本文介绍了一种结合流式细胞分选与低起始量下一代测序文库构建的实验方案,旨在从经典型霍奇金淋巴瘤(CHL)的霍奇金-里德-斯特恩伯格(HRS)细胞中获得高质量的全外显子组数据。
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本文介绍了一种结合流式细胞分选与低起始量下一代测序文库构建的实验方案,旨在从经典型霍奇金淋巴瘤(CHL)的霍奇金-里德-斯特恩伯格(HRS)细胞中获得高质量的全外显子组数据。
经典霍奇金淋巴瘤中的霍奇金-里德-斯特恩伯格细胞(Hodgkin Reed-Sternberg cells)稀疏分布于炎性淋巴细胞背景中,通常仅占肿瘤质量的不到1%。来源于整体肿瘤的材料中肿瘤含量浓度不足,难以进行有效表征。因此,本文介绍了一种利用八种抗体以及侧向散射和前向散射进行荧光激活细胞分选的方法,可快速分离并高纯度富集数千个HRS细胞用于后续研究。同时,由于外显子组测序的标准流程通常需要100–1,000 ng的输入DNA,这一要求即使经过流式分选仍常过高,我们还提供了一种优化的低输入量文库构建方案,仅需低至10 ng的输入DNA即可生成高质量数据。该组合方法可生成适用于全外显子捕获探针或更聚焦的靶向面板的下一代测序文库。将HRS细胞与肿瘤内健康的T细胞或B细胞进行比较,开展外显子组测序可识别体细胞变异,包括突变、插入与缺失以及拷贝数变异。这些发现有助于阐明HRS细胞的分子生物学机制,并可能揭示靶向药物治疗的新途径。
由于下一代测序技术的发展,癌症基因组学取得了显著进展,从而在多种血液系统及非血液系统肿瘤的治疗靶点识别和预后判断方面实现了重大突破。基于特定基因组改变的新型个体化治疗策略正在多种肿瘤类型中迅速涌现(参见文献综述1,2)。尽管淋巴瘤基因组学已取得显著进展,经典型霍奇金淋巴瘤(CHL)中肿瘤性HRS细胞的基因组仍研究较少。由于肿瘤性HRS细胞存在于反应性微环境中且数量稀少,难以分离出纯化的HRS细胞群体,这限制了相关研究的开展3。
从原发性肿瘤中分离活体HRS细胞的方法由Fromm 等4,5,6建立。该方法采用包含CD30、CD15、CD40、CD95、CD45、CD20、CD5和CD64的八种抗体混合物,明确鉴定经典霍奇金淋巴瘤(CHL)肿瘤悬液中的HRS细胞。利用该技术,我们能够从新鲜或冷冻的肿瘤活检细胞悬液中分离出至少1,000个活体HRS细胞,这些悬液至少含有107个细胞(约10 mg组织)。流式细胞术分析显示纯度超过90%,在连续10例病例的外显子组基因组分析中估计纯度至少为80%。
我们改进了一种流式细胞术细胞分离技术,显著简化了操作流程,能够快速从原发性经典霍奇金淋巴瘤(CHL)肿瘤中分离出数千个有活力的HRS细胞7。我们已利用该技术获得了据信是首例原发性霍奇金淋巴瘤肿瘤细胞的全外显子组序列。我们的研究证明了对单个CHL病例进行高通量、全基因组分析的可行性,并已成功鉴定出一些新的基因组改变,有望揭示CHL发病机制的某些方面。
我们进一步开发了一条流程,用于将提取的DNA应用于高通量基因组研究。为了从仅1,000个分选获得的HRS细胞(连续病例中所能获得的最低数量)中获得可靠结果,我们进一步优化了下一代DNA文库构建流程8,从而提高了接头连接效率,并能够在无需过度扩增的情况下生成DNA片段文库。该方法使得常规临床样本的分析成为可能,并可用于检测反复出现的突变及染色体改变7。
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1. 组织处理与冷冻
2. 准备用于细胞分选的细胞悬液
注意:每批抗体必须使用 1000 万细胞在 300- µL 的染色体积中进行适当的滴定。除 CD30 外,所有抗体均可使用外周血;对于 CD30,可将 KMH2 细胞系加入外周血中用于滴定10。我们通常以生产商推荐的抗体体积为起点,对每批抗体进行两个两倍稀释和一个两倍增加(共四个数据点)的滴定实验。例如,若生产商推荐使用 10 µL 体积,则我们采用 2、5、10 和 20 µL 的体积进行滴定。
3. (可选方案)T细胞花环阻断
注意:在组织切片和细胞悬液中,HRS 细胞周围常被 T 细胞呈花环状包绕,这些 T 细胞可能污染分选后的 HRS 细胞组分。这种相互作用由 HRS 细胞上的 CD54 和 CD58 与 T 细胞上的 LFA-1 和 CD2 结合所介导4,11。可通过未标记的针对这些黏附分子的抗体阻断上述相互作用。
4. 使用细胞分选进行 HRS-、B- 和 T-细胞的分离
注意:尽管我们使用了配备5个激光器的特殊科研用分选仪器(参见材料清单电子表格),但任何能够检测抗体组合中所用荧光染料的分选仪均适用。执行以下步骤需要熟悉软件12功能以及细胞分选仪操作的基本知识。有关详细说明,请参阅在线软件手册。
5. DNA 提取
6. 文库构建
7. 外显子杂交
8. 多重测序
9. 分析(可根据需要替换为其他分析流程)

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文库扩增及0.8x磁珠纯化后应进行生物分析仪检测。应观察到片段大小在目标范围内呈现“近似正态”的分布(图2a)。若曲线偏离该形态,例如出现明显的“肩峰”,则提示存在高或低分子量的副产物。例如,图2b-2d 展示了含有明显副产物的文库示例,此类文库理想情况下不应进行测序。若文库质量严重受损,且仍有DNA材料可用,或可重新进行文库构建和/或细胞分选以重新开始实验。
有时接头二聚体可能在第一次0.8x磁珠纯化过程中残留。若发生此情况,会在125 - 130 bp附近出现一个尖锐的峰(见图2c)。此时,建议再进行一次额外的0.8x磁珠纯化,并重复生物分析仪检测,以确保成功去除二聚体。
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掌握该技术后的未来应用或发展方向
本方法可用于含有至少 10 ng DNA 的样本进行外显子组测序。在临床背景下,由于材料不足,该限量排除了大多数细针穿刺样本,但包括足够的穿刺活检和切除活检样本。这将能够从更多可能的样本中获取数据。
方案中的关键步骤
适当的冷冻和解离技术对实验成功至关重要。应尽可能完全解离整个样本,包括纤维化区域。使用130 µm喷嘴进行细胞分选似乎对最大化获得大体积HRS细胞及DNA产量至关重要。尽管尚未开展使用多种喷嘴尺寸的严格对照实验,但与100 µm喷嘴相比,使用更大尺寸喷嘴时细胞得率显著提高;而使用85 µm喷嘴分选后,载玻片上几乎未检测到细胞(未发表观察结果)。
修改与故障排除
当用于文库构建的输入DNA质量少于100 ng时,应尽...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本项目方法的开发由威尔康奈尔医学院病理学与实验室医学系资助。我们感谢三校联合计算生物学与医学培训项目提供的部分资金支持。我们衷心感谢与我们分享宝贵时间与专业知识的科学家们,特别是Maryke Appel、Dan Burgess、Iwanka Kozarewa、Chad Locklear,以及来自威尔康奈尔医学院基因组核心设施的所有成员,包括Jenny Zhang、Xiaobo (Shawn) Liang、Dong Xu、Wei Zhang、Huimin Shang、Tatiana Batson和Tuo Zhang。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 培养皿或细胞培养皿(无菌) | |||
| RPMI-1640 培养基 | 罗斯威尔公园纪念研究所 | ||
| 胎牛血清(FCS,热灭活) | |||
| 冻存液(RPMI,20% FCS,10% 二甲基亚砜(DMSO))——现配并保持无菌 | |||
| 含 2% FCS 的 RPMI(现配或可储存至 1 个月) | |||
| 带新刀片的手术刀 | |||
| 10 mL 注射器(无针头) | |||
| 冻存管 | |||
| 50 mL 圆锥形离心管,耐压 | |||
| 离心机 | 可容纳 50 mL 圆锥形离心管,并提供 400g 离心力 | ||
| HEPES 缓冲液(1 M,细胞培养级) | |||
| 磷酸盐缓冲液(PBS) | |||
| Pluronic-F68 | Thermo-Fisher | 24040-032 | |
| DNase-I | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | D4527-10KU | 建议以 5 mg/mL 溶于 RPMI 中,于 -200 °C 保存 |
| 牛血清白蛋白(BSA) | |||
| 分选缓冲液(PBS + 2% BSA + 25 mM HEPES + Pluronic –F68(1x)) | |||
| CD64-FITC(22) | Beckman Coulter, Miami, FL | 建议起始体积为 20 μL;建议进行滴定 | |
| CD30-PE(BerH83) | BD Biosciences, San Jose, CA | 建议起始体积为 20 μL;建议进行滴定 | |
| CD5-ECD(BL1a) | Beckman Coulter, Miami, FL | 建议起始体积为 10 μL;建议进行滴定 | |
| CD40-PerCP-eFluor 710(1C10) | Ebiosciences, San Diego, CA | 建议起始体积为 5 μL;建议进行滴定 | |
| CD20-PC7(B9E9) | Beckman Coulter, Miami, FL | 建议起始体积为 10 μL;建议进行滴定 | |
| CD15-APC(HI98) | BD Biosciences, San Jose, CA | 建议起始体积为 20 μL;建议进行滴定 | |
| CD45 APC-H7(2D1) | BD Biosciences, San Jose, CA | 可替换为 CD45-Krome Orange(J.33, Beckman Coulter),建议体积为 10 μL;建议进行滴定 | |
| CD95-Pacific Blue(DX2) | Life Technologies, Grand Island, NY | 建议起始体积为 5 μL;建议进行滴定 | |
| CD2(5 μg;克隆号 RPA-2.10) | Biolegend, San Diego, CA | 用于可选方案;建议进行滴定 | |
| CD54(10 μg;克隆号 84H10) | Serotec, Oxford, United Kingdom | 用于可选方案;建议进行滴定 | |
| CD58(10 μg;克隆号 TS2/9) | eBioscience, San Diego, CA | 用于可选方案;建议进行滴定 | |
| LFA-1(12 μg;克隆号 MHM23) | Novus Biologicals, Littleton, CO | 用于可选方案;建议进行滴定 | |
| BD CS&T 微球 | BD Biosciences, San Jose, CA | ||
| BD Accudrop 微球 | BD Biosciences, San Jose, CA | ||
| BC Versa Comp 抗体捕获微球 | Beckman Coulter, Miami, FL | 补偿微球 | |
| 配备 5 个激光器的 BD-FACS ARIA 特殊研究订单仪器 | BD Biosciences, San Jose, CA | 任何具备检测抗体组合中荧光染料能力的 BD-FACS Aria 仪器均可满足要求 | |
| Wizard | Promega | A2360 | |
| 10 mM Tris-Cl 缓冲液 | NA | ||
| Qubit dsDNA HS 检测试剂盒 | Life Technologies, Carlsbad, CA | ||
| S2 超声破碎仪 | Covaris, Woburn, MA | 可使用替代产品 | |
| microTUBE | Covaris, Woburn, MA | ||
| 低通量文库制备试剂盒 | Kapa Biosystems, Wilmington, MA | KK8221 | |
| Sybr Green | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | S9430 | |
| Agencourt AMPure XP 微球 | Beckman Coulter, Miami, FL | ||
| 生物分析仪 | Agilent Technologies, Santa Clara, CA | ||
| SeqCap EZ 外显子 v.3.0 | Roche Nimblegen | 6465684001 | |
| HiSeq | Illumina | ||
| TruSeq 风格通用接头 | Integrated DNA Technologies (IDT), Coralville, Iowa | HPLC 纯化;AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGAT*C*T | |
| TruSeq 风格索引接头 | Integrated DNA Technologies (IDT), Coralville, Iowa | HPLC 纯化;/5Phos/GATCGGAAGAGCACACGTCTGAACTCCAGTCACNNNNNNATCTCGTATGCCGTCTTCTGCTTG | |
| TruSeq 风格 PCR 引物 1 | Integrated DNA Technologies (IDT), Coralville, Iowa | AATGATACGGCGACCACCGAGA | |
| TruSeq 风格 PCR 引物 2 | Integrated DNA Technologies (IDT), Coralville, Iowa | CAAGCAGAAGACGGCATACGAG | |
| 无核酸酶双链缓冲液 | Integrated DNA Technologies (IDT), Coralville, Iowa | ||
| BD FACSDIVA 软件 | BD Biosciences, San Jose, CA | ||
| BD Falcon 管 | BD Biosciences, San Jose, CA | ||
| BD 流式管 | BD Biosciences, San Jose, CA |
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