CN114107449B - 一种单细胞内原位qPCR方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单细胞内原位qPCR方法。本发明的方法包括如下步骤:(1)将细胞消化,吹打成为单细胞悬液,去上清,将细胞沉淀重悬,加入甲醛溶液进行固定,之后加入Triton溶液进行打孔,去上清,将细胞沉淀重悬;(2)采用分子信标探针进行探针法RT‑qPCR。本发明的qPCR方法能看到单个细胞层面表达量的差异;不用将细胞分为单个细胞,不裂解细胞,而是让qPCR试剂和探针进入细胞内部,在细胞内部进行qPCR反应,方法简便快捷易操作。
Description
技术领域
本发明涉及分子生物学技术领域,特别涉及一种单细胞内原位qPCR方法。
背景技术
DNA、RNA和蛋白质是定义生物的最基本要素。在生命过程中,DNA像一个蓝图规划着生命的走向,RNA和蛋白质负责将蓝图中的规划变为现实。在这个过程中,作为生命体最小单位的细胞,它的一切活动都离不开蛋白质的参与,蛋白质构成了细胞膜、细胞器、以及细胞核。同时,细胞内部的所有代谢活动都是由蛋白质完成。RNA是负责连接蛋白质与DNA的桥梁,它转录着DNA中的规划,将它们翻译表达为蛋白质,起到了承上启下的作用。但是并不是DNA中的一切规划都会翻译表达为蛋白质,因此DNA与蛋白质其实是间接联系着,直接联系二者的是RNA。因此在分子生物领域的检测中,多数生命活动是否进行以RNA和蛋白质为准。在检测RNA的方法中,实时荧光定量PCR是最普遍、最准确以及最受认可的检测方法。
实时荧光定量PCR(qPCR)是广泛用于分子生物学领域的一种成熟技术,它是一种在DNA扩增反应中,以荧光化学物质测每次聚合酶链式反应(PCR)循环后产物总量的方法。qPCR的技术原理是在PCR反应体系中加入荧光基团,利用荧光信号积累实时监测整个PCR进程,最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法。qPCR的主要检测方法有两种:一种是SYBGreen法,即在qPCR体系中使用SYBGreen荧光染料,此染料可以特异性渗入双链DNA中并且发出荧光,当此染料未渗入双链DNA时,它不发出任何荧光,从而保证了当PCR反应中扩增的双链DNA增加时荧光信号也会同步对应等量增加。此方法为qPCR中最常用的方法。另一种是Taqman探针法,即PCR扩增时在加入一对引物的同时加入一个特异性的荧光探针,该探针为一寡核苷酸,两端分别标记一个报告荧光基团和一个淬灭荧光基团。当探针完整时,报告基团发射的荧光信号被淬灭基团吸收;PCR扩增时,Taq酶的5'-3'外切酶将探针酶切降解,使报告荧光基团和淬灭荧光基团分离,从而荧光监测系统可接收到荧光信号,即每扩增一条DNA链,就有一个荧光分子形成,实现了荧光信号的累积与PCR扩增的产物形成完全同步。
无论是SYBGreen法还是Taqman探针法都需要将细胞内的RNA提取出来,再进行下一步的qPCR反应然后来检测细胞中的RNA多少。提取RNA需要大量细胞,因此只能检测一群细胞内的目标RNA表达情况,但是实际在提取RNA的细胞群里,并不是每一个细胞的目标RNA表达情况都是一样的,单个细胞内的目标RNA的表达情况是很难在这些方法里面体现出来。因此对于检测研究来说,如果在细胞群内有些细胞目标RNA表达的多,而有些细胞目标RNA表达的少,总的提取RNA后分析可能根本看不出差异。当目标RNA表达多的细胞占比大的话,那总体来看这个细胞群内的目标RNA表达量就高些,相反,目标RNA表达少的细胞占比大,这个细胞群内目标RNA表达量就低。因此,这样只能看到一群细胞RNA表达量的方法,得出的结果其实比较笼统。目前,分子生物学领域研究都倾向于精细化,细化到单个细胞层面,希望能看到单个细胞层面出现的差异,比如现在的单细胞测序技术、单细胞蛋白质印迹检测技术等等。现在市面上也有单细胞qPCR技术,这些技术主要是将细胞分为单个的,然后将细胞包裹在油滴以及qPCR试剂内,接着将细胞裂解后进行qPCR反应,然后检测目标RNA的表达情况。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供一种单细胞内原位qPCR方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现:一种单细胞内原位qPCR方法,包括如下步骤:
