Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Exosomal микроРНК Анализ в немелкоклеточного рака легких (НМРЛ) Плазменный Пациентов Через кПЦР: посильная Liquid Биопсия Tool

10.4K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/53900

⸱

27 мая 2016 г.

* These authors contributed equally

В этой статье

Краткое содержание

Этот протокол описывает возможность проведения профилирования микроРНК в экзосомах, высвобождаемых в плазме пациентов с НМРЛ, с помощью коммерческого набора для выделения экзосом с лечением протеиназой К и РНКазой, чтобы избежать контаминации циркулирующих микроРНК и оценить их биомаркерные особенности при НМРЛ.

Аннотация

Открытие изменений в генах EGFR и ALK, среди прочих, при НМРЛ привело к разработке таргетной лекарственной терапии с использованием селективных ингибиторов тирозинкиназы (ИТК). Для оптимизации использования этих ИТК необходимо открытие новых биомаркеров для раннего выявления и прогрессирования заболевания. Эти изолированные из плазмы экзосомы могут быть использованы в качестве неинвазивного и воспроизводимого способа обнаружения и последующего наблюдения за этими биомаркерами. В качестве источников экзосом использовали один мл плазмы от 12 пациентов с НМРЛ с различными мутациями и лечением (и 6 здоровых доноров в качестве контрольной группы). После обработки РНКазой, чтобы разрушить циркулирующие микроРНК, экзосомы были выделены с помощью коммерческого набора и ресуспендированы в определенных буферах для дальнейшего анализа. Экзосомы были охарактеризованы с помощью вестерн-блоттинга для ALIX и TSG101 и анализа с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), стандартных методов получения биохимических и размерных данных этих нановезикул. Экстракцию тотальной РНК проводили с помощью высокопроизводительного коммерческого набора. В связи с ограниченным содержанием микроРНК в экзосомах мы решили провести ретротранскрипционную ПЦР с использованием индивидуального анализа для каждой выбранной микроРНК. Панель микроРНК (30b, 30c, 103, 122, 195, 203, 221, 222), все из которых коррелировали с заболеванием НМРЛ, была проанализирована с использованием замечательной чувствительности и специфичности ПЦР-анализа в реальном времени; В качестве эндогенного контроля использовали mir-1228-3p и обрабатывали данные по формуле 2-ΔΔct 13. В качестве исходных данных использовались контрольные значения, а результаты отображаются в логарифмической шкале.

Введение

Низкий уровень выживаемости в НМРЛ (немелкоклеточный рак легкого) больных, в основном , из - за ограниченной эффективности лечения в поздних стадиях заболевания и плохого раннего выявления 1. Активирующие мутации в гене EGFR, которые были обнаружены в субпопуляции пациентов с немелкоклеточным раком легких, как известно, придают чувствительность к ингибиторы тирозин - киназы (ИТК). К сожалению, большинство из EGFR , мутировавших пациентов с немелкоклеточным раком легких развивается устойчивость Tki 2. Особенно в этом контексте, правильный диагноз является обязательным. В общем случае, из-за локализации опухолей, получение тканей при биопсии НМРЛ не всегда осуществимо. Таким образом, некоторые исