Dit protocol beschrijft RNA in situ hybridisatie met sequentiële eiwitimmunofluorescentie in weefsel op een geautomatiseerd platform om gerichte ruimtelijke meervoudige omics op cellulair niveau te karakteriseren.
Methodenartikel
* These authors contributed equally
Dit protocol beschrijft RNA in situ hybridisatie met sequentiële eiwitimmunofluorescentie in weefsel op een geautomatiseerd platform om gerichte ruimtelijke meervoudige omics op cellulair niveau te karakteriseren.
De functionaliteit van cellen in een gastheer is niet afhankelijk van geïsoleerde signalen. In plaats daarvan moeten alle componenten, van de kleinste RNA-moleculen tot de grootste eiwitten, in harmonie en coördinatie in het menselijk lichaam werken. Als zodanig is het belang van benaderingen die ruimtelijk onderzoek op cellulair niveau over meerdere omics integreren, van het grootste belang voor het begrijpen van cel-celinteracties en de progressie van ziekte. Het ontleden van het proteoom en transcriptoom in dezelfde ruimtelijke test helpt ons te begrijpen hoe niet alleen wat een cel wordt opgedragen uit te voeren (RNA), maar ook hoe hij die instructies uitvoert in de context van de micro-omgevingsniche waarin hij zich bevindt (eiwit). Dit manuscript is gericht op het integreren van sequentiële immunofluorescentie (SeqIF) met RNA in situ hybridisatie (ISH) met een on-tissue microfluïdica gestuurd systeem voor high-throughput eiwit- en RNA-onderzoek in een ruimtelijke context (seqRNA-ISH+seqIF) dat het mogelijk maakt om tot 12 RNA- en 24 eiwitdoelen in een enkele run te gebruiken, met extra eiwitdoelen die mogelijk kunnen worden toegevoegd via opeenvolgende runs. Deze methode biedt een sequentieel gericht multiomics-platform dat geen rekening hoeft te houden met fluorofoorcompatibiliteit en uitgebreide optimalisatie voor hogere plexing. Dit stelt iemand in staat om te begrijpen welke berichten de cel aan het voorbereiden is of naar zijn micro-omgeving stuurt. Deze gerichte aanpak helpt om volledige transcriptoommethoden te valideren en tegelijkertijd de interacties tussen het RNA en eiwitten op een preciezere manier te onderzoeken.
De complexe werking van cellen in het menselijk lichaam is afhankelijk van een ingewikkeld samenspel van signalen, van kleine RNA-moleculen tot grote eiwitten, die allemaal in coördinatie werken1. Deze interactie onderstreept het belang van integratieve benaderingen die ruimtelijke interacties op cellulair niveau over verschillende omics-lagen onderzoeken 2,3. Dergelijke methodologieën zijn essentieel voor het begrijpen van de complexiteit van cel-celinteracties en ziekteprogressie. Veel traditionele methoden, zoals flowcytometrie4 en single-cell sequencing5, celisolaten worden gebruikt om uitgesplitste monsters te onderzoeken om bulkverhoudingen van fenotypes die in een specifiek monster aanwezig zijn, te identificeren. Het isoleren van cellen voor analyse kan echter activering of fenotypische veranderingen veroorzaken die mogelijk niet nauwkeurig hun oorspronkelijke biologie en functie in situ weerspiegelen 6. Geavanceerde methoden in de ruimtelijke biologie bieden nieuwe strategieën om cellen en hun micro-omgeving te bestuderen zonder de context van weefselarchitectuur en ruimtelijke relaties met naburige cellen in meerdere moleculaire typen in gevaar te brengen 2,7.
