Practical aspects of single-cell RT-qPCR analysis

Abstract

Recent breakthroughs in the RNA quantification of single cells are rapidly transforming the view on biology and medicine. Flexibility and sensitivity of reverse transcription quantitative PCR (RT-qPCR) make it an ideal method for quantification of single-cell material, but its limits had not been yet fully explored. In this thesis, various factors influencing RT-qPCR performance in single-cell application have been assessed, including conditions of sample collection and processing, importance of quality control, performance of reverse transcription, preamplification and role of qPCR assays. We showed that prolonged time for single cell collection as well as repeated freeze-thaw cycles had negligible effect on RT-qPCR data quality. Direct lysis routinely applied for RNA extraction from single cells may be scaled up to 256 cells. The comprehensive comparison of 11 reverse transcriptases in low RNA input conditions identified 2 best-performing enzymes. Decrease in preamplification volume as well as poor primer design resulted in the loss of sensitivity. Finally, the established workflow has been applied to profile gene expression of astrocytes in mouse model of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) identifying important components of ALS-induced changes to astrocyte transcriptome. Altogether, the thesis...

Prelomové objavy spojené s kvantifikáciou RNA z jednotlivých buniek menia aktuálny pohľad na biológiu a medicínu. Vhodnou metódou pre ich analýzu je modifikovateľná a vysoko senzitívna metóda reverznej transkripcie a kvantitatívnej PCR (RT-qPCR), ktorej limitácie však neboli doposiaľ plne preskúmané v kontexte tak nízkych množstiev vstupného materiálu. Táto práca sa zameriava na objasnenie vplyvu rôznorodých faktorov, ktoré by mohli ovplyvniť správnosť fungovania RT-qPCR, zahrňujúc podmienky pre zber vzoriek a ich spracovanie, kontroly kvality, výkonnosť reverznej transkripcie, preamplifikácie a rolu qPCR esejí. Naše výsledky ukazujú, že predĺžené časy pri zbere buniek ako aj opakované zmrazovanie a rozmrazovanie vzoriek malo zanedbateľný dopad na kvalitu RT-qPCR dát. Priama lýza buniek, bežne využívaná pri extrakcii RNA z jednotlivých buniek, je taktiež vhodná pre vzorky obsahujúce až 256 buniek. Porovnanie 11 revererzných transkriptáz s minimálnym množstvom vstupného materiálu identifikovalo 2 enzýmy s nadštandardným výkonom. Zníženie reakčného objemu preamplifikácie či neoptimálny dizajn primerov viedol k zníženiu senzitivity reakcie. Na záver bola optimalizovaná RT-qPCR použitá k profilovaniu génovej expresie astrocytov v myšom modeli amyotrofickej laterálnej sklerózy (ALS), ktorou sme...