI+). La trama de punto correspondiente reveló que este protocolo experimental conserva la integridad de membrana plasmática de la célula, como la tasa de células muertas es sólo el 26.7% (figura 1C). Finalmente, las neuronas (DsRed+) y los macrófagos/microglía (GFP+) fácilmente fueron separados de las puertas de la población de células vivas. La población de neuronas (23,1%) parece ser más prominente que la población de macrófagos/microglía (1.56%) dentro del cerebro (figura 1D). Este protocolo ha permitido para aislar ARN de las células para llevar a cabo análisis de qPCR posteriores para comparar la expresión de genes específicos entre las neuronas y los macrófagos/microglía. Figura 2 se muestra neuronal y niveles de expresión de gene de los macrófagos/microglía del antígeno nuclear de proliferación celular (pcna)contra el gen de mantenimiento de la casa β-actina como ejemplo.
Para el segundo estudio este método centrado en aislamiento microglia del cerebro larvas de 3, 5 y 7 PD. En contraste con el experimento descrito anteriormente, las células fueron aisladas por inmuno-tinción 4 en 4, un anticuerpo que específicamente etiquetas microglia (figura 3 A-D). Como se describió anteriormente, microglía (4 de 4+) fueron seleccionados de células vivas y recogidas (figura 3D). Números de la microglia en cerebros de larvas de pez cebra son variables (tabla 1) y muy baja en PD 3 (∼ 25 por peces). Calidad y cantidad de ARN extraído de las células se midieron utilizando un sistema de electroforesis capilar en. Resultados obtenidos del ARN extraído de microglía del cerebro de larvas de pez cebra de PD 5 se han proporcionado para ilustrar un ejemplo de análisis de ARN (tabla 1 (PD 5, experimento 4)). La figura 4 muestra el rastro de la electroforesis y su representación gráfica obtenida para esta muestra con una visualización clara del ARN ribosomal (28s y 18s). Este dato es necesario para calcular la muestra de RIN y para determinar la concentración de RNA. La tabla 1 resume el número de microglía aislado por el pescado, la cantidad de RNA por la microglia y la puntuación de RIN obtenida para cada experimento diferentes en PD 3, 5 y 7. La cantidad y la calidad del ARN extraído de microglia aislado usando este método nos permitieron amplificar el RNA en cDNA usando un kit. Pruebas de calidad y la cantidad proporcionadas por genómica de Edimburgo confirman que el cDNA amplificado es de calidad suficiente para la preparación de la biblioteca y posterior secuenciación. La figura 5 muestra la distribución de tamaño de fragmentos de cDNA y su cantidad medida usando un sistema electroforético. En este ejemplo, el cDNA tenía un tamaño medio de 299bp a una concentración de 36100 pmol/l. tabla 2 ilustra respectivamente pruebas de calidad y la cantidad de cDNA amplificado de muestras de RNA (tabla 1 (PD 5, experimento 4)). El cDNA amplificado se ha utilizado con éxito para la secuencia.
Varios estudios realizados en el laboratorio confirmaron que la calidad y la cantidad de ARN extraído de las neuronas, macrófagos y microglia pueden utilizarse para qPCR posteriores y análisis de expresión del gene amplia de genoma. Por lo tanto, este protocolo experimental puede utilizarse para aislar confiablemente diferentes tipos de células del SNC sin alterar su integridad de la membrana y limitar la modificación de su perfil de expresión génica.
Figura 1 : FACS clasificación de las neuronas y los macrófagos/microglía de /NBT:DsRed mpeg1:GFP++ 8 larvas de pez cebra PD. (A-C) Gating sucesivas muestra selección secuencial de todo cerebro células (A), dispersión de las células por dispersión hacia delante y lateral (B). Las células c muertos fueron excluidas por DAPI etiquetado. (D) las neuronas y los macrófagos/microglía se identificaron respectivamente por la coloración positiva DsRed y GFP. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2 : Análisis de expresión génica para pcna y β-actina en las neuronas y los macrófagos/microglía. ARN de neuronas aisladas y los macrófagos/microglía se puede transcribir en cDNA para el uso en análisis cuantitativo por PCR. niveles de expresión de mRNA de pcna contra β-actina mantenimiento gene en neuronas aisladas y los macrófagos/microglía determinado por qPCR (N = 3). Doble cambio se midió utilizando el método comparativo (ΔΔCT). Error de la barra representan media ± SEM. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3 : FACS clasificación de microglia de 3 larvas de pez cebra PD. (A-C) Bloquea sucesivas Mostrar selección secuencial del cerebro todas las células (A), dispersión de las células por dispersión hacia delante y lateral (B). Las células c muertos fueron excluidas por DAPI etiquetado. (D) Microglia se identificaron 4 4 tinción positiva. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4 : Resultados de electroforesis capilar de ARN extraído de microglia de pez cebra de PD 5. Los dos altos picos son el ARN ribosomal 18S y 28S. Número de integridad del RNA (RIN) fue calculado automáticamente por el software bioanalyzer usando la relación generada entre el 18S y 28S ribosomal subunidades y el análisis de la traza entera electroforético. Microglia ARN tiene un 8.6 de RIN. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5 : Pruebas de calidad y la cantidad de cDNA amplificado de muestras de RNA de la microglía de pez cebra de PD 5. La imagen muestra la distribución de tamaño fragmento de cDNA de la muestra analizada con un tamaño promedio de 299 BP haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Condición | Experimento | Número de los pescados | Número de células | Número de células por pescado | Concentración de RNA (pg/ul) | ARN total (pg) | Cantidad de RNA por la célula (pg) | Puntuación de RIN |
3dpf | 1 | 700 | 11922 | 17.03 | 126 | 1512 | 0.13 | 8 |
3dpf | 2 | 600 | 22527 | 37,55 | 253 | 3036 | 0.13 | 7.9 |
3dpf | 3 | 600 | 18688 | 31.15 | 255 | 3060 | 0.16 | 7.7 |
3dpf | 4 | 600 | 11121 | 18.54 | 189 | 2268 | 0.20 | 7.8 |
3dpf | 5 | 600 | 15581 | 25.97 | 131 | 1572 | 0.10 | 8.4 |
3dpf | 6 | 600 | 11965 | 19.94 | 256 | 3072 | 0.26 | 8.2 |
5dpf | 1 | 600 | 58629 | 97.72 | 362 | 4344 | 0.07 | 7.4 |
5dpf | 2 | 600 | 32510 | 54.18 | 348 | 4176 | 0.13 | 8.1 |
5dpf | 3 | 600 | 77884 | 129.81 | 594 | 7128 | 0.09 | 8.3 |
5dpf | 4 | 600 | 50755 | 84.59 | 305 | 3660 | 0.07 | 8.6 |
5dpf | 5 | 600 | 44967 | 74.95 | 134 | 1608 | 0.04 | 7.6 |
5dpf | 6 | 600 | 51031 | 85.05 | 163 | 1956 | 0.04 | 7.9 |
7dpf | 1 | 600 | 60496 | 100.83 | 183 | 2196 | 0.04 | 7.6 |
7dpf | 2 | 450 | 55517 | 123.37 | 183 | 2196 | 0.04 | 7.8 |
7dpf | 3 | 600 | 88897 | 148.16 | 465 | 5580 | 0.06 | 8.1 |
7dpf | 4 | 600 | 63008 | 105.01 | 356 | 4272 | 0.07 | 8.4 |
7dpf | 5 | 350 | 34956 | 99.87 | 245 | 2940 | 0.08 | 8.1 |
7dpf | 6 | 600 | 63887 | 106.48 | 341 | 4092 | 0.06 | 7.8 |
Tabla 1: Resumen de microglia aislamiento y datos de extracción de RNA de las larvas de pez cebra de PD 3, 5 y 7.
ID de muestra interna | ID de muestra externo | Qubit (ng/ul) | Qubit(NG/UL) | Concentración media (ng/ul) | Volumen (ul) | recibido de la UG | Pasa/no pasa para la concentración mínima | Pasa/no pasa para la mínimo cantidad | Pasa/no pasa para la cantidad recomendada |
10907SD0010 | 5 PD (experimento 4) | 58.8 | 58.4 | 58.6 | 30 | 1.76 | Pasar | Pasar | Pasar |
Requisitos de la muestra para la preparación de la biblioteca: | |||||||||
Preparación de la biblioteca | Cantidad mínima (ng) | Cantidad recomendada (ng) | Mínima concentración ng/uL | ||||||
TruSeq Nano gel biblioteca de insertar bp 350 libre de cDNA | 600 | 1100 | 10 |
Tabla 2: Pruebas de la cantidad de cDNA amplificado de muestras de RNA de la microglía de pez cebra de PD 5.
El protocolo experimental descrito aquí representa un método robusto y eficiente para aislar las células del cerebro de las larvas de pez cebra de 3 a 8 PD. Lo importante, este es el primer protocolo que permite el aislamiento específico de microglía del cerebro larvas de pez cebra. El protocolo está diseñado para preservar la integridad de la membrana de la célula y para minimizar posibles modificaciones de la expresión génica que ocurren durante el proceso. Este último punto es crucial para la relevancia de los resultados basados en el análisis de los perfiles genómicas celulares aisladas. De hecho, la polarización microglia y macrófagos están fuertemente influenciadas por su microambiente. A 37 ° C, estas células habrían cambiado su perfil de expresión génica en respuesta a las condiciones experimentales (respuesta de la lesión (corte transversal)). Por lo tanto, era crucial para llevar a cabo este experimento a 4 ° C antes de la extracción de RNA, frenar actividades metabólicas y procesos celulares. Además, la homogeneización del tejido de cerebro mecánico a 4 ° C fue elegida en lugar de digestión enzimática del tejido a 37 ° C para evitar cualquier impacto en los perfiles de expresión génica.
Es importante destacar que este método es muy rápido; en un día varias poblaciones de la célula de cerebro pueden ser aisladas de al menos dos diferentes condiciones experimentales y su ARN extraído. La longitud total del protocolo depende del número de larvas que se utiliza para cada condición como el transection de cabezas larvales es el paso limitante (∼ 350 cabezas por hora). En general, para trabajar con microglia de 3, 5 y 7 PD se recomienda transecto 600 cabezas ∼ por prueba para conseguir suficiente RNA para extraer (tabla 1). Microglía representan el tipo de célula con el más bajo rendimiento (aprox. 112 células por cabeza en dpf 7), puede reducir el número de cabezas para otros tipos de células incluyendo los macrófagos (aprox. 170 células por cabeza en dpf 7).
Otra ventaja de este protocolo es que, una vez que se han establecido parámetros en el clasificador de FACS, la misma configuración puede utilizarse para diversos experimentos. Se ha observado que poblaciones celulares encajan perfectamente de un experimento a otro con puertas previamente diseñados, que muestra la reproducibilidad de los experimentos con este método.
Una leve desventaja de este método es la cantidad relativamente baja de RNA que se cosecha. Sin embargo, esta limitación es más una cuestión biológica que una cuestión técnica, como el número de microglía es muy escaso en las primeras etapas del desarrollo del cerebro (tabla 1). Debido a esta baja cantidad de RNA recogido, pasos de amplificación deben ser considerados para llevar a cabo análisis de genoma amplio gene expresión. Afortunadamente, estos pasos de amplificación producen cantidades suficientes de cDNA de alta calidad. Por lo tanto, pueden estudiarse los cambios globales en los perfiles de expresión génica de células aisladas.
En conclusión, este protocolo proporciona un método robusto para aislar y estudiar varios tipos de la célula de la CNS de cerebros de larvas de pez cebra. Esto se puede aplicar para obtener una comprensión más profunda de estas células durante el desarrollo, así como para estudiar su papel en la enfermedad.
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecemos Dr. Claire Davis y el Dr. Veronique Miron (de la reina Instituto de investigación médica, Edimburgo, Reino Unido) ayuda inicial y debates sobre el enfoque experimental y la citometría de flujo de QMRI y facilidad de clasificación celular. Este trabajo fue apoyado por un cáncer Research UK carrera establecimiento Premio a Dr. Dirk Sieger.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1-phenyl 2-thiourea (PTU) | Sigma | P7629 | |
Hepes | Gibco | 15630-056 | |
D-Glucose | Sigma | G8644-100ML | |
HBSS 1X | Gibco | 14170-088 | |
Percoll | GE Healthcare | 17-0891-02 | |
HBSS 10X | Gibco | 14180-046 | |
DPBS 1X | Gibco | 14190-094 | |
Tricaine (MS222) | Sigma | A5040 | |
Sterilin standard 90mm petri dishes | ThermoFisher | 101VIRR | |
Surgical micro-scissors | Fine Science Tools | 15000-00 | |
3 mL Pasteur plastic bulk pipette | SLS | PIP4206 | |
Glass homogenizer | Wheaton | 357538 | |
Sterilin standard 55mm petri dishes | ThermoFisher | P55V | |
Percoll | GE Healthcare | 17-0891-02 | |
40 µm cell strainer | Falcon | 352340 | |
50 ml polypropylen conical tube | Falcon | 352070 | |
Centrifuge | Eppendorf | 5804 R | |
10 mL syringe | BD | 302188 | |
Needle 23G x 1'' | BD | 300800 | |
Normal goat serum (NGS) | Cell Signalling | 5425S | |
35 μm cell strainer cap | BD | 352235 | |
FACS tubes | BD | 352063 | |
Low Endotoxin, Azide-Free (LEAF) | Biolegend | 101321 | |
Alexa Fluor 647 Goat Anti-Mouse IgG (H+L) | Life Technologies | A11008 | |
Anti-4C4 | Courtesy of Catherina Becker (University of Edinburgh) | ||
FACS sorter FACSAria II | BD | QMRI, FACS facility | |
RNeasy Plus Micro Kit | QIAGEN | 74034 | |
β-mercaptoethanol | Gibco | 31350-010 | |
QIAshredder | QIAGEN | 79654 | |
SsoAdvanced Universal SYBR Green Supermix | Bio-Rad | 1725271 | |
SuperScript III First-Strand Synthesis System | Invitrogen | 18080-051 | |
LightCycler 96 Real-Time PCR System | Roche | ||
Ovation RNA-Seq System V2 | NuGEN | 7102-32 | |
Agilent RNA 6000 Pico reagents | Agilent | 5067-1513 | |
2100 Bioanalyzer | Agilent | ||
RNaseZap | Ambion | AM9780 |
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