Dieses Protokoll beschreibt eine Methodik für den Multiplex-mRNA-Nachweis mit Protein-Imaging-Massenzytometrie in formalinfixierten, in Paraffin eingebetteten Gewebeschnitten.
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Methodenartikel
Dieses Protokoll beschreibt eine Methodik für den Multiplex-mRNA-Nachweis mit Protein-Imaging-Massenzytometrie in formalinfixierten, in Paraffin eingebetteten Gewebeschnitten.
Die Fähigkeit, Protein und mRNA im selben Assay nachzuweisen, hilft uns zu verstehen, wie sich die Zelle auf eine Ankunft vorbereitet und welche Signale sie erhält, wenn sie in der Umgebung, in der sie sich befindet, reist und interagiert. Die Bildgebung mit höherem Plexus ermöglicht nun die gleichzeitige Charakterisierung von räumlich aufgelöster mRNA (räumliche Transkriptomik) und Proteinen (räumliche Proteomik). Um Redundanzen zu vermeiden, können diese Analyten in einem einzigen Gewebeschnitt analysiert werden. Es gibt viele Technologien, die viele Proteine und wenige mRNAs oder die Umkehrung ermöglichen, aber da die zentral wirkenden Analyten Proteine sind, konzentriert sich dieses Manuskript auf die Integration der Protein-Imaging-Massenzytometrie (IMC) mit der mRNA-In-situ-Hybridisierung (ISH) unter Verwendung von Metallsonden. Dies ermöglicht es uns zu verstehen, welche Botschaften die Zelle aussendet oder schnell in die Welt sendet, während sie in ihrer Mikroumgebung kommuniziert. Es überwindet auch Einschränkungen im Zusammenhang mit dem Nachweis von sezernierten Proteinen oder schwierigen Markern, die normalerweise nur mit Antikörpern schwer zu quantifizieren und zu visualisieren sind. Dieses Protokoll minimiert auch den Bedarf an Kompensationen oder Nachbearbeitungen, wie er bei Methoden mit höheren Plex-Fluoreszenzen auftritt, da es in einem auf Metallsonden basierenden Detektionssystem weder einen fluoreszierenden spektralen Spillover noch gewebespezifische Autofluoreszenzüberlegungen gibt.
Krebserkrankungen weisen bei verschiedenen Patienten strukturelle und funktionelle Unterschiede auf. Die Tumormikroumgebung (TME), die sich aus normalen und bösartigen Zellen zusammensetzt, ist bei den Patienten heterogen. Die Metastasierung resultiert daraus, dass ein Rest des Primärtumors in Form von Zellclustern und Einzelzellen in den Blutkreislauf gelangt, was Hinweise auf den Krankheitsverlauf und das therapeutische Ansprechen gibt 1,2. Die Komplexität dieser Mikroumgebungen muss verstanden werden1. Obwohl Tumoren eine große Anzahl von Zelltypen umfassen, basiert der klinische Standard histologisch auf einem einzigen Marker, der sich allmählich zu verändernbeginnt 1,2. Multiplex-Bildgebungstechnologien haben neue Richtungen in der Pathologie eröffnet. Ortsaufgelöste Proteomik, Genomik, Metabolomik und Lipidomik von menschlichen Krebserkrankungen sind nun mit einer Einzelzellauflösung vonoder nahe der Einzelzellauflösung 3,4,5,6 möglich.
Diese Technologien können die heterogenen zellulären Lokalisationen und Wechselwirkungen in Tumoren entschlüsseln. Die Verwendung der geeigneten Einzelzell-Bioimaging-Methodik ermöglicht die Erstellung von Profilen vieler krankheitsassoziierter Protein-Biomarker in Patientenbiopsien, um die Entwicklung von Krebstherapien zu informieren. Erkenntnisse aus räumlichen zellulären Karten werden in der Lage sein, die Wahl einer Kombinationstherapie zu treffen, die Krebserkrankungen effizient eliminieren kann, indem sie Off-Targets, Resistenz und Rückfallreduziert 1. Es geht um die Fähigkeit, diese vielen unterschiedlichen Technologien, die typischerweise nicht harmonisch auf demselben Gewebeabschnitt zusammenarbeiten, gewerkschaftlich zu organisieren7. Dieses Protokoll, das in Abbildung 1 visuell dargestellt ist, bietet die Möglichkeit, sowohl die Proteomik als auch eine gezielte Untergruppe von mRNAs im selben Gewebeschnitt und in derselben Zelle gleichzeitig mit einer höheren Plexität zu untersuchen, als dies mit gleichzeitiger fluoreszierendem Protein+RNA-ISH8 möglich ist. Dies kann auch als Brücke für die parallele Analyse 3,4,6 dienen, mit dem Ziel, die Analyse der Daten zu entwirren. Während der duale Nachweis vorhanden ist, kann man auch Zellen untersuchen, die die mRNA-Produktion schnell eingeleitet haben, bei denen das sezernierte Protein jedoch aufgrund der begrenzten Empfindlichkeit und der fehlenden Signalverstärkung, die bei direkt markierten Primärantikörpermethoden inhärent ist, nicht nachweisbar bleibt, was den Nachweis von sekretierten Molekülen besonders schwierig macht. Das folgende Protokoll wurde von einer 12-Plex-Fluoreszenz/chromogenen Detektion angepasst, um für die metallbasierte Detektion mittels thiolreduzierter modifizierter Sonden für die gleichzeitige Detektion in IMC anwendbar zu sein.
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Dieses Protokoll verwendet formalinfixierte, paraffineingebettete (FFPE) Gewebe von zuvor unbehandelten Patientinnen, die sich einer primären zytoreduktiven Operation bei hochgradigem serösem Ovarialkarzinom unterziehen. Alle klinischen Daten wurden aus dem Repositorium der Abteilung für gynäkologische Onkologie und Reproduktionsmedizin im Rahmen von Protokollen gewonnen, die vom Institutional Review Board der University of Texas MD Anderson genehmigt wurden. Es wurde eine schriftliche Einverständniserklärung der Patienten eingeholt und die Studien wurden in Übereinstimmung mit anerkannten ethischen Richtlinien durchgeführt.
1. Vorsichtsmaßnahmen und Vorbereitungen
2. Probenvorbereitung und -vorverarbeitung
3. Protease-Behandlung
4. Hybridisierung von Zielsonden
5. RNA-ISH-Verstärker hybridisieren 1
6. RNA-ISH-Verstärker hybridisieren 2
7. RNA-ISH-Verstärker hybridisieren 3
8. Hybridisierung von Metalloligos
9. Metallkonjugierte Antikörper
10. Inkubation mit metallkonjugierten Antikörpern
11. DNA-Färbung
12. Bilderfassung
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Die Fähigkeit, Protein und mRNA im selben Assay nachzuweisen, hilft uns zu verstehen, wie sich die Zelle auf eine Ankunft vorbereitet, aber auch, welche Warteschlangen sie auf ihrem Weg und in Interaktion mit ihrer Umgebung erhält. Wie in den repräsentativen Daten zu sehen ist, sind mRNA- und Proteinnachweise kritische Komponenten in der räumlichen biologischen Forschung, da die unteren Nachweisgrenzen je nach Fortschritt der Markierungs-, Detektor- und/oder Bildgebungsschritte eine groß...
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Multiplex-Multi-Omics ist eine entscheidende Weiterentwicklung der gesammelten Daten, die auf Interaktionen von Zelle zu Zelle und von Zelle zu Nachbarschaft abzielt, die sich auf das Fortschreiten und die Behandlung der Krankheit auswirken. Die Analyse dieser Daten in derselben Probe und damit in derselben Zelle ist von entscheidender Bedeutung, da viele Proteinziele vorübergehend exprimiert werden oder sich in mRNA und Proteinexpressionsniveau unterscheiden, so dass eine gezielte mRNA-...
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Jared K. Burks ist Berater bei Standard BioTools.
Diese Forschung wurde in Zusammenarbeit mit der Flow Cytometry and Cellular Imaging Core Facility durchgeführt, die teilweise von den National Institutes of Health durch den Cancer Center Support Grant P30 von M. D. Anderson CA016672 unterstützt wird. Diese Forschung wurde auch teilweise durch den Support Grant Development Award des MD Anderson's Cancer Center, Imaging Mass Cytometry Spatial Transcriptomics via RNAscope, P30CA016672, NIH/NCI, PI - Pisters unterstützt. Die Bemühungen der JKB wurden teilweise durch das P30 CA016672 und den NCI Research Specialist 1 R50 CA243707-01A1 unterstützt. Die Bemühungen des SFB wurden teilweise von der Ovarian Cancer Research Alliance (OCRA 811621 und 891490), der Honorable Tina Brozman Foundation for Ovarian Cancer Research, dem MDACC Ovarian Cancer SPORE Developmental Research Program, NIH 1R01CA261952-01A1 unterstützt. Die Bemühungen von SFB, JKB und BG wurden teilweise durch den Zuschuss 1U01CA294459-01 unterstützt. Die Autoren danken Samuel Mok, der die verwendeten Proben geschnitten und zur Verfügung gestellt hat.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| https://www.protocols.io/view/oligonucleotide-polymer-conjugation-for-imaging-ma-dm6gpjz91gzp/v2. | Protocols.IO | dx.doi.org/10.17504/protocols.io.dm6gpjz91gzp/v2 | Oligonukleotid-Polymer-Konjugation zur Bildgebung der Massenzytometrie V.2 |
| 10x TBS RNAse-frei | Thermo Fisher Scientific | J62780. K7 | Für intermittierende Waschen zwischen den Schritten |
| ACD HybEZ II Hybridisierungssystem | ACD Biotechne | 321711 | Ofen für Backpapier-Folien |
| Antikörperverdünner | Dako | S0809 | Antikörper-Verdünnungspuffer |
| Antikörper: B7-H3 | Bethyl | A700-025CF, A700-026CF | Klon: BLR025F, BLR026F |
| Antikörper: B7-H4 | Thermo Fisher Scientific | 14-5949-82 | Klon: H74 |
| Antikörper: BRD4(6F11) | Bethyl | A700-005CF | Klon: BL-151-6F11 |
| Antikörper: CCR6 | R& D | MAB195-100 | Klon: 53103 |
| Antikörper: CD11b | Abcam | ab209970 | Klon: EPR1344 |
| Antikörper: CD25 | Abcam | ab215378 | Klon: EPR6452 |
| Antikörper: CD278/ICOS | CST | 89601BF | Klon: D1K2T |
| Antikörper: CD31 | Abcam | ab207090 | Klon: EPR3094 |
| Antikörper: CD33 | Abcam | ab238784 | Klon: SP266 |
| Antikörper: CD3e | CST | 85061BF | Klon: D7A6E |
| Antikörper: CD4 | Abcam | ab181724 | Klon: EPR6855 |
| Antikörper: CD44 | Thermo Fisher Scientific | MA1-10225 | Klon: IM7 |
| Antikörper: CD45 | Thermo Fisher Scientific | 14-9457-82 | Klon: CD45-2B11 |
| Antikörper: CD8a | CST | 85336BF | Klon: D8A8Y |
| Antikörper: CXCL13 | R& D | AF801 | Klon: Polyklonal |
| Antikörper: CXCR5 | R& D | MAB190-100 | Klon: CXCR5 |
| Antikörper: Gamma-H2AX | Bethyl | A700-053CF | Klon: BLR053F |
| Antikörper: Granzym B | Santa Cruz | SC-8022 X | Klon: 2C5 |
| Antikörper: KAP1 | Bethyl | A700-014CF | Klon: BL-248-2G6 |
| Antikörper: Ki67 | Bethyl | A700-021CF | Klon: BLR021E |
| Antikörper: LCK | CST | 2984BF | Klon: D88 |
| Antikörper: MFAP5 | N/A | N/A | PMID: 31332047 / Klon: 130A (Hinweis: individuell entworfen) |
| Antikörper: SMA | CST | 56856BF | Klon: 1A4 |
| Antikörper: VEGF | STB-Fluidigm | 3163028D | Klon: G153-494 |
| Antikörper: VISTA | CST | 64953BF | Klon: D1L2G |
| AZ-AR1 Elegance Citra | BioGeneX | HK546-XAK | Antigenrückgewinnungspuffer |
| Ethylalkohol 100 % (200 Proof) | Pharmco | 111000200 | Für die Deparaffinisierung |
| EZ – Retriever IR | BioGeneX | MW016-IR | Antigenentnahmesystem für FFPE-Gewebeschnitte |
| HybEZ II Hybridisierungssystem | ACD Biotechne | 321710 | Das System besteht aus: HybEZ-Ofen (PN 321710/321720), einem Feuchtigkeitskontrollblech (PN 310012) und HybEZ-Befeuchtungspapier (2 Blätter PN 310025), EZ-Batch-Waschblech (PN 321717), EZ-Batch-Folienhalter (PN 321716) |
| ImmEdge Hydrophobe Barriere PAP Pen | VectorLabs | H-4000 | Hydrophober Barrierestift |
| IR-Interkalator-Lösung | Thermo Fisher Scientific | NC1038184 | Verwendet zur Identifizierung von nuklearen Zellen |
| KERATIN 18.8. | CST | 4546BF | Klon: C51 |
| Metalloligos | Verschiedene | Verschiedene | Metallanhänger von T1 bis T12, je nachdem, welcher benötigt wird, reicht von T1 bis T12 |
| Nukleasefreies Wasser (NFW) | Corning | 46-000-CM | Um alle Geräte zu reinigen und vorzubereiten und bei Bedarf als Verdünner zu verwenden |
| RNAscope Protease Plus | ACD Biotechne | 322331 | Verwendet zur Permeabilisierung von Zellmembranen von Proben |
| RNAscope EZ-Batch Schlittenträgerhalter | ACD Biotechne | 310017 | Entwickelt, um bis zu 20 Objektträger manuell in Chargen effizient zu verarbeiten |
| RNAscope HiPlex12 Reagenzien Kit v2 | ACD Biotechne | 324409 | Reagenzien für RNAScope |
| RNAscope HiPlex-Sonde – Zielsonden | ACD Biotechne | Verschiedene | Sie reichen von T1 bis T12, je nachdem, was benötigt wird. |
| RNaseZap RNase-Dekontaminationslösung | Thermo Fisher Scientific | AM9782 | Eine Oberflächendekontaminationslösung, die RNases zerstört |
| Färbegeister-Mikroskop-Objektträger-Korbhalter 24 Plätze chemisch resistenter Kunststoff | Optimal Wissenschaftlich | 3028 | Zum Färben mehrerer Objektträger |
| Tween 20 | Thermo Fisher Scientific | AAJ20605AP | Für intermittierende Waschen zwischen den Schritten |
| Ultravision-Proteinblock | Thermo Fisher Scientific | TA125PBQ | Blockpuffer |
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