(1)将细胞消化,吹打成为单细胞悬液,去上清,将细胞沉淀重悬,加入甲醛溶液进行固定,之后加入Triton溶液进行打孔,去上清,将细胞沉淀重悬;
(2)采用分子信标探针进行探针法RT-qPCR。
步骤(1)中所述的消化采用胰酶,其用量根据培养细胞所使用的培养皿决定,原则上为胰酶覆盖培养皿表面所有生长细胞的表面为宜。
步骤(1)中所述的去上清采用的方式为4℃条件下500g离心3min。
步骤(1)中所述的将细胞沉淀重悬采用温度为0℃±4℃的1×PBS(0.01M、pH=7.4)。
步骤(1)中所述的甲醛溶液在体系中的浓度为1%~4%;优选为1%。
步骤(1)中所述的甲醛溶液为体积比为1.33%的甲醛溶液。
步骤(1)中所述的固定的时间为10min~15min;优选为10min。
步骤(1)中所述的Triton溶液在体系中的浓度为0.2%。
步骤(1)中所述的Triton溶液为体积比5%±0.1%的Triton溶液。
步骤(1)中所述的打孔的时间优选为3min。
步骤(1)中所述的甲醛溶液和Triton溶液为冰溶液,温度为0℃±4℃。
步骤(2)中所述的探针法RT-qPCR采用一步法RT-qPCR试剂盒。
步骤(2)中所述的RT-qPCR使用细胞的用量为10μL RT-qPCR体系中细胞的数量小于100000个;优选为1000~100000个;更优选为1000~10000个。
步骤(2)中所述的分子信标探针的用量按照其在体系中浓度为1~5μM配比;优选为按照其在体系中浓度为1μM配比。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:
1、本发明能看到单个细胞层面表达量的差异。
2、本发明不用将细胞分为单个细胞,不裂解细胞,而是让qPCR试剂和探针进入细胞内部,在细胞内部进行qPCR反应,方法简便快捷易操作。
附图说明
图1是CYR61蛋白RNA的分子信标探针结构图。
图2是Hela细胞固定打孔后加入分子信标探针探针和qPCR试剂后拍的荧光图。
图3是Hela细胞固定打孔后加入分子信标探针探针和qPCR试剂,在进行了10个cycle的qPCR反应后拍的荧光图。
图4是Hela细胞固定打孔后加入分子信标探针探针和qPCR试剂,在进行了20个cycle的qPCR反应后拍的荧光图。
图5是Hela细胞固定打孔后加入分子信标探针探针和qPCR试剂,在进行了30个cycle的qPCR反应后拍的荧光图。
图6是Hela细胞固定打孔后加入分子信标探针探针和qPCR试剂,在进行了40个cycle的qPCR反应后拍的荧光图。
图7是CYR61蛋白过表达的Hela细胞、正常的Hela细胞和CYR61蛋白敲低的Hela细胞固定打孔后加入探针和qPCR试剂,进行qPCR反应后的Cq值对比图。
图8是100000个、10000个和1000个MDA-MB-231细胞在固定打孔后加入1μM分子信标探针和qPCR试剂进行qPCR反应后的Cq值对比图。
图9:100000个、10000个和1000个MDA-MB-231细胞在固定打孔后加入10μM分子信标探针和qPCR试剂进行qPCR反应后的Cq值对比图。
图10是100000个、10000个和1000个MDA-MB-231细胞在固定打孔后加入0.1μM分子信标探针和qPCR试剂进行qPCR反应后的Cq值对比图。
图11是50000个、5000个和500个Hela细胞在固定打孔后加入直链探针和qPCR试剂后进行qPCR反应后进行的扩增和Cq值对比图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
人乳腺癌细胞MDA-MB-231、人宫颈癌细胞Hela细胞购自中科院上海细胞库。
Taqman一步法RT-qPCR反应试剂盒(购自北京索莱宝科技有限公司)
CYR61分子信标探针:
5'-CCAGCGCAGCCCTGCGACCACACCAACGCTGG-3',5':6-FAM,3':BHQ1。
CYR61分子信标探针引物:
Primer-L:5'-AACGAGGACTGCAGCAAAAC-3';
Primer-R:5'-ACAGGGTCTGCCCTCTGAC-3'。
实施例1
(1)将Hela细胞使用胰酶消化(10cm细胞培养皿培养细胞,使用3mL胰酶消化细胞),吹打成为单细胞悬液于15mL离心管中。细胞悬液4℃条件下500g离心3min去除上清,细胞沉淀用1mL冰1×PBS(0.01M、pH=7.4)重悬。加入3mL浓度为1.33%的冰甲醛溶液(终浓度0.3%)10min进行固定,之后加入160μL浓度为5%的冰Triton溶液(终浓度0.2%)3min进行打孔。完成后4℃条件下500g离心3min去除上清,使用1mL冰1×PBS重悬细胞,检测浓度后备用。
(2)使用Taqman一步法RT-qPCR试剂盒,按照说明书进行qPCR实验,qPCR体系为10μL。加入CYR61分子信标探针(终浓度1μM)、引物(终浓度10μM)和qPCR试剂。分别于加入分子信标探针和qPCR试剂后、进行了10个、20个、30个、40个cycle时将细胞取出,采用荧光显微镜拍照。结果如图2-6所示,细胞的荧光量从未进行qPCR反应开始到进行了40个cycle逐步增高,说明探针确实在细胞中与目标RNA结合开始发出荧光,随着结合量增加荧光量也逐步增加。
PCR程序(三步法):
实施例2
使用CYR61过表达Hela细胞、正常Hela细胞以及CYR61敲低的Hela细胞进行实验,实验方法同实施例1。过表达CYR61蛋白的Hela细胞是通过将带有过表达CYR61蛋白基因片段的质粒转染进入Hela细胞内,这样这种质粒就会在细胞内表达产生比普通Hela细胞更多的CYR61的RNA和蛋白。敲低CYR61蛋白的Hela细胞是通过将带有目标为CYR61蛋白DNA的CRISPR-Cas9载体转入细胞中,载体进入细胞后会剪切掉目标DNA片段从而减少细胞中CYR61的RN A和蛋白表达。Hela细胞CYR61过表达使用的是pSB-SFP-CYR61质粒,采用p SB-SFP作为出发载体,CYR61基因片段的基因编码区域登录号为Gene ID:3491。敲低Hela细胞使用的是pSB-CRISPR-CYR61-7质粒,采用pSB-CRISPR-Puro作为出发载体,sgRNAs采用CRISPR-CYR61-7-F:CACCGTCTGCAGATCCCCT TCAGAG;CRISPR-CYR61-7-R:AAACCTCTGAAGGGGATCTGCAGAC。以上2种出发载体(Hu et al.2018.High-performance geneexpression and knockout tools using sleeping beauty transposon system[J].Mobile DNA.9:33.)由吉凯基因公司构建。
结果如图7所示,使用CYR61过表达Hela细胞、正常Hela细胞、以及CYR61敲低的Hela细胞qPCR实验结果有明显的差异,过表达细胞的Cq值低于正常细胞,正常细胞Cq值低于敲低细胞,这符合实际情况。Cq值是qPCR进行的循环数,当qPCR反应中的荧光量达到一定值时的循环数就是该反应的Cq值,Cq值越低表明qPCR反应越快达到设定的荧光值,也就表明这个反应中的RNA量越多。CYR61过表达细胞中的表达CYR61蛋白的RNA是肯定要多过普通细胞,而普通细胞中的CYR61蛋白的RNA也肯定要多于敲低了的细胞,因此此项实验符合预期结果,表明用此项技术可以在细胞内进行qPCR。
实施例3
分别将100000个、10000个和1000个MDA-MB-231细胞采用实施例1的方法固定打孔后加入CYR61分子信标探针(1μM)、引物(10μM)和qPCR试剂,qPCR反应后进行Cq值对比。
结果如图8所示,相差10倍浓度的细胞的qPCR结果也表明此项技术可以在细胞内进行qPCR。当RNA量相差10倍时,qPCR的循环数也相差3个左右(图8)。而100000个细胞的qPCR没有结果,这表明本技术不适合细胞过多的样本。因为qPCR体系是10μL,也就是10μL里面含有100000个细胞,每毫升细胞浓度要达到一千万个,这个细胞浓度在一般实验中很难达到。
实施例4
分别将100000个、10000个和1000个MDA-MB-231细胞采用实施例1的方法固定打孔后加入qPCR试剂、引物(10μM)和不同用量的CYR61分子信标探针(探针在体系中的终浓度分别为10μM、0.1μM),qPCR反应后进行Cq值对比。结果如图9和10所示。图9中采用10μM的探针浓度,明显细胞量在差值10倍时样本间Cq值不在正常范畴;图10中采用0.1μM的探针浓度,从扩增后的荧光值和Cq值可以看出探针太少,根本看不出不同样本间细胞内的RNA差异;采用1μM的探针浓度的结果如图8所示,符合细胞量在差值10倍时样本间的Cq值该有的差值。
对比例1
将50000个、5000个和500个Hela细胞采用实施例1的方法固定打孔后加入qPCR试剂、引物(10μM)和Taqman直链探针(1μM),之后进行qPCR反应。直链探针序列:5'-CAGCCCTGCGACCACACCAA-3',反应条件与分子信标探针相同。
结果如图11所示,当细胞量在差值10倍时样本间Cq值的差值超出正常范畴,而且扩增曲线也不对,因此直链探针很难在细胞内进行qPCR。
对比例2
将Hela细胞使用胰酶消化(10cm细胞培养皿培养细胞,使用3mL胰酶消化细胞),吹打成为单细胞悬液于15mL离心管中。细胞悬液4℃条件下500g离心3min去除上清,细胞沉淀用1mL冰1×PBS(0.01M、pH=7.4)重悬。分别加入不同用量的浓度为1.33%的冰甲醛溶液,使其体系中的终浓度分别为4%、2%、1%、0.3%,分别固定5min、10min、15min、30min。提取样本的RNA(奕杉生物(ESscience)RNA快速提取试剂盒,货号RN001)。
结果表明,体系中终浓度为1%的甲醛溶液固定效果最好,提取出的RNA量是4%和2%冰甲醛溶液固定后提取的RNA浓度的两倍,0.3%的甲醛溶液固定后提取的RNA量虽然高,但是细胞未充分固定,在打孔时细胞破裂。在时间方面,10min可以让细胞充分固定,时间太短细胞未充分固定,打孔后细胞会破裂;时间不宜太长,时间太长细胞会黏连在一起,并且RNA会降解。
对比例3
将Hela细胞使用胰酶消化(10cm细胞培养皿培养细胞,使用3mL胰酶消化细胞),吹打成为单细胞悬液于15mL离心管中。细胞悬液4℃条件下500g离心3min去除上清,细胞沉淀用1mL冰1×PBS(0.01M、pH=7.4)重悬。加入浓度为1.33%的冰甲醛溶液,使其终浓度为0.3%,固定10min。之后分别加入不同用量的浓度为5%的冰Triton溶液(终浓度分别为0.5%、0.2%、0.1%),分别打孔1min、3min、5min。完成后4℃条件下500g离心3min去除上清,使用1mL冰1×PBS重悬细胞,检测浓度后备用。使用Taqman一步法RT-qPCR试剂盒,按照说明书进行qPCR实验,加入CYR61分子信标探针(终浓度1μM)、引物(10μM)和qPCR试剂。
结果显示,0.5%、0.2%、0.1%的冰Triton溶液都可以在细胞表面打出孔洞,但是0.5%的高浓度会让细胞孔洞过大,细胞在qPCR过程中需要加热到95℃高温,细胞膜孔洞过大会使细胞破裂,RNA和反应试剂无法保存在细胞内而流出细胞,这样就失去了单细胞原位qPCR的意义;0.1%的浓度打孔过小,无法让qPCR反应试剂充分融入细胞内部;0.2%的Triton溶液浓度打孔效果最佳。打孔时间3分钟为最佳时长,打孔时间过长会使细胞孔洞过大,过短则会使细胞孔洞过小试剂无法充分进入影响实验效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
序列表
<110> 中山大学孙逸仙纪念医院
<120> 一种单细胞内原位qPCR方法
<160> 6
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 32
<212> DNA
<213>人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<223> CYR61分子信标探针
<400> 1
ccagcgcagc cctgcgacca caccaacgct gg 32
<210> 2
<211> 20
<212> DNA
<213>人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<223> Primer-L
<400> 2
aacgaggact gcagcaaaac 20
<210> 3
<211> 19
<212> DNA
<213>人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<223> Primer-R
<400> 3
acagggtctg ccctctgac 19
<210> 4
<211> 25
<212> DNA
<213>人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<223> CRISPR-CYR61-7-F
<400> 4
caccgtctgc agatcccctt cagag 25
<210> 5
<211> 25
<212> DNA
<213>人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<223> CRISPR-CYR61-7-R
<400> 5
aaacctctga aggggatctg cagac 25
<210> 6
<211> 20
<212> DNA
<213>人工序列(Artificial Sequence)
<220>
<223>直链探针
<400> 6
cagccctgcg accacaccaa 20
Claims (4)
1.一种单细胞内原位qPCR方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)将细胞消化,吹打成为单细胞悬液,去上清,将细胞沉淀重悬,加入甲醛溶液进行固定,之后加入Triton溶液进行打孔,去上清,将细胞沉淀重悬;
(2)采用分子信标探针进行探针法RT-qPCR;
步骤(1)中所述的甲醛溶液在体系中的浓度为1%;
步骤(1)中所述的Triton溶液在体系中的浓度为0.2%;
步骤(1)中所述的固定的时间为10 min;
步骤(1)中所述的打孔的时间为3 min;
步骤(2)中所述的分子信标探针为CYR61分子信标探针,其核苷酸序列如下:5'-CCAGCGCAGCCCTGCGACCACACCAACGCTGG-3';其中,分子信标探针5'端修饰有荧光基团FAM,3'端修饰有淬灭基团BHQ1;
所述的CYR61分子信标探针的引物序列如下:
Primer-L:5'-AACGAGGACTGCAGCAAAAC-3';
Primer-R:5'-ACAGGGTCTGCCCTCTGAC-3';
步骤(2)中所述的分子信标探针的用量按照其在体系中浓度为1 μM配比;
所述的RT-qPCR使用的细胞的用量为10 μL RT-qPCR体系中细胞的数量为1000-10000个;
所述的方法用于检测RNA。
2.根据权利要求1所述的单细胞内原位qPCR方法,其特征在于:
步骤(1)中所述的去上清采用的方式为4℃条件下500 g离心3 min;
步骤(1)中所述的甲醛溶液为体积比为1.33%的甲醛溶液;
步骤(1)中所述的Triton溶液为体积比5%±0.1%的Triton溶液。
3.根据权利要求1所述的单细胞内原位qPCR方法,其特征在于:
步骤(1)中所述的消化采用胰酶,其用量根据培养细胞所使用的培养皿决定,胰酶覆盖培养皿表面所有生长细胞的表面;
步骤(1)中所述的将细胞沉淀重悬采用温度为0℃±4℃的0.01M、pH=7.4的 1×PBS;
步骤(1)中所述的甲醛溶液和Triton溶液为冰溶液,温度为0℃±4℃。
4.根据权利要求1所述的单细胞内原位qPCR方法,其特征在于:
步骤(2)中所述的探针法RT-qPCR采用一步法RT-qPCR试剂盒。
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