O protocolo descreve um ensaio de hibridização de imunofluorescência em tandem com tecido embebido em parafina fixado em formalina para detectar e quantificar microRNA e proteínas multiplexadas simultaneamente.
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Artigo de método
O protocolo descreve um ensaio de hibridização de imunofluorescência em tandem com tecido embebido em parafina fixado em formalina para detectar e quantificar microRNA e proteínas multiplexadas simultaneamente.
Ao usar métodos tradicionais de detecção de imagem de hibridização in situ (ISH) baseados em sonda, os microRNAs (miRNAs) são difíceis de capturar devido ao seu tamanho, que varia de 19 a 25 nucleotídeos. No entanto, como os miRNAs são reguladores epigenéticos chave que contribuem para a fisiologia normal e inúmeras condições patológicas, entender o comportamento espaço-temporal dos miRNAs é importante para desvendar sua função nos níveis celular e subcelular. Isso cria uma clara necessidade de técnicas adequadas de detecção e visualização. Portanto, criamos a amplificação e reconhecimento de microRNA por meio de hibridização in situ de ácido nucleico bloqueado (MARLIN), que foi desenvolvida e otimizada utilizando coloração de imunofluorescência multiplex e sondas de ácido nucleico bloqueado (LNA) direcionadas a um miRNA. Este método pode quantificar miRNAs com expressão de proteínas multiplexadas, o que permite a quantificação de miRNAs intracelulares e extracelulares dentro do microambiente tumoral (TME) com alta sensibilidade e reprodutibilidade. O uso combinado de ensaios de detecção de miRNA e captura de proteínas também pode fornecer uma compreensão abrangente das funções celulares e mecanismos regulatórios dentro desse TME.
microRNAs
Embora os microRNAs (miRNA) sejam incrivelmente pequenos, variando de 19 a 25 nucleotídeos de comprimento, essas moléculas de RNA de fita simples são potentes reguladores na expressão gênica, modulando RNAs mensageiros (mRNAs) pós-transcricionalmente por meio de interações específicas de sequência1. Em essência, os miRNAs atuam como reguladores negativos ligando-se aos mRNAs alvo, impedindo sua tradução ou promovendo sua degradação por meio da clivagem do mRNA, dependendo do grau de complementaridade, o que acaba levando à diminuição da produção de proteínas do gene alvo. Embora os miRNAs sejam basicamente RNA não codificante, aproximadamente 40% de todos os miRNAs ainda são encontrados em íntrons ou éxons de genes codificadores de proteínas2. O propósito funcional dos miRNAs abrange vários processos biológicos importantes, como proliferação celular, angiogênese, apoptose, etc. Notavelmente, a desregulação de miRNAs tem sido implicada na tumorigênese, pois a expressão aberrante de miRNAs específicos e a regulação gênica mediada por miRNA têm sido associadas à transformação oncogênica em vários tipos de câncer3.
Desde sua descoberta, os miRNAs têm sido extensivamente pesquisados em várias doenças devido à sua expressão específica do tecido e funções regulatórias, com sua desregulação ligada a muitas doenças, incluindo distúrbios neurodegenerativos, distúrbios autoimunes e vários tipos de câncer 4,5,6. Os padrões de expressão dos miRNAs podem ser correlacionados com o tipo, estágio e variáveis clínicas do câncer, tornando o perfil do miRNA uma ferramenta valiosa para o diagnóstico e prognóstico do câncer 4,5,6,7. A descoberta de novos miRNAs também foi acelerada por avanços nas tecnologias de sequenciamento de alto rendimento, aprimorando a compreensão do envolvimento dos miRNAs em diversos processos biológicos8. A importância dos miRNAs foi ressaltada pelo Prêmio Nobel de Medicina de 2024 concedido a Victor Ambros e Gary Ruvkun por sua descoberta da função do miRNA na regulação pós-transcricional9.
Como biomarcadores valiosos para o diagnóstico e prognóstico de doenças, o potencial terapêutico dos miRNAs tem sido explorado, levando ao desenvolvimento de drogas direcionadas a miRNAs. O potencial terapêutico dos miRNAs no tratamento do câncer reside em sua capacidade de regular coordenadamente os módulos dos genes, potencialmente restaurando as funções celulares normais10. Anteriormente, as terapias anticancerígenas baseadas em miRNA foram desenvolvidas como monoterapia ou em combinação com terapias direcionadas existentes para melhorar as respostas ao tratamento e aumentar as taxas de cura11. O espectro dinâmico dos miRNAs os posicionou como recursos essenciais para estratégias inovadoras de tratamento do câncer. No contexto da resistência terapêutica, o direcionamento de miRNAs tem se mostrado promissor na redução da recorrência e resistência aos tratamentos tradicionais contra o câncer, potencialmente melhorando a sobrevida do paciente ao direcionar as células cancerígenas12. Ao explorar os papéis dos miRNAs na modulação das atividades de vários tipos de células no microambiente tumoral (TME), tratamentos de câncer únicos e clinicamente relevantes podem ser descobertos.
