Schemat badania hybrydyzacji in situ:
Schemat przedstawiono na Rysunku 1; składa się on z czterech etapów: permeabilizacji komórek lub tkanek przy użyciu roztworów do odzyskiwania celu i proteaz, hybrydyzacji sond z docelowym RNA, amplifikacji sygnału oraz wizualizacji sygnału. Sygnał można również ilościowo określić za pomocą cyfrowych systemów obrazowania lub w sposób półilościowy na podstawie liczby kropel na komórkę. Procedura manualna opisana na Rysunku 2 została również w pełni zautomatyzowana w komercyjnych systemach do automatycznego barwienia.
Reprezentatywne barwienie dla detekcji złączy eksonowych (wariant splicingowy EGFRvIII): EGFRvIII jest wariantem receptora epidermalnego czynnika wzrostu, który powstaje w wyniku delecji genomowej eksonów od 2 do 7 w ramce odczytu, co prowadzi do konstytutywnie aktywnego sygnałowania onkogennego7. Test został wykorzystany do określenia statusu EGFRvIII w próbkach guza glejaka wielopostaciowego (GBM) utrwalonych w FFPE. Zaprojektowano pojedyncze sondy typu double-Z obejmujące złącza eksonowe w celu detekcji transkrypty dzikiego typu (WT), mutantu lub obu tych form (Rycyna 3A). Sondy WT EGFR obejmują złącza eksonów 1 i 2 (E1/E2) lub eksonów 7 i 8 (E7/E8), podczas gdy sondy specyficzne dla EGFRvIII obejmują złącze eksonów 1 i 8 (E1/E8). Do detekcji całkowitego poziomu EGFR (zarówno transkrypty WT, jak i EGFRvIII) wykorzystano również wspólną sondę obejmującą złącze eksonów 8 i 9 (E8/E9). Wszystkie sondy zostały następnie użyte do określenia statusu EGFR w próbkach GBM FFPE. Dwa reprezentatywne przykłady przedstawione na Rycynie 3B pochodzą z szerszego badania. Status EGFR potwierdzono niezależną metodą, RT-PCR. Obie sondy WT wykryły sygnał w obu próbkach, co wskazuje, że obie próbki wykazują ekspresję WT EGFR (Rycyna 3B). Jednakże sonda mutant wykazała detekcję sygnału tylko w próbce EGFRvIII+, potwierdzając, że próbka ta jest rzeczywiście pozytywna pod kątem wariantu EGFRvIII (Rycyna 3B, panele lewe). I odwrotnie, sonda mutant nie wykryła sygnału w próbce EGFRvIII- (Rycyna 3B, panele prawe). Podsumowując, wyniki te wykazują, że test złączy eksonowych może identyfikować status EGFRvIII w próbkach guza GBM FFPE.
Reprezentatywne barwienie dla krótkich celów:
CDR3, czyli region komplementarny determinujący 3, jest wysoce zmienną domeną w receptorach limfocytów T. Typowo sekwencje CDR3 są dość krótkie; na przykład sekwencje CDR3 α i β z linii komórkowej limfocytów T Jurkat mają odpowiednio 51 i 48 nukleotydów długości (Rycina 4A). Aby zidentyfikować specyficzne sekwencje CDR ekspresjonowane w komórkach Jurkat, wygenerowano sondy antysensowne dla CDR3 α i β ekspresjonowanych w linii komórkowej limfocytów T Jurkat, a także sondy sensowne dla CDR3 α i β, które służyły jako sondy kontrolne negatywne. Następnie wszystkie sondy przetestowano w komórkach Jurkat przygotowanych metodą FFPE za pomocą opisanego testu. W komórkach Jurkat zaobserwowano silne barwienie z zastosowaniem sond antysensownych zarówno dla CDR3 α, jak i β, podczas gdy sondy sensowne wykryły znikomy lub żaden sygnał (Rycina 4B). Wyniki te demonstrują zdolność testu dla krótkich celów do rozróżniania wysoce zmiennych, lecz krótkich sekwencji CDR dla klonów receptorów limfocytów T.
Reprezentatywne barwienie dla punktowej mutacji EGFR L858R:
Sondy do wykrywania mutacji punktowych opracowano w celu identyfikacji jednonukleotydowych wariacji oraz niewielkich insercji lub delecji (INDELs) w kontekście guza. Rycina 5A obrazuje możliwość detekcji in situ mutacji punktowej EGFR L858R (2573T>G). Zaprojektowano dwie sondy: jedną do wykrywania zmutowanej sekwencji EGFR L858R oraz drugą do wykrywania sekwencji EGFR L858 WT. Obie sondy przetestowano w dwóch liniach komórkowych przygotowanych metodą FFPE: H2229, która wykazuje ekspresję wyłącznie EGFR L858 WT, oraz H1975, która jest heterozygotyczna pod kątem mutacji EGFR L858R. Sonda dla mutacji L858R wykazała sygnał tylko w linii komórkowej H1975, natomiast nie w linii H2229. Z kolei sonda WT wykazała sygnał w obu liniach komórkowych. Podobnie, Rycina 5B wizualizuje detekcję in situ mutacji punktowej KRAS G12A (35 G>C). Zaprojektowano dwie sondy do wykrywania sekwencji KRAS G12A MT oraz KRAS G12 WT, a następnie przetestowano je na linii komórkowej HuT78 (która wykazuje ekspresję wyłącznie KRAS G12 WT) oraz linii komórkowej SW116 (która jest heterozygotyczna pod kątem mutacji KRAS G12A). Podczas gdy sonda KRAS G12 WT wykazała sygnał w obu liniach komórkowych, sonda KRAS G12A wykazała sygnał wyłącznie w linii komórkowej SW116. Wspólnie dane te demonstrują techniczną możliwość zastosowania testu na mutacje punktowe w wykrywaniu polimorfizmów pojedynczego nukleotydu w kontekście komórkowym i tkankowym.
Reprezentatywne barwienie dla zautomatyzowanego testu in situ:
Zautomatyzowane testy pozwalają na bardziej niezawodne analizowanie większej liczby próbek, minimalizując zmienność między użytkownikami oraz czas pracy manualnej, a także generując spójne i powtarzalne wyniki. W związku z tym opracowano zautomatyzowaną wersję testu. Aby zademonstrować zautomatyzowane barwienie w tym teście, zbadano detekcję wariantu splicingowego METΔ14. Wariant ten jest wynikiem pominięcia eksonu 14 w genie MET podczas splicingu pre-mRNA, co prowadzi do konstytutywnej aktywacji i transformacji onkogennej receptora MET8,9. W celu specyficznej detekcji wariantu METΔ14 zaprojektowano dwie sondy do złączy eksonów: jedną obejmującą złącze eksonów 13 i 15 (E13/E15) do detekcji transkryptu wariantu METΔ14 oraz drugą obejmującą złącze eksonów 14 i 15 (E14/E15) do detekcji transkryptu WT MET (Rysunek 6A). Obie sondy przetestowano następnie w 2 liniach komórkowych przygotowanych metodą FFPE: H596, która wykazuje ekspresję wariantu METΔ14, oraz A549, która wykazuje ekspresję genu WT MET. Obie sondy wykazały wzajemnie wykluczające się wzorce ekspresji, przy czym sonda E13/E15 wykryła sygnał wyłącznie w komórkach H596, a sonda E14/E15 wykryła sygnał wyłącznie w komórkach A549 (Rysunki 6B i 6C). Na koniec sonda dla dapB nie wykazała sygnału, co wskazuje na brak sygnału tła (Rysunki 6B i 6C). Podsumowując, dane te demonstrują specyficzną detekcję wariantu MET METΔ14 in situ z wykorzystaniem zautomatyzowanego testu BaseScope.

Rysunek 1: Schemat analizy. Schemat składa się z 4 głównych etapów: obróbki wstępnej w celu permeabilizacji komórek lub tkanek, hybrydyzacji sondy z docelowym RNA, amplifikacji sygnału oraz detekcji sygnału poprzez wizualizację pod mikroskopem w świetle przechodzącym lub fluorescencyjnym. Poszczególne kropki można poddać kwantyfikacji przy użyciu platformy do cyfrowej analizy obrazu. Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Ilustracja ręcznego protokołu analizy. Cały proces analizy można ukończyć w ciągu 9 h. Czas wstępnej obróbki może się różnić w zależności od rodzaju tkanki, dlatego zaleca się zapoznać z załącznikiem A w instrukcji obsługi w celu uzyskania zaleceń dotyczących czasu inkubacji podczas wstępnej obróbki tkanki. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 3: Reprezentatywne obrazy detekcji złączy eksonowych. (A) Przedstawiono organizację eksonów dla transkryptów EGFR WT oraz EGFRvIII oraz schemat przedstawiający sondy złączy eksonowych double-Z, które obejmują złącze w celu wykrycia EGFR WT lub EGFRvIII. (B) Test złączy eksonowych wykonano na dwóch próbkach glejaka wielopostaciowego utrwalonych w FFPE, używając sond wymienionych w punkcie (A), a także sondy kontrolnej dodatniej POLR2A oraz sondy kontrolnej ujemnej dapB. Prosimy kliknąć tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 4: Reprezentatywne obrazy detekcji krótkich sekwencji docelowych. (A) Przedstawiono tutaj sekwencje CDR3 w komórkach Jurkat. Sekwencja zaznaczona na czarno to wspólna sekwencja flankująca, a sekwencja na czerwono jest unikalna dla CDR3α lub CDR3β. Zaprojektowano pojedyncze sondy z krótką sekwencją docelową double-Z skierowane przeciwko tym sekwencjom. (B) Analizę krótkich sekwencji docelowych przeprowadzono na komórkach Jurkat przygotowanych jako pellet komórkowy FFPE, wykorzystując sondy antysensowne lub sensowne celujące w sekwencje z punktu (A); w charakterze kontroli negatywnej zastosowano dapB. Aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny, kliknij tutaj.

Rycina 5: Reprezentatywne obrazy detekcji mutacji punktowych. (A) Test przeprowadzono na komórkach H2229 (homozygotycznych dla EGFR L858) i komórkach H1975 (heterozygotycznych dla mutacji EGFR L858R) przygotowanych jako osad komórkowy FFPE, z użyciem pojedynczych sond do mutacji punktowych typu double-Z nakierowanych na sekwencję EGFR L858 WT lub zmutowaną sekwencję EGFR L858R. (B) Test mutacji punktowych przeprowadzono na komórkach HuT78 (homozygotycznych dla KRAS G12A) i komórkach SW116 (heterozygotycznych dla mutacji KRAS G12A) przygotowanych jako osad komórkowy FFPE, z użyciem pojedynczych sond do mutacji punktowych typu double-Z nakierowanych na sekwencję KRAS G12 WT lub zmutowaną sekwencję KRAS G12A. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 6: Reprezentatywne obrazy automatycznego barwienia z zastosowaniem testu złącza eksonowego. (A) Przedstawiono tutaj organizację eksonów dla transkryptów MET WT i METΔ14 oraz schemat obrazujący pojedyncze sondy złącza eksonowego typu double-Z, które obejmują złącze w celu wykrycia MET WT lub METΔ14. (B) i (C) Automatyczny test złącza eksonowego przeprowadzono na komórkach H596 (wykazujących METΔ14) i komórkach A549 (wykazujących MET WT) przygotowanych jako granule komórkowe FFPE, przy użyciu sond wymienionych w punkcie (A) oraz sondy kontrolnej negatywnej dapB. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.
| Złącze eksonowe | Krótka sekwencja | Mutacja punktowa |
| Wariant splicingu/izoforma | Sekwencje o długości od 50 do 300 nt | Mutacja punktowa |
| Koliste RNA (circRNA) | Sekwencje o wysokiej homologii | Krótka insercja lub delecja (indel) |
| Fuzja genów | Sekwencja CDR3 dla klonów TCR | Edycja genów |
| Nokaut genu (KO) | Pre-miRNA | |
| Małe jądrowe RNA (snoRNA) | |
| Edycja genów | |
Tabela 1: Zastosowania in situ analiza Istnieją trzy główne kategorie zastosowań tego testu: złącze eksonowe, krótka sekwencja docelowa oraz mutacja punktowa. W każdej kolumnie wymieniono przykłady konkretnych zastosowań dla każdej z kategorii.