Het integreren van transcriptoom- en proteoomanalyses binnen dezelfde ruimtelijke test, zonder individuele cellen te isoleren, biedt een uitgebreid beeld van de cellulaire functie8. Deze methode bouwt voort op single-molecule RNA fluorescerende in situ hybridisatie (FISH) methoden, maar omvat geen proteïnase-digesties die sequentiële eiwitondervragingen bemoeilijken8. De flexibiliteit van de aanpak die op een enkele sectie kan worden gebruikt, zorgt voor een ruimtelijke hogere resolutie en minder beeldverwerking om secties te integreren en uit te lijnen. Deze benadering geeft inzicht in zowel de instructies die een cel ontvangt (RNA) als de uitvoering ervan (eiwit) binnen zijn specifieke micro-omgevingsniche. Door deze informatielagen te combineren, kunnen onderzoekers diepere inzichten krijgen in cellulair gedrag en communicatie.
Hoewel er handmatige methoden bestaan, hebben recente ontwikkelingen in ruimtelijke omics-technologieën complexere analyses mogelijk gemaakt met een groter aantal proteomische markers die zijn onderzocht met behulp van handmatige multiplexing9. Deze benaderingen omvatten vooruitgang in zowel eiwit- als RNA-ISH-assays 10,11,12,13,14, en geautomatiseerde methodologieën die systeemspecifieke geconjugeerde antilichamen vereisen 15,16,17, beeldvorming massacytometrie (IMC) 18,19,20 en andere geautomatiseerde fluorescerende sequentiële proteomische methodologieën die gebruik maken van kant-en-klare primaire en secundaire antiboedies 2,21,22. Deze technologieën hebben proteomics of gecombineerde transcriptomics en proteomics mogelijk gemaakt met behulp van gerichte benaderingen en visualiseren deze meestal zowel het RNA via sondes als eiwitten via antilichamen op basis van vergelijkbare conjugaten, waardoor gelijktijdig of sequentieel RNA en eiwit samen kunnen worden gedetecteerd met behulp van dezelfde methodologie of instrumenten. Door een uitgebreid beeld te geven van cellulaire activiteit, zijn dit soort benaderingen bedoeld om ons begrip van cellulaire communicatie tussen cellen en hun micro-omgeving te vergroten. Het biedt een waardevol hulpmiddel voor het ontcijferen van de complexiteit van cellulaire interactie, en biedt mogelijk nieuwe inzichten in normale fysiologische processen en ziektemechanismen.
Dit protocol biedt richtlijnen voor het integreren van RNA in situ hybridisatie (ISH) met sequentiële immunofluorescentie (SeqIF) met een door microfluïdica aangedreven systeem op weefsel. Dit biedt een high-throughput tool voor het onderzoek naar RNA en eiwit binnen hun oorspronkelijke ruimtelijke context. Deze methode (seqRNA-ISH+seqIF) maakt het mogelijk om tot 12 RNA- en 24 eiwitdoelen in één run te gebruiken, waarbij extra eiwitdoelen mogelijk kunnen worden toegevoegd via opeenvolgende runs. Hoewel dit protocol zich richt op één specifiek microfluïdisch systeem, kunnen de verstrekte richtlijnen voor weefselbehandeling, RNA-kwaliteitsborging en antilichaamselectie en titratie worden aangepast aan andere methodologieën. Deze methode maakt echter gebruik van pH 9.0-antigeenextractie voor efficiënte, proteasevrije epitoopextractie, waardoor de stabiliteit van de proteomics wordt verbeterd en tegelijkertijd een aantal gerichte transcriptomics wordt geboden, in tegenstelling tot traditionele RNA-ISH bij pH 6.0 met protease om de toegankelijkheid van de RNA-sonde te vergroten, maar slaagt er niet in het proteoom te behouden8. De seqRNA-ISH+seqIF-methode wordt visueel geschetst in figuur 1, waarbij de RNA FISH-amplificatie wordt gedemonstreerd, gevolgd door splitsing voordat een primair-secundaire antilichaamkoppelingsmethode wordt gebruikt die gebruik maakt van een zachte chemische verwijdering van primairen en secundaire. Het sequentiële karakter van de seqIF en detectie overwint veel van de beperkingen met betrekking tot fluorofoorcompatibiliteit door gebruik te maken van sequentiële methodologieën23. Dit vermindert de noodzaak van uitgebreide optimalisatie die nodig is bij gelijktijdige kleuring in high-plex-methodologieën die compensatie vereisen voor spectrale overlap23.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Dit protocol maakt gebruik van in formaline gefixeerde, in paraffine ingebedde (FFPE) weefselsecties die zijn verzameld bij niet eerder behandelde patiënten met hooggradig sereus ovariumcarcinoom die primaire cytoreductieve chirurgie hebben ondergaan. Alle klinische gegevens zijn verkregen uit de repository voor eierstokkanker van de afdeling Gynaecologische Oncologie en Reproductieve Geneeskunde volgens protocollen die zijn goedgekeurd door de Institutional Review Board van de MD Anderson van de Universiteit van Texas. Schriftelijke geïnformeerde toestemming van de patiënten werd verkregen door het receptiepersoneel en de onderzoeken werden uitgevoerd in overeenstemming met erkende ethische richtlijnen.
OPMERKING: Alle reagentia worden, tenzij anders vermeld, verdund in nucleasevrij gedeïoniseerd water.
1. Voorbeelden repareren en insluiten
OPMERKING: De keuze van fixatief en fixatieduur heeft een sterke invloed op de prestaties van assays, en over het algemeen worden ruimtelijke assays meestal gedaan met FFPE omdat het de pathologische architectuur behoudt. Dit protocol schetst het gebruik van FFPE-weefsel, als zodanig wordt het volgende protocol voorgesteld voor FFPE-weefselmonsters. De RNA-kwaliteit wordt echter beïnvloed door de fixatieprocessen, net als eiwitepitopen, maar in mindere mate. Deze fixatiemethoden, onvolledige fixatie en degradatie van monsters kunnen de niet-specifieke binding in op antilichamen gebaseerde proteomica verhogen. Ten derde wordt constitutieve fluorescentie meestal gedoofd tijdens FFPE-verwerking, maar sommige fluoroforen zullen matig aanhouden en moeten worden getest om er zeker van te zijn dat ze worden gedoofd.
2. Beoordeling van de RNA-kwaliteit
3. Voorzorgsmaatregelen en preparaten voor RNA
OPMERKING: Het is het beste om het gebied van RNases te ontsmetten en af te vegen en vervolgens het werkgebied te besproeien met 70% ethanol voordat het wordt verwerkt, naast het gebruik van een RNase-vrij gebied, draag altijd schone handschoenen, een laboratoriumjas en een masker om de introductie van RNases uit huid of adem te minimaliseren. Gebruik alleen RNase-vrij water en verbruiksartikelen en grijp niet in voorraadzakken. Deze voorzorgsmaatregelen, evenals het koel en droog houden van weefsel/objectglaasjes, zijn essentieel voor het behoud van de RNA-integriteit tijdens experimenten.
4. Antigeen ophalen
OPMERKING: De methode voor het verwijderen van was en het ophalen van antigeen die hier wordt aanbevolen en beschreven, verschilt van de methode die door de fabrikant wordt aanbevolen voor seqRNA-ISH+seqIF, die gebruikmaakt van een apparaat voor het ophalen van gecontroleerde warmte-antigeenen met grote capaciteit.
5. Bereid voorraadoplossingen voor
6. Sequentiële RNA-ISH + sequentiële immunofluorescentie
OPMERKING: Alle hierin beschreven stappen zijn aangepast van het fabrikantprotocol voor de seqRNA-ISH+seqIF zoals beschreven in de materiaaltabel, als zodanig worden de meeste reagentia geïdentificeerd als systeemcompatibele, commerciële reagentia. Deze reagentia worden geïdentificeerd en/of geleverd door de fabrikant en zijn ontworpen om compatibel te zijn met het systeem. Aanpassingen zijn mogelijk en worden beschreven in de discussie, maar kunnen aanvullende tests en vloeistofwassen vereisen om ophoping te voorkomen. De software berekent het totale volume aan reagentia dat nodig is nadat het paneel en het protocol zijn ontworpen en ingevoerd. Er worden echter aanbevolen wijzigingen gepresenteerd. Het totale volume zal altijd variëren op basis van het aantal cycli en doelen dat per protocol wordt gebruikt. Het antilichaam en de RNA-ISH-verdunningen worden echter niet door het systeem berekend, tenzij elke afzonderlijke combinatie als een uniek item in de database wordt ingevoerd. Voor dit protocol is 400 uL antilichaamcocktail nodig per monsterglaasje.
7. Systeem uitvoeren
8. OPTIONEEL: Beeld- en statistische analyse
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Als voorbeeld van deze methode hebben we de volgende seqRNA-ISH (Tabel 1) + SeqIF (Tabel 2 en Tabel 3) uitgevoerd op twee dia's van een humaan hooggradig sereus eierstokcarcinoom.
Figuur 2 illustreert de overlay van seqRNA-ISH+seqIF op een monster van eierstoktumorweefsel. Structurele eiwitmarkers zoals collageen 1 worden gebruikt om tumorregio's te identificeren, terwijl fenotypi...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De meest cruciale stap bij het voorbereiden en behandelen van monsters is het verminderen van RNAse-besmetting. Dit kan worden bereikt door maskers te gebruiken om besmetting door adem te voorkomen en door werkoppervlakken af te vegen met een RNase-ontsmettingsoplossing en 70% ethanol gemaakt met nucleasevrij water. Voor FFPE-objectglaasjes is het het beste om meerdere, aangrenzende objectglaasjes uit FFPE-blokken voor seqRNA-ISH+seqIF te snijden en deze bij 4 °C met droogmiddel op te sl...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dit onderzoek werd gedeeltelijk gefinancierd door de Ovarian Cancer Research Alliance (OCRA 811621 en 891490), de Sie Foundation en het Stephanie C. Stelter Endowment Fund. Dit onderzoek werd uitgevoerd in samenwerking met de Flow Cytometry and Cellular Imaging Core Facility, die gedeeltelijk wordt ondersteund door de National Institutes of Health via MD Anderson's Cancer Center Support Grant P30 CA016672 en Jared Burks' NCI's Research Specialist 1 R50 CA243707-01A1.
We willen ook Emily Martersteck van Lunaphore bedanken voor technische assistentie en training.
De auteur(s) ontving(en) een set RNAScope gerichte en controlesondes als onderdeel van een programma voor vroege toegang van Bio-Techne tegen een gereduceerde prijs, en sommige reagentia werden gratis verstrekt voor gebruik in deze studie. De fabrikant had geen rol in de opzet van het onderzoek, het verzamelen en analyseren van gegevens of de voorbereiding van het manuscript.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 4',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) | Thermo Fisher Scientific/ Invitrogen | EN62248 / 62248 | Voor nucleaire kleuring (product gebruikt tijdens dit onderzoek, 62247 is stopgezet) |
| 50mL Conical Sterile Polypropylene Centrifuge Tubes | Thermo Fisher Scientific | 339652 | Gebruikt voor aliquoten & gemengde secundaire oplossingen |
| 70% Sterile Isopropanol Alcohol | Texwipe | TX3270 | Voor oppervlaktedecontaminatie |
| Antilichamen | Verschillend | Verschillend | Gebruikt voor primaire doelen, varieert op basis van het gebruikte kanaal |
| APOE - Gastheer: Muis, Kloon: 960318 | R&D | MAB41443-100 | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) Primair eiwitantilichaam |
| aSMA - Gastheer: Muis, Kloon: 1A4 | CST | 69319SF | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) Primair eiwitantilichaam |
| Autocut microtoom | Leica | 14051956472 | Seceren van weefsel |
| CD10 - Gastheer: Konijn, Kloon: E5P7S | CST | 65534S | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) Primair eiwitantilichaam |
| CD11c - Gastheer: Konijn, Kloon: D3V1E | CST | 93233SF | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) Primair eiwitantilichaam |
| CD163 - Gastheer: Konijn, Kloon: D6U1J | CST | 93498S | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) Primair eiwitantilichaam |
| CD163 - Gastheer: Konijn, Kloon: ja51-30 | Invitrogen | ma5-32684 | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) Primair eiwitantilichaam |
| CD20 - Gastheer: Muis, Kloon: L26 | Bethyl | A500-017ACF | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) Primair eiwitantilichaam |
| CD31 - Gastheer: Muis, Kloon: 3F8E2 | ProteinTech | 66065-2-Ig | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) Primair eiwitantilichaam |
| CD33 - Gastheer: Konijn, Kloon: BLR061G | Bethyl | A700-061CF | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) Primair eiwitantilichaam |
| CD4 - Gastheer: Konijn, Kloon: EPR6855 | Abcam | ab181724 | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) Primair eiwitantilichaam |
| CD45 - Gastheer: Konijn, Kloon: BL-178-12C7 | Bethyl | A700-012 | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) Primair eiwitantilichaam |
| CD45RO - Gastheer: Muis, Kloon: UCHL1 | Bethyl | A500-020ACF | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) Primair eiwitantilichaam |
| CD56 - Gastheer: Konijn, Kloon: BLR152J | Bethyl | 99746 | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) Primair eiwitantilichaam |
| CD66b - Gastheer: Konijn, Kloon: BLR111H | Invitrogen | MA5-44413 | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) Primair eiwitantilichaam |
| CD68 - Gastheer: Muis, Kloon: KP-1 | Biolegend | 916104 | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) Primair eiwitantilichaam |
| CD8 - Gastheer: Muis, Kloon: C8/144B | Biolegend | 372902 | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) Primair eiwitantilichaam |
| CD86 - Gastheer: Konijn, Kloon: E2G8P | CST | 76755SF | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) Primair eiwitantilichaam |
| Col 1A1 - Gastheer: Muis, Kloon: E3E1X | CST | 66948S | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) Primair eiwitantilichaam |
| DNA LoBind Tubes 2mL | Eppendorf | 22431048 | Gebruikt voor gemengde RNA-probe-oplossingen |
| Drierite 21005 Indicating Desiccant | Cole-Palmer | 21005 | Droogbewaarmiddel voor de droogkolom |
| Edge-Rite Microtome Blades | Thermo Fisher Scientific / Invitrogen | 4280L | Histologie - Gebruikt bij het seceren van monsters |
| Ethyl Alcohol 100% (200 Proof) | Pharmco | 111000200 | Voor deparaffinisatie |
| EZ-AR2 Elegance Buffer | BioGeneX | HK547-XAK | Gebruikt voor antigeenretrieval van FFPE weefselsecties |
| FOXP3 - Gastheer: Konijn, Kloon: Polyclonal | Bethyl | A700-034CF | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) Primair eiwitantilichaam |
| Goat anti-Mouse IgG (H+L) Alexa Fluor 555 | Thermo Fisher Scientific/ Invitrogen | A-21425 | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) F(ab')2-Geit anti-Muis IgG (H+L) Geadsorbeerd secundair antilichaam, Alexa Fluor™ 555 |
| Goat anti-Mouse IgG (H+L) Alexa Fluor 647 | Thermo Fisher Scientific/ Invitrogen | A-48289/A-21237 | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) F(ab')2-Geit anti-Muis IgG (H+L) Geadsorbeerd secundair antilichaam, Alexa Fluor™ Plus 647 |
| Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Alexa Fluor 555 | Thermo Fisher Scientific/ Invitrogen | A-21430 | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) F(ab')2-Geit anti-Konijn IgG (H+L) Geadsorbeerd secundair antilichaam, Alexa Fluor™ 555 |
| Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Alexa Fluor 647 | Thermo Fisher Scientific/ Invitrogen | A-21246 | (opmerking: Specifiek voor dit onderzoek) F(ab')2-Geit anti-Konijn IgG (H+L) Geads |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen