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Depuis leur introduction en 2011, les immunothérapies contre le cancer qui réduisent la suppression des lymphocytes T cytotoxiques en bloquant les molécules de contrôle immunitaire inhibitrices telles que PDL-1 et CTLA-4 sont devenues la référence pour le traitement des tumeurssolides 1. Cependant, malgré une utilisation à grande échelle chez les patients, l’efficacité clinique de ces médicaments varie considérablement car de nombreux cancers tumoraux solides présentent intrinsèquement ou finissent par générer une résistance à cesthérapies 2. Dans de nombreux cas, cela est dû à la nature extrêmement hétérogène des tumeurs solides, même chez le même typede cancer de type 3. Une compréhension plus approfondie des relations cellulaires qui se produisent dans les tumeurs solides est essentielle pour améliorer les modalités de traitement. Ainsi, identifier les mécanismes exacts et les interactions qui alimentent et soutiennent cette résistance est au cœur de la recherche sur le cancer. Ici, nous visons à développer une méthode permettant une analyse spatiale intégrée de l’expression des protéines et de l’ARN au sein des tissus intacts afin de mieux caractériser ces interactions cellulaires complexes.
Le microenvironnement tumoral (TME) est composé des composants cellulaires et structurels non cancéreux qui façonnent la croissance tumorale et la réponse immunitaire, y compris les fibroblastes associés au cancer, les cellules immunitaires infiltrantes, les composants vasculaires et la matriceextracellulaire 4. Récemment, il est apparu que la composition et l’organisation de la TME influencent fortement la capacité des tumeurs à être permissives ou résistantes à l’infiltration immunitaire, l’un des principaux facteurs dictant la réactivité àl’immunothérapie 5. Dans de nombreux cancers, un phénotype de « désert immunitaire », caractérisé par un faible nombre de lymphocytes T et la présence de populations myéloïdes fortement immunosuppressives, est corrélé à une faible réactivité aux thérapies de blocuspar points de contrôle 6,7. La signalisation chimiokine régit bon nombre de ces dynamiques de recrutement. Par exemple, CXCL1 et CCL2 attirent les cellules myéloïdes immunosuppressives, tandis que les axes CXCR3-CXCL9/CXCl10 recrutent à la fois des lymphocytes T cytotoxiques et régulateurs dans latumeur 8. Par conséquent, l’environnement de signalisation spécifique à une niche peut influencer fortement le phénotype et la fonction cellulaires. Par exemple, chez les patients atteints de cancer colorectal, l’axe CCL5-CCR5 contrôle la fonction suppressive des macrophages associés aux tumeurs (TAMs) et bloquer ce signal biaise la TAM vers un phénotype anti-tumorigène et est corrélé à une amélioration des réponsescliniques 9. De plus, des interactions directes entre les cellules immunitaires, les fibroblastes associés au cancer et/ou les cellules tumorales via l’ICAM et le PDL-1 peuvent induire un épuisement immunitaire et une immunité antitumoraleémoussée 10. Ensemble, ces résultats soulignent l’importance des analyses spatiales résolues pour comprendre comment l’EMT influence l’efficacité thérapeutique.
L’imagerie immunofluorescente (FI) reste une approche fondamentale pour visualiser l’expression protéique et les interactions cellule-cellule dans les tissus. Le domaine est passé du FI conventionnel 3-4 couleurs à des flux d’imagerie à haut contenu reposant sur la coloration itérative et l’imagerie. Dans ces méthodes, de grands ensembles de données sont générés par des cycles répétés de marquage des anticorps, d’imagerie, d’inactivation ou de retrait des fluorophores afin que des marqueurs supplémentaires puissent être colorés et imagés11. Literative Bleaching Extends Multiplexity (IBEX) a récemment été introduit comme une plateforme d’imagerie itérative conviviale et économique12. Compatible avec l’utilisation d’anticorps commerciaux et de microscopes conventionnels, IBEX utilise le borohydrure de lithium (LiBH 4) pour réduire la fluorescence des colorants les plus couramment utilisés sans endommager les épitopes tissulaires, permettant ainsi l’acquisition de jusqu’à 75 paramètres pour un seultissu 13. Les images obtenues à partir de cette coloration cyclique sont alignées à l’aide du logiciel open source SimpleITK pour produire des ensembles de données composites adaptés aux analyses spatiales de haute dimension.
Complémentaires au phénotypage au niveau protéique, les méthodes transcriptomiques spatiales peuvent fournir des informations précieuses sur l’état transcriptionnel des cellules dans leur environnement naturel. Notamment, l’hybridation in situ (ISH) est une technique populaire permettant d’identifier la localisation de séquences d’ADN ou d’ARN dans un tissuspécifique 11. L’ARNAscope est une approche ISH bien établie qui utilise des sondes avec une chimie Z unique pour amplifier spécifiquement les transcrits d’ARN à une seule molécule et est compatible avec de nombreux typesd’échantillons différents 14. En tant que plateforme largement adoptée et disponible commercialement via Advanced Cell Diagnostics (ACD), RNAscope propose des sondes validées contre une grande variété de cibles, simplifiant la conception expérimentale pour diverses applications.
Une vision plus complète de l’identité et des fonctions cellulaires peut être obtenue en combinant la détection de protéines et d’ARN au sein du même tissu. Les protéines sécrétées à courte durée de vie, telles que les cytokines et les chimiokines, ne disposent traditionnellement pas de coloration fiable par anticorps par l’IHC, mais des informations sur leur expression peuvent être obtenues par la quantification de leurs transcriptes d’ARNm. Les tentatives précédentes de co-détection de l’ARN et des protéines, telles que l’IHC chromogénique conventionnel ou le TSA-OPAL, ont été limitées par une amplification non linéaire du signal et des protocoles de récupération d’antigèneschronophages 15. Comparée à ces approches, la méthode Bex-Plex permet une détection simultanée de protéines et d’ARN à haute plex tout en préservant le contexte spatial et la morphologie nucléaire pour un enregistrement d’image précis.
Nous présentons ici « Bex-Plex », un protocole qui intègre les plateformes IBEX et RNAscope pour une caractérisation simultanée et quantifiable des états transcriptionnel et translationnel des cellules au sein de leurs tissus d’origine. Dans Bex-Plex, les tissus embêtés OCT fixes suivent le protocole IBEX standard suivi d’un flux de travail RNAscope HiPlex légèrement modifié, où la récupération de cibles est effectuée à 60°C avec un temps d’incubation d'1 heure, contre 5 minutes d’incubation initiale à 99°C. Cela préserve l’architecture des noyaux, permettant un alignement précis des marqueurs fiduciaux lors de l’enregistrement des images séparées des cycles IF et ISH en un seul. Ce protocole convient particulièrement aux études nécessitant une analyse spatiale simultanée de l’expression des protéines et de l’ARN dans des tissus intacts, en particulier lorsque la disponibilité tissulaire est limitée ou lorsque la préservation de l’architecture spatiale est cruciale, comme dans l’analyse du microenvironnement tumoral ou les études de profilage immunitaire.
Utilisant des réactifs largement disponibles et compatibles avec la plupart des plateformes d’imagerie, Bex-Plex peut être réalisé par tout personnel de recherche techniquement formé, familier avec l’imagerie fluorescente et disposant d’un microscope conventionnel. Le protocole présenté ici est optimisé pour les échantillons congelés fixes. À l’heure actuelle, le protocole a été validé sur des tissus figés congelés, et une optimisation supplémentaire pourrait être nécessaire pour l’application à d’autres types d’échantillons tels que le FFPE ou des échantillons cliniques humains.
Ce flux de travail sera inestimable dans tout contexte où le tissu est limité ou précieux, comme les biopsies tissulaires ou les expériences animales avec un échantillon limité, ainsi que pour le phénotypage de cellules qui peuvent être difficiles à extraire par des techniques dissociatives. Bex-Plex fournit des informations simultanées et quantifiables sur les profils transcriptionnel et translationnel des cellules individuelles tout en conservant leur contexte spatial, des données particulièrement bien placées pour répondre aux questions sur les relations et la communication entre cellules dans leur environnement d’origine.