Artigo de método

Perfil espacial da expressão de proteínas e RNA em tecidos: uma abordagem para ajustar a microdissecção virtual

DOI:

10.3791/62651

6 de julho de 2022

Neste artigo

Resumo

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Aqui, descrevemos um protocolo para ajuste fino de regiões de interesse (ROIs) para tecnologias de Ômica Espacial para melhor caracterizar o microambiente tumoral e identificar populações celulares específicas. Para ensaios proteômicos, protocolos personalizados automatizados podem orientar a seleção de ROI, enquanto os ensaios transcriptômicos podem ser ajustados utilizando ROIs tão pequenos quanto 50 μm.

Resumo

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A multiplexação permite a avaliação de vários marcadores no mesmo tecido, proporcionando contexto espacial. As tecnologias Spatial Omics permitem a multiplexação de proteínas e RNA, alavancando anticorpos e sondas oligo-marcados foto-cliváveis, respectivamente. Os oligos são clivados e quantificados a partir de regiões específicas em todo o tecido para elucidar a biologia subjacente. Aqui, o estudo demonstra que protocolos automatizados de visualização de anticorpos personalizados podem ser utilizados para orientar a seleção de ROI em conjunto com ensaios de proteômica espacial. Este método específico não mostrou desempenho aceitável com ensaios de transcriptômica espacial. O protocolo descreve o desenvolvimento de um ensaio de imunofluorescência (FI) de 3 plexos para visualização de marcadores em uma plataforma automatizada, usando amplificação de sinal de tiramida (TSA) para amplificar o sinal fluorescente de um determinado alvo de proteína e aumentar o pool de anticorpos para escolher. O protocolo de visualização foi automatizado usando um ensaio de 3 plexos completamente validado para garantir a qualidade e a reprodutibilidade. Além disso, a troca de DAPI por corantes SYTO foi avaliada para permitir a obtenção de imagens de ensaios de FI baseados em TSA na plataforma de perfil espacial. Além disso, testamos a capacidade de selecionar pequenas ROIs usando o ensaio de transcriptômica espacial para permitir a investigação de áreas de interesse altamente específicas (por exemplo, áreas enriquecidas para um determinado tipo de célula). Foram coletadas ROIs de 50 μm e 300 μm de diâmetro, o que corresponde a aproximadamente 15 células e 100 células, respectivamente. As amostras foram transformadas em bibliotecas e sequenciadas para investigar a capacidade de detectar sinais de pequenas ROIs e regiões específicas do perfil do tecido. Determinamos que as tecnologias de proteômica espacial se beneficiam altamente de protocolos automatizados e padronizados para orientar a seleção de ROI. Embora esse protocolo de visualização automatizada não fosse compatível com ensaios de transcriptômica espacial, pudemos testar e confirmar que populações celulares específicas podem ser detectadas com sucesso mesmo em pequenas ROIs com o protocolo de visualização manual padrão.

Introdução

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Os avanços nas técnicas de multiplexação continuam a fornecer melhores ferramentas de caracterização para alvos presentes em tumores. O microambiente tumoral (EMT) é um sistema complexo de células tumorais, infiltrando células imunes e estroma, onde a informação espacial é fundamental para melhor compreender e interpretar os mecanismos de interação entre biomarcadores de interesse1. Com técnicas emergentes, como o GeoMx Digital Spatial Profiler (DSP) e o 10x Visium, vários alvos podem ser detectados e quantificados simultaneamente dentro de seu contexto espacial. O uso de protocolos de imunofluorescência que facilitam a visualização tecidual pode melhorar ainda mais as capacidades de perfil espacial dessas tecnologias.

A tecnologia Spatial Omics em que nos concentramos para o desenvolvimento deste método consiste em ensaios espaciais de proteômica e transcriptômica onde oligonucleotídeos são ligados a anticorpos ou sondas de RNA através de um ligador fotoclivista sensível a UV. As lâminas histológicas são marcadas com esses anticorpos ou sondas oligoconjugados e, em seguida, fotografadas na plataforma de perfil espacial. Em seguida, ROIs de diferentes tamanhos e formas são selecionados para iluminação, e os oligonucleotídeos fotoclivados são aspirados e coletados em uma placa de 96 poços. Os oligonucleotídeos fotoclivados são preparados para serem quantificados com o sistema Nanostring nCounter ou o Next Generation Sequencing (NGS)2,3 (Figura 1)4,5.

As distribuições celulares variam dentro dos tecidos, e a capacidade de caracterizar locais específicos das células usando marcadores selecionados e diferentes tamanhos de ROI é de grande importância para entender completamente o ambiente tecidual e identificar características específicas. Na tecnologia Spatial Omics mencionada aqui, o protocolo de visualização padrão usa anticorpos diretamente conjugados e é um protocolo manual. Os marcadores padrão para distinguir entre tumor e estroma são pancitoqueratina (panCK) e CD456,7, mas marcadores adicionais são necessários para atingir populações celulares específicas de interesse. Além disso, o uso de anticorpos fluorescentes diretamente conjugados carece de amplificação, o que limita a seleção de anticorpos a marcadores abundantes. Além disso, os ensaios manuais estão sujeitos a mais variabilidade do que os fluxos de trabalho automatizados8. Portanto, é desejável ter um protocolo de visualização personalizável, automatizado e amplificado para a seleção de ROI.

Aqui, o estudo demonstra que, para ensaios de proteômica espacial, a tecnologia TSA pode ser usada para protocolos de visualização em uma plataforma automatizada, resultando em um ensaio mais direcionado e padronizado. Além disso, os ensaios baseados em TSA permitem o uso de marcadores de baixa expressão, aumentando a gama de alvos que podem ser selecionados para visualização. Um ensaio de 3 plexos para panCK, PAF e Anticorpo X foi desenvolvido usando uma plataforma automatizada onde panCK e PAF foram usados para diferenciar entre tumor e estroma, respectivamente. O anticorpo X é uma proteína estromal frequentemente encontrada em tumores, mas sua biologia e impacto na imunidade antitumoral não são totalmente compreendidos. Caracterizar o contexto imunológico em áreas ricas em anticorpos X pode elucidar seu papel na imunidade antitumoral e na resposta terapêutica, bem como seu potencial como alvo de medicamentos.

Embora os painéis automatizados personalizados de visualização TSA tenham se mostrado bem-sucedidos para ensaios de proteômica espacial, a aplicação desses ensaios para ensaios de transcriptômica espacial não pôde ser confirmada. Isso provavelmente se deve aos reagentes e ao protocolo utilizado para os protocolos de visualização automatizada, que parecem comprometer a integridade do RNA. Reconhecer que um protocolo de rotulagem automatizado para marcadores de visualização pode ser usado para ensaios de proteômica espacial, mas não para ensaios de transcriptômica espacial, fornece orientação importante sobre os projetos de ensaios da tecnologia Spatial Omics.

Além disso, o estudo demonstra que o ensaio de transcriptômica espacial pode ser usado para traçar o perfil de alvos em regiões tão pequenas quanto 50 μm de diâmetro, ou aproximadamente 15 células. Duas ROIs de tamanhos diferentes foram selecionadas para testar a capacidade do ensaio de também detectar transcritos em pequenas ROIs. Para cada região de interesse, oligos correspondentes a 1.800 alvos de mRNA foram coletados e transformados em bibliotecas de acordo com o protocolo da plataforma de perfil espacial. As bibliotecas foram indexadas individualmente, posteriormente agrupadas e sequenciadas. Isso permitiu a avaliação da eficiência do agrupamento e da capacidade de identificar populações celulares específicas em pequenas ROIs.

Este trabalho mostra que, para ensaios de proteômica espacial, um protocolo automatizado para orientar a seleção de ROI em marcadores específicos de interesse pode ser usado para direcionar seletivamente a interrogação de áreas teciduais relevantes e caracterizar o ambiente espacial do tecido. Além disso, demonstramos que ROIs menores podem ser usadas para ensaios transcriptômicos espaciais para detectar e caracterizar populações celulares específicas.

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Protocolo

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Todos os tecidos humanos foram adquiridos de biobancos comerciais ou bancos de tecidos credenciados sob a garantia de que a aprovação apropriada do Conselho de Revisão Institucional e o consentimento informado foram obtidos.

Observação : O protocolo é executado usando o Discovery Ultra e o GeoMx Digital Spatial Profiler. Consulte a Tabela de Materiais para obter detalhes sobre reagentes, equipamentos e software usados neste protocolo.

1. Protocolo de visualização automatizada para ensaios de proteômica espacial

  1. Programa de autocoloração para aplicação de anticorpos de visualização fluorescente
    1. No software autostamant, clique no botão home e escolha Protocolos. Em seguida, clique em Criar/Editar Protocolos e selecione RUO DISCOVERY Universal como procedimento.
    2. Clique em Primeira Sequência > Desparafinização > Depar v2. Para Temperatura Média, escolha 72 graus C, clique em Pré-tratamento e selecione Condicionamento celular e Reservatório CC1. Para Very High Temperature, escolha 100 Deg C, clique em CC1 8 Min e continue clicando até que CC1 64 Min seja selecionado.
    3. Clique em Inibidor > Inibidor DISCOVERY e, para Tempo de Incubação, escolha 8 Minutos. Em seguida, clique em Anticorpo > High Temp Ab Incubation; para Baixa Temperatura, escolha 37 ° C; para Anticorpo, escolha o número do anticorpo no rótulo do dispensador (Anticorpo 6 neste exemplo); para Mais Tempo de Incubação, selecione 32 Minutos.
      NOTA: Este protocolo tem três números de anticorpos diferentes. O primeiro anticorpo é FAP, o segundo é Pan-Citoqueratina e o terceiro é o Anticorpo X.
    4. Clique em Multimer HRP > Multimer HRP Blocker, em seguida, para Antibody Blocking, escolha Gt Ig Block e, para Incubation Time, escolha 4 Minutes. Em seguida, em Multimer HRP Reagent, selecione OMap anti-Rb HRP e, para Tempo de Incubação, escolha 16 Minutos. Em seguida, clique em Cy5 e, para Tempo de Incubação Longo, escolha 0 H 8 Min.
    5. Clique em Dual Sequence e escolha Antibody Denaturation, em seguida, selecione Antibody Denature CC2-1 e, para Very High Temperature, escolha 100 Deg C. Certifique-se de que o tempo de incubação é de 8 min. Em seguida, clique em Inibidor de DS e selecione Neutralizar.
    6. Clique em DS Antibody, e para Very Low Temperature, escolha 37 Deg C. Em seguida, em Anticorpo, escolha o número do anticorpo no rótulo do dispensador (Anticorpo 3 neste exemplo) e, para Tempo de Incubação Plus, selecione 32 Minutos.
    7. Clique em DS Multimer HRP e escolha DS Multimer HRP Blocker. Em seguida, para Bloqueio de Anticorpos, selecione Gt Ig Block e, para Tempo de Incubação, escolha 4 Minutos. Em seguida, em Multimer HRP Reagent, selecione OMap anti-Ms HRP e, para Tempo de Incubação, escolha 16 Minutos. Em seguida, clique em DS Rhodamine 6G e, para Tempo de Incubação Longo, escolha 0 Hr 8 Min.
    8. Clique em Tripla Mancha e selecione TS Desnaturação de Anticorpos, em seguida, selecione Desnaturação de Anticorpos CC2-2 e, para Temperatura Muito Alta, selecione 100 Deg C. Certifique-se de que o tempo de incubação é de 8 min. Em seguida, clique em Inibidor de TS e selecione TS Neutralizar.
    9. Clique em TS Anticorpo e, para Temperatura Muito Baixa, selecione 37 graus C. Em seguida, em Anticorpo, selecione o número do anticorpo no rótulo do dispensador (Anticorpo 7 neste exemplo) e, para Tempo de Incubação Adicional, selecione 32 Minutos.
    10. Clique em TS Multimer HRP e escolha TS Multimer HRP Blocker. Em seguida, para Bloqueio de Anticorpos, selecione Gt Ig Block e, para Tempo de Incubação, escolha 4 Minutos. Em seguida, em Multimer HRP Reagent, selecione OMap anti-Rb HRP e, para Tempo de Incubação, escolha 16 Minutos. Em seguida, clique em TS FAM e, para Tempo de Incubação Longo, escolha 0 H 8 Min.
    11. Adicione um título ao protocolo. Selecione um número de protocolo, adicione um comentário e clique em Ativo seguido de Salvar.
  2. Preparar diapositivos, imprimir etiquetas e iniciar a execução do autostainer
    1. O fornecedor de panificação adquiriu seções de tecido humano FFPE (fixadas em formalina e embutidas em parafina) em um forno ajustado a 70 °C por 20-60 min. Enquanto os slides estiverem assando, imprima as etiquetas clicando em Criar Etiqueta no software de coloração automática. Em seguida, clique em Protocolos, selecione o número do protocolo e clique em Fechar/Imprimir. Adicione informações relevantes na etiqueta do slide e clique em Imprimir.
    2. Retire as lâminas do forno e deixe-as esfriar até a temperatura ambiente (RT). Aplique as etiquetas de protocolo impressas anteriormente aos slides correspondentes.
    3. Carregar os dispensadores de anticorpos recarregáveis com anticorpos de acordo com o número do rótulo do anticorpo atribuído na etapa 1.1. Neste protocolo, use o Anticorpos 6 para PAF a 1 μg/mL, use o Anticorpo 3 para Pan-Citoqueratina a 0,1 μg/mL e use o Anticorpo 7 para o Anticorpo X a 2,5 μg/mL. Diluir cada anticorpo no diluente especificado e preparar os dispensadores de anticorpos recarregáveis.
    4. Reúna os dispensadores de reagentes pré-cheios de bloqueio, detecção e amplificação mencionados acima e coloque-os em uma bandeja de reagentes. Carregue slides nas bandejas de slides (até 30 slides por execução) e clique em Executando seguido de Sim. Observe que o DAPI não é usado para contracoloração nuclear.
    5. Confirme o início da execução verificando a duração da execução no software de retenção automática. O protocolo leva ~ 11 h para conclusão e pode ser executado durante a noite.
    6. No dia seguinte, garanta a conclusão da corrida observando luzes verdes piscando nos slots da bandeja deslizante. Em seguida, retire as lâminas do instrumento e lave-as vigorosamente em 1x Buffer de Reação até que a solução de cobertura líquida seja completamente removida.
  3. Protocolo de plataforma de perfil espacial para ensaio proteômico
    1. Siga o protocolo de proteômica espacial indicado na nota abaixo. Inclua as seguintes alterações no protocolo para habilitar o procedimento de rotulagem automatizada de 3 plexos.
    2. Execute as etapas 1.2.1-1.2.6 no dia anterior ao início do protocolo de proteômica espacial e vá direto para a etapa de recuperação de antígenos do protocolo de proteômica espacial após a execução da etapa 1.2.6. Omita o procedimento de visualização descrito no protocolo de proteômica de perfil espacial.
    3. Substitua o SYTO 13 pelo SYTO 64 a 5000 nM para permitir a integração do fluoróforo. Diluir SYTO 64 em 1x TBS e incubar em uma câmara de umidade por 15 min.
    4. Ao configurar os parâmetros de varredura na plataforma de perfil espacial, selecione os filtros e canais de foco de acordo com os fluoróforos usados no painel de visualização para permitir a integração de 3 plexos. Use FITC para DISCOVERY FAM e defina a exposição para 200 ms, use Cy3 para DISCOVERY Rhodamine 6G e defina a exposição para 200 ms, use Texas Red para SYTO 64 e defina a exposição para 50 ms (especifique isso como o canal de foco) e, finalmente, use Cy5 para DISCOVERY Cy5, defina a exposição para 200 ms, e salvar alterações.
      NOTA: Instruções detalhadas do protocolo proteômico de perfil espacial são encontradas na guia Suporte do site oficial, selecionando Documentação > Manuais do Usuário. Aqui, procure o protocolo de proteína para nCounter usando Bond RX.

2. Seleção de ROI para ensaios de transcriptômica espacial

  1. Asse as seções de pellets de células FFPE em um forno ajustado a 70 °C por 20-60 min. Siga o protocolo NGS da plataforma de perfil espacial indicado na nota abaixo e digitalize slides na plataforma de perfil espacial, selecionando tamanhos de 50 μm e 300 μm. A seguinte recomendação é destacada para o ensaio de transcriptômica espacial:
    1. Ao preparar a biblioteca, se vários tamanhos de ROIs foram selecionados, junte ROIs de tamanhos semelhantes para criar uma biblioteca por tamanho. Isso é para garantir que profundidades de sequenciamento suficientes sejam alcançadas para todos os ROIs sem viés de tamanho.
      NOTA: Instruções detalhadas da plataforma de perfil espacial são encontradas na guia Suporte do site oficial, selecionando Documentação > Manuais do Usuário. Aqui, procure o protocolo de RNA para aplicações NGS usando Bond RX.

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Resultados

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Protocolo de visualização automatizada para orientar a seleção de ROI
Neste artigo, apresentamos o uso de um protocolo IF automatizado e personalizado baseado em TSA para visualizar o tecido e selecionar ROIs específicas. O desenvolvimento do painel de visualização usando melanoma e pele humana normal como tecidos de controle consistiu em testes de estabilidade de epítopos, ajuste fino das intensidades dos marcadores e avaliação de sangramento através de controles de deixar um de fora. Para testar se ...

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Discussão

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Até o momento, anticorpos fluorescentes diretamente conjugados em um protocolo manual são mais comumente utilizados como painéis de visualização para ensaios de proteômica espacial ou transcriptômica espacial 9,10. No entanto, o uso de anticorpos fluorescentes diretamente conjugados pode ser um desafio para marcadores menos abundantes, limitando a seleção de anticorpos adequados. Este protocolo mostra que a marcação de marcadores de visualização pode ser automati...

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Divulgações

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Veronica Ibarra-Lopez, Sangeeta Jayakar, Yeqing Angela Yang, Zora Modrusan e Sandra Rost são funcionárias e acionistas da Genentech, membro do Grupo Roche. Outras empresas que fazem parte da Roche produzem reagentes e instrumentos utilizados neste manuscrito. Ciara Martin é funcionária em tempo integral da NanoString Technologies Inc, que produz reagentes e instrumentos usados neste manuscrito.

Agradecimentos

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Os autores reconhecem Thomas Wu por processar arquivos NGS. Agradecemos a James Ziai pelas discussões dos resultados e revisão do manuscrito e Meredith Triplet e Rachel Taylor pela revisão interna do manuscrito.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
10x Tris tampão salino (TBS)Cell Signaling Technologies12498SDiluído para 1x TBS em água tratada com DEPC
Anticorpo X (não divulgado)anticorpo cego devido à confidencialidade
Água tratada com DEPCThermoFisherAM9922Outro pode ser usado
DISCOVERY Cell Conditioning ( CC1)Ventana950-500
DISCOVERY Cy5 KitVentana760-238Referido como Cy5
DISCOVERY FAM KitVentana760-243Referido como FAM
DISCOVERY Goat Ig BlockVentana760-6008Referido como Gt Ig Block
DISCOVERY OmniMap anti-Ms HRPVentana760-4310Referido como OMap anti-Ms HRP
DISCOVERY OmniMap anti-Rb HRPVentana760-4311Referido como OMap anti-Rb
HRP DISCOVERY Rhodamine 6G KitVentana760-244Referido como Rodamina 6G
DISCOVERY ULTRA Sistema Automatizado de Preparação de LâminasVentana05 987 750 001 / N750-DISU-FSReferido como corador automático no manuscrito
FAP [EPR20021] AnticorpoAbcam Ab207178
GeoMx Digital Spatial ProfilerNanoStringGMX-DSP-1YReferido como plataforma de perfil espacial no manuscrito
Câmara de umidadeSimportM920-2Outro pode ser usado
Pan-citoqueratina [AE1/AE3] AnticorpoAbcamAb27988
ProLong Gold Antifade MountantThermoFisherP36934
PythonPythonAnálise estatística
Tampão de reação (10x)Ventana950-300
Software de análise estatísticaGraphPadPrism 7Análise estatística
SYTO 64ThermoFisherS11346
ULTRA Cell Conditioning (ULTRA CC2)Ventana950-223
Ventana Anticorpo Diluente com CaseínaVentana760-219Referido como diluente especificado no manuscrito
Ventana Dispensador primário de anticorposVentanaO número de catálogo depende do número do dispensador

Referências

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