Ensaios disponíveis para detectar miRNAs
Atualmente, o método mais comum para medição de miRNA depende do RNA extraído para PCR quantitativo em tempo real (q-RT-PCR) ou Sequenciamento de Nova Geração (NGS), perdendo contexto espacial. Existem empresas que fornecerão ensaios de microRNA TaqMan, que usam primers de alça de haste específicos para síntese de cDNA, e produtos químicos à base de corante SYBR Green com síntese universal de cDNA. Esses ensaios podem oferecer alta sensibilidade e especificidade e podem ser executados em uma variedade de instrumentos q-RT-PCR. Infelizmente, os ensaios TaqMan não podem fornecer quantificação absoluta, o que pode levar a problemas como falsos positivos e variabilidade nos resultados13. Além disso, apesar de sua alta sensibilidade, a aplicação desses ensaios em diferentes tipos de amostra pode ser limitada pela necessidade de preparação extensiva da amostra e potencial interferência de outros componentes da amostra.
Sequenciamento de próxima geração (NGS): o miRNA-seq é cada vez mais popular para análise de expressão diferencial em todo o miRNome de biofluidos. Um benefício das tecnologias NGS como o miRNA-seq é que elas permitem análises paralelas massivas da expressão de miRNAs em todo o genoma, permitindo a quantificação de miRNAs individuais, a identificação de variações de sequência e a descoberta de novos miRNAs14. Uma desvantagem substancial dos métodos baseados em sequenciamento, como o IlluminaTruSeq Small RNA Sample Preparation Kit, é a indução de vieses quantitativos, afetando a precisão das análises de expressão diferencial, devido em grande parte à homologia e menores comprimentos de leitura dos miRNAs14. Não apenas isso, mas a presença de isomiRs (variantes que diferem em sequência ou comprimento da sequência canônica de miRNA) e artefatos técnicos podem complicar a interpretação dos dados, potencialmente levando a detecções errôneas e fatores de confusão em ensaios de biomarcadores14. Além disso, diferentes ferramentas para análise de dados de miRNA-seq, como sRNAbench e miRDeep2, podem produzir resultados variados, afetando a consistência e a confiabilidade da descoberta de novos miRNAs15,16. Mesmo algo como a tecnologia de microarray pode ser insuficiente na maioria dos casos. Embora possa fornecer uma plataforma poderosa e de alto rendimento para detectar níveis de miRNA ou expressão gênica, tornando-a adequada para estudos de todo o genoma, a tecnologia ainda é limitada pelo número de miRNAs previamente identificados e não pode verificar diretamente as interações miRNA-alvo, o que limita sua utilidade em estudos funcionais17.
O fator mais importante que pode ser enfatizado aqui ao comparar todas essas opções disponíveis é a falta de contexto espacial. Eles não fornecem nenhum contexto em relação à morfologia do tecido ou distribuição espaço-temporal dentro das células. A visualização do comportamento espaço-temporal dos miRNAs é necessária para desvendar sua função nos níveis celular e subcelular. Atualmente, os ensaios de hibridização in situ ( ISH) do miRNAscope estão acessíveis, geralmente utilizando métodos de detecção cromogênica. Embora esses ensaios permitam a visualização de miRNA com resolução de célula única, os resultados carecem de qualidade, dificultando a diferenciação entre a expressão do miRNA e o fundo da amostra. Geralmente, muitos deles produzem ensaios de baixa qualidade, que não são confiáveis e geralmente requerem quantificação manual.
Portanto, desenvolvemos amplificação e reconhecimento de microRNA por meio de hibridização in situ de ácido nucleico bloqueado (MARLIN) usando coloração de imunofluorescência multiplex (por coloração de proteína Opala) e sondas de ácido nucleico bloqueado (LNA) direcionadas a um miRNA, dentro de tecidos embebidos em parafina fixados em formalina (FFPE). Conseguimos isso implementando um sistema de amplificação de sinal de tiramida (TSA) que é ativado por um anticorpo conjugado anti-digoxigenina (DIG) peroxidase de rábano (HRP). O HRP atua como um catalisador para o TSA, enquanto o Anti-DIG se conecta à sonda LNA. Este ensaio é particularmente útil para entender a natureza essencial dos miRs na modificação pós-transcriptômica com proteínas e potencialmente outros RNAs simultaneamente. Além disso, devido à falta de um ensaio comercialmente disponível que possa quantificar a expressão de miRNA e proteína, o MARLIN fornece uma maneira eficaz de entender as relações in situ de miRs e proteínas em amostras de FFPE.
Os resultados iniciais da quantificação de miR-181c-3p usando MARLIN demonstraram a viabilidade da análise paralela de miRNAs e proteínas dentro do contexto espacial nativo do tecido FFPE ovariano humano. Além deste exemplo, com base nos componentes do MARLIN, é teoricamente possível expandir para até quatro proteínas utilizando fluoróforos multiplexadores fluorescentes comerciais como Alexa Fluor ou outros corantes de moléculas pequenas18.
Além disso, uma vez que esta metodologia emprega variações nos métodos histológicos padrão, deve ser compatível com outros tecidos FFPE de mamíferos, dada a seleção apropriada de sonda e anticorpos. Essa metodologia preserva a arquitetura espacial e permite a quantificação de miRNAs celulares e subcelulares e colocalização de proteínas. Essa abordagem aborda uma lacuna crítica na biologia espacial, mapeando padrões de co-expressão miRNAs-proteínas e distribuição espacial, que podem ser diretamente contextualizados em arquiteturas de tecidos nativos. Aqui apresentamos o MARLIN com uma visão geral gráfica detalhada na Figura 1. Embora o protocolo apresentado seja otimizado para miR-181c-3p, outros miRs são possíveis de estudar, dado um design de sonda apropriado. Os parâmetros críticos para este método incluem: a avaliação da qualidade do tecido e a otimização das concentrações da sonda. Recomenda-se avaliar a integridade do RNA do bloco tecidual usando uma métrica DV200, utilizando duas seções de 10 μm e extraindo o RNA usando um protocolo que preserva todos os tamanhos de fragmentos de RNA. Amostras com pontuação DV200 superior a 50 ou melhor e concentrações de protocolo precisam ser testadas sistematicamente.
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Este protocolo usa tecidos fixados em formalina e embebidos em parafina (FFPE) de seções de tecido tumoral de ovário humano de pacientes com HGSC. Essas amostras foram coletadas de pacientes não tratadas anteriormente submetidas à cirurgia citorredutora primária para câncer de ovário. Todas as amostras e dados clínicos foram obtidos do repositório de câncer de ovário do Departamento de Oncologia Ginecológica e Medicina Reprodutiva sob protocolos aprovados pelo Conselho de Revisão Institucional da Universidade do Texas MD Anderson. O consentimento informado por escrito dos pacientes foi obtido pela equipe da recepção e os estudos foram conduzidos de acordo com diretrizes éticas reconhecidas.
1. Preparação de tecidos
2. Aplicação de proteínas
3. Aplicação da sonda
4. Coloração e montagem nuclear
5. Imagem e análise
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Ao testar este protocolo, é importante ter duas seções seriais da mesma amostra representativa para precisão e comparação. Nesse caso, uma amostra de câncer de ovário de alto grau (HGSC) foi usada para comparar os resultados. Foram utilizadas uma lâmina de controle (Figura 2A-B) que passaria apenas pela coloração de miRNA e uma lâmina de teste que passaria pela coloração de proteína e miRNA (
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Embora a importância dos miRNAs seja reconhecida e compreendida, as observações do desenvolvimento normal e dos estados de doença são atualmente prejudicadas pela dificuldade de estudar os miRNAs usando métodos padrão. A escassez de métodos in situ levou ao desenvolvimento do MARLIN (ensaio de miRNA FISH). Dada a homologia e o curto comprimento dos miRNAs, torna-se um desafio visualizar sua localização e efeito na regulação pós-transcriptômica. O desenvolvimento deste protocolo ...
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Os autores não têm nada a divulgar.
Gostaríamos de agradecer às seguintes pessoas, Chi Lam Au Yeung e Manjunath Nimmakayalu, que fizeram parte do comitê de tese de Basant enquanto o ensaio estava em desenvolvimento. Além disso, Samuel Mok, que seccionou e forneceu as amostras utilizadas. Por fim, agradecemos a Johan Doré e Dan Winkowski, que prestaram ampla assistência durante a análise e o uso do software Visiopharm. Esta pesquisa foi financiada em parte pela Ovarian Cancer Research Alliance (OCRA 811621 e 891490), pela Sie Foundation e pelo Stephanie C. Stelter Endowment Fund. Esta pesquisa foi realizada em colaboração com o Flow Cytometry and Cellular Imaging Core Facility, que é apoiado em parte pelos Institutos Nacionais de Saúde por meio do MD Anderson's Cancer Center Support Grant P30 CA016672 e do Especialista em Pesquisa 1 R50 CA243707-01A1 do NCI de Jared Burks.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| 10x SALO com TIS bufferizado (TBS) pH 7,6 | Thermo Fisher Scientific | J62662 K7 | Para lavagens intermitentes entre etapas |
| 1x Diluente/Bloqueio de Anticorpos Opal/nbsp; | Akoya Biosciences | ARD1001EA | Solução bloqueadora de proteínas |
| Diluente de Amplificação de Automação 1x Plus | Akoya Biosciences | FP1609 | Usado para diluir fluoróforos de opala |
| 20x Concentrado Tamponador de Citrato de Sódio Salino (SSC) | Sigma-Aldrich | S6639-1L | Para lavagens de miRNA após hibridização com sonda |
| 4',6-diamidino-2-fenilindol (DAPI) | Thermo Fisher Scientific/Invitrogen | EN62248 / 62248 | Para coloração nuclear |
| Sistema de Hibridização ACD HybEZ II | ACD Biotechne | 321711 | Forno usado para regular a temperatura durante o protocolo miRNAscope |
| Anti-CD8 (D8A8Y), Rabbit mAb | Tecnologias de Sinalização Celular | 85336S | Exemplo de anticorpo primário usado para otimizar esse protocolo |
| Anti-Digoxigenina (Mouse) HRP conjugado | Revvity Health Sciences Inc | NEF832001EA | Reagente secundário usado para detecção de miRNA |
| Anti-EpCAM (E6V8Y), Rabbit mAb | Tecnologias de Sinalização Celular | 93790 | Exemplo de anticorpo primário usado para otimizar esse protocolo |
| Pó de Reagente de Bloqueio | Akoya Biosciences | FP1012 | Solução bloqueadora de miRNA |
| Álcool Etílico 100% (200 Proof) | Pharmco | 111000200 | Para a desparafinização |
| EZ-AR1 Buffer | BioGeneX | HK521-XAK | Usado para coleta de antígeno em seções de tecido FFPE na etapa proteica |
| EZ-AR1 Elegance Buffer | BioGeneX | HK546-XAK | Usado para coleta de antígenos em seções de tecido FFPE na etapa da sonda de miRNA |
| Sistema IR EZ-Retriever | BioGeneX | MW015-IR | Micro-ondas usado para coleta de antígenos em seções de tecido FFPE |
| Solução de Água Oxigenada 30% | Sigma-Aldrich | HX0640-5 | Para preparação de lenços. Ajuda a bloquear a atividade endógena da peroxidase e a produzir produtos altamente coloridos |
| Sonda de miRNA miR-181c-3p | Qiagen | 339112 | Exemplo de sonda de miRNA usada para otimizar esse protocolo |
| Conjunto de Buffer de miRNA miRNA miRCURY (FFPE) | Qiagen | 339450 | Usado para diluir a sonda de miRNA |
| Opal 620 | Akoya Biosciences | FP1495001KT | Fluoróforo para identificar anticorpos primários |
| Opal 690 | Akoya Biosciences | FP1497001KT | Fluoróforo para identificar anticorpos primários |
| Opal Anti-Ms + Rb HRP | Akoya Biosciences | ARH1001EA | Anticorpo secundário usado como agente de detecção |
| Pierce 16% Formaldeído (w/v), Livre de Metanol | Thermo Fisher Scientific | 28908 | Produzir 3,7% de PFA para preparação de tecidos |
| Antidesfaçamento de Diamante ProLong | Thermo Fisher Scientific | P36970 | Mídia de montagem |
| RNAscope Protease Plus | ACD Biotechne | 322331 | Para permeabilizar seções de tecido digerindo parcialmente proteínas & expor moléculas de miRNA alvo |
| Água livre de RNAse | Corning | 46-000-CM | Limpar e preparar todo o equipamento, e usar como diluiente quando necessário |
| Tween 20 | Sigma-Aldrich | P1379-25ML | Para fazer o TBS-T |
| Amplificação do Sinal de Tiramida Mais Cianina 3 | Akoya Biosciences | NEL744001KT | Fluoróforo para identificar miRNA |
| Sondas de miRNA U6 e Scramble | Qiagen | 339459 | Sondas de controle opcionais |
| Grau histológico dos xilenos | Thermo Fisher Scientific | UN1307 | Para a desparafinização |
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