W tym miejscu przedstawiamy protokół obrazowania spektrometrii mas do sekwencyjnego wykrywania metabolitów, glikanów sprzężonych z N i peptydów tryptycznych w próbkach tkanek utrwalonych w formalinie, zatopionych w parafinie.
Method Article
W tym miejscu przedstawiamy protokół obrazowania spektrometrii mas do sekwencyjnego wykrywania metabolitów, glikanów sprzężonych z N i peptydów tryptycznych w próbkach tkanek utrwalonych w formalinie, zatopionych w parafinie.
Tkanki to złożone środowiska komórkowe, składające się z szerokiej gamy typów komórek i biomolekuł, z których wszystkie oddziałują ze sobą w celu wykonywania funkcji narządu. Tradycyjnie, techniki analizy biomolekuł, takich jak metabolity, glikany i białka, polegały na homogenizacji tkanki, niszcząc wszystkie informacje przestrzenne. Te tradycyjne metody utrudniały pełne zrozumienie złożonych wewnątrz- i zewnątrzkomórkowych interakcji molekularnych. Z drugiej strony obrazowanie spektrometrią mas (MSI) nie tylko zachowuje informacje przestrzenne biomolekuł w tkance, ale także umożliwia wykrywanie wielu klas analitów z tego samego wycinka tkanki poprzez sekwencyjną analizę w rozdzielczości zbliżonej do pojedynczej komórki. Dzięki temu możemy uzyskać pełniejszy obraz interakcji molekularnych w różnych klasach biomolekuł. Przedstawiony tutaj protokół przedstawia etapy wykonywania obrazowania spektrometrią mas metabolitów, glikanów sprzężonych z N i peptydów tryptycznych sekwencyjnie z tego samego wycinka tkanki z rozdzielczością 20 μm. Sumienne rozważenie kolejności, w jakiej klasy analitów są obrazowane, wraz z ostrożnym obchodzeniem się z sekcjami w celu zapewnienia integralności, pozwala na zebranie wielu wysokiej jakości obrazów z tej samej sekcji. Dane te można następnie zintegrować z innymi przestrzennymi danymi omicznymi (transkryptomika, immunohistochemia itp.) zebranymi z odcinków szeregowych, gdzie ta sama komórka może być analizowana w tych sąsiednich sekcjach.
Obrazowanie metodą spektrometrii mas (MSI) to potężna technika, która pozwala na wykrywanie i wizualizację setek do tysięcy biomolekuł z cienkich skrawków tkanek, bez konieczności posiadania a priori wiedzy na temat dokładnych cząsteczek obecnych w tkance, co czyni ją doskonałym narzędziem do odkrywania biomarkerów1. Podczas gdy kilka rodzajów MSI jest używanych przez różne laboratoria, w tym desorpcja jonizacji elektrorozpylającej (DESI)2,3, jonizacja elektrorozpylania wspomagana matrycą laserową w podczerwieni (IR-MALDESI)4 i spektrometria mas jonów wtórnych (SIMS)5, desorpcja/jonizacja laserowa wspomagana matrycą (MALDI) pozostaje najczęściej stosowana i najbardziej wszechstronna. Większość klas biomolekuł można wykryć za pomocą MSI poprzez dostosowanie przygotowania próbki, w tym mycia/wstępnej obróbki tkanki, trawienia enzymatycznego i zastosowanej matrycy/rozpuszczalnika 6,7. MALDI MSI jest stosowany do wykrywania metabolitów, lipidów, glikanów, białek i peptydów proteolitycznych.
Badania MSI zostały wykorzystane w różnych badaniach klinicznych i przedklinicznych w celu lepszego zrozumienia mechanizmów choroby 8,9, poprawy oceny i stopnia zaawansowania raka10,11, przewidywania wyników leczenia12, poprawy diagnozy13 i określenia molekularnych marginesów guza14. Większość z tych badań koncentrowała się na wykrywaniu tylko jednej klasy analitów. Jednak często interesująca jest analiza więcej niż jednej klasy biomolekuł z tej samej próbki. Tradycyjnie wykonywano to za pomocą seryjnych odcinków tkanek. Jednak ostatnio pokazano przykłady sekwencyjnej analizy wielu klas analitów z tego samego przekroju tkanki. Na przykład Yagnik i wsp. wykazali obrazowanie lipidowe zamrożonej tkanki, a następnie immunohistochemię MALDI z tej samej sekcji dla klasyfikacji typu komórki15. Clift i wsp. wykazali sekwencyjne stosowanie PNGazyF, kolagenazy i trypsyny do utrwalonych w formalinie, zatopionych w parafinie (FFPE) skrawków tkanek w celu obrazowania odpowiednio glikanów sprzężonych z N, białek macierzy zewnątrzkomórkowej i białek ogólnych16. Escobar i wsp. zademonstrowali sekwencyjną analizę glikanów sprzężonych z N, O-GlcNAc i peptydów tryptycznych z tego samego odcinka zamrożonej tkanki17. Tego typu eksperymenty są przeprowadzane poprzez staranne planowanie eksperymentów, aby najpierw przeanalizować najłatwiej tracone anality, a następnie te, które są bardziej stabilne w tkance. W wielu przypadkach płukanie, które są używane do usuwania niepożądanych klas cząsteczek, pomaga wzmocnić inne klasy cząsteczek6, właściwość, którą można wykorzystać, ponieważ każde płukanie, które usuwa poprzednio nałożoną matrycę, pomaga również wzmocnić sygnał następnej klasy analitów, które mają być zobrazowane.
Niedawno opublikowaliśmy przepływ pracy do sekwencyjnej analizy metabolitów, glikanów sprzężonych z N i peptydów tryptycznych z tego samego odcinka tkanki raka jajnikaFFPE 18. W tym miejscu przedstawiamy szczegółowy przebieg analizy tych trzech klas biomolekuł z tego samego przekroju tkanki; przegląd protokołu jest szczegółowo opisany na rysunku 1. O ile nam wiadomo, jest to pierwszy protokół szczegółowo opisujący ten przebieg procesu sekwencyjnego obrazowania z tkanki FFPE. Krótko mówiąc, skrawki tkanek są odparafinowane ksylenem przed pokryciem matrycą 1,5-diaminonaftalenową (10 mg/ml w 50% acetonitrylu) w celu obrazowania metabolitów w trybie jonów ujemnych. Matryca jest następnie usuwana, skrawki ponownie nawilżane i pobierany z antygenu, a następnie spryskiwany PNGazą F (0,1 μg / μl w wodorowęglanie amonu) w celu uwolnienia glikanów połączonych z N in situ. Po inkubacji skrawki są powlekane matrycą kwasu α-cyjano-4-hydroksycynamonowego (CHCA) (10 mg/ml w 70% acetonitrylu, 0,1% kwasu trifluorooctowego) i obrazowane w trybie jonów dodatnich. Matryca jest następnie ponownie usuwana, ponowne uwodnienie i pobieranie antygenu powtarzane, a skrawki są spryskiwane trypsyną (0,075 μg / μl w wodorowęglanie amonu) i inkubowane przed ponownym pokryciem matrycą CHCA (10 mg / ml w 70% acetonitrylu, 0,1% kwasu trifluorooctowego) i obrazowane w trybie jonów dodatnich. Wszystkie roztwory powinny być świeże, bezpośrednio przed użyciem, a jeśli to w ogóle możliwe, eksperymenty należy przeprowadzać przez 3 kolejne dni. W przypadku wystąpienia opóźnień, skrawki należy przechowywać w zamrażarce o temperaturze -80 °C w stanie wysuszenia.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Protokół ten wykorzystuje tkanki zatopione w parafinie (FFPE) utrwalone w formalinie pobrane od wcześniej nieleczonych pacjentek poddawanych pierwotnej operacji cytoredukcyjnej z powodu surowiczego raka jajnika o wysokim stopniu złośliwości. Wszystkie dane kliniczne uzyskano z repozytorium raka jajnika na Wydziale Ginekologii Onkologicznej i Medycyny Rozrodu zgodnie z protokołami zatwierdzonymi przez Institutional Review Board Uniwersytetu Teksańskiego MD Anderson. Pisemna świadoma zgoda pacjentów została uzyskana przez personel recepcji, a badania zostały przeprowadzone zgodnie z uznanymi wytycznymi etycznymi.
1. Przygotowanie próbki do obrazowania metabolitów
UWAGA: Protokół ten zakłada, że skrawki tkanki utrwalonej w formalinie, zatopionej w parafinie (o grubości 4 μm) zostały już zamontowane na szklanych szkiełkach mikroskopowych, ponieważ próbki kliniczne muszą być zazwyczaj cięte w rdzeniu patologii klinicznej przez histotechników. Ponieważ prezentowana tutaj praca jest wykonywana na referencyjnym instrumencie TOF, ortogonalny pomiar TOF zmniejsza potrzebę stosowania przewodzących szkiełek tradycyjnie stosowanych w eksperymentach MSI. Stosowanie standardowych preparatów mikroskopowych bardziej sprzyja również standardowym przepływom pracy w laboratoriach patologii klinicznej, a także umożliwia wykorzystanie tkanki archiwalnej już na szkiełkach.
2. Gromadzenie danych obrazowych metabolitów
3. Przygotowanie próbki do obrazowania glikanów sprzężonych z azotem
4. Gromadzenie danych obrazowania glikanów sprzężonych z N
5. Przygotowanie próbki do obrazowania peptydów tryptycznych
6. Gromadzenie danych z obrazowania peptydów tryptycznych
7. Barwienie histologiczne
UWAGA: Dostępnych jest kilka metod dla hematoksyliny i eozyny. Przedstawiona tutaj jest zmodyfikowana metoda Carazziego często stosowana w tym laboratorium.
8. Wizualizacja danych
UWAGA: Istnieje obszerna analiza, którą można przeprowadzić za pomocą SCiLS Lab, która wykracza poza zakres tego protokołu. W tym miejscu opiszemy tylko podstawowe tworzenie plików, wizualizację danych i wyszukiwanie pików w bazach danych w celu przypuszczalnej identyfikacji.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Ukończenie tego protokołu powinno zaowocować trzema solidnymi zestawami danych MSI z tego samego odcinka tkanki. W wizualizacji pełnego spektrum danych metabolitowych, widmo będzie silnie zdominowane przez piki matrycowe na m/z 157 i 315. Jest to normalne w przypadku tkanki FFPE. Wiele sygnałów metabolitów i kwasów tłuszczowych będzie obserwowanych poprzez przybliżenie zakresów m/z <155 i od 250 do 300. Rysunek 3 przedstawia przykłady pełnego spektrum i powiększonych zakresów, podkreślają...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Zbieranie sekwencyjnych danych MSI z pojedynczego odcinka tkanki wymaga szczególnej dbałości o szczegóły. Jest kilka kroków, które są absolutnie niezbędne do uzyskania wysokiej jakości danych. Po pierwsze, należy zachować ostrożność, jeśli w tym samym czasie przygotowywany jest więcej niż jeden szkiełko. Podczas umieszczania szkiełek w słoikach Coplin lub przemieszczania się między nimi należy uważać, aby nie umieścić dwóch szkiełek w tej samej pozycji w słoiku. Spowoduje to niewystarczające naświetlenie powierzchni tkan...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.
EHS i University of Texas at Austin Mass Spectrometry Imaging Facility są wspierane przez Cancer Prevention and Research Institute of Texas Award (RP240559). Badania te zostały częściowo sfinansowane przez Ovarian Cancer Research Alliance (OCRA 811621 i 891490), Sie Foundation i Stephanie C. Stelter Endowment Fund. Badania te przeprowadzono we współpracy z Flow Cytometry and Cellular Imaging Core Facility, który jest częściowo wspierany przez National Institutes of Health poprzez M. D. Anderson's Cancer Center Support Grant P30 CA016672 oraz Jared Burks's NCI's Research Specialist 1 R50 CA243707-01A1.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 1,5-diaminonaftalen | Fisher Naukowy | D010125G | Macierz MALDI do obrazowania metabolitów |
| Acetonitrylu | Fisher Naukowy | A955-4 | Rozpuszczalnik klasy LC-MS stosowany do przygotowania matrycy |
| Kwas &alfa;-cyjano-4-hydroksycynamonowy | Sigma-Aldrich | 70990-1G-F | Macierz MALDI do obrazowania glikanów i peptydów |
| Wodorowęglan amonu | Fisher Naukowy | A643-500 | Bufor dla enzymów |
| Fosforan amonu | Sigma-Aldrich | 467782-50G | Dodatek redukujący skupiska matryc podczas obrazowania |
| Komora demaskatorska NxGen | Biocare Medyczny | N/A | Służy do pobierania antygenu z tkanki |
| Etanol | Fisher Naukowy | 04-355-223 | Rozpuszczalnik klasy LC-MS stosowany do przygotowania i barwienia matrycy |
| Zrobotyzowany opryskiwacz odczynników M5 | Obrazowanie HTX | N/A | Służy do nakładania enzymów i matryc na tkanki |
| Metanol | Fisher Naukowy | A456-4 | Rozpuszczalnik klasy LC-MS do wytwarzania czerwonej zawiesiny fosforu |
| Trypsyna klasy MS | Fisher Naukowy | PI90058 | Enzym do trawienia białek |
| Adapter suwakowy MTP II | Daltoniki Bruker | 8235380 | Adapter do wkładania szkiełek mikrofonowych do spektrometru masowego |
| Cyfrowy skaner slajdów NanoZoomer SQ | Korporacja Hamamatsu | N/A | Służy do generowania cyfrowych obrazów mikroskopowych barwionej tkanki |
| Skaner płaski Perfection V600 | Firmy Epson | N/A | Służy do generowania obrazu optycznego szkiełka do zbierania danych MSI |
| Pieczęć Petriego | Fisher Naukowy | 50-212-518 | Do uszczelniania szalki Petriego podczas trawienia enzymatycznego |
| Format PNGaseF | Życiorys buldoga | NZPP550LY | Enzym do rozszczepiania glikanów sprzężonych z N z białek |
| Czerwony fosfor | Sigma-Aldrich | Numer katalogowy: 04004-250G | Kaliber MALDI zarówno dla trybu jonów dodatnich, jak i ujemnych |
| Laboratorium SCiLS (2025b) | Daltoniki Bruker | N/A | Oprogramowanie do wizualizacji danych MSI |
| Spektrometr masowy timsTOF fleX QTOF | Daltoniki Bruker | N/A | Służy do zbierania danych ze spektrometrii mas |
| Kwas trifluorooctowy | Fisher Naukowy | 85183 | Dodatek matrycowy do obniżania pH do obrazowania w trybie jonów dodatnich |
| Baza Tris | Fisher Naukowy | Zobacz materiał BP152-500 | Bufor do pobierania antygenu |
| Woda | Fisher Naukowy | Zobacz materiał W64 | Rozpuszczalnik klasy LC-MS stosowany do matryc, enzymów i barwienia |
| WypAll X60 | Fisher Naukowy | 19-413-113 | Chusteczka chłonna do inkubacji nawilżonych enzymów |
| Ksylen | Fisher Naukowy | X3P-1GAL | Środek czyszczący do barwienia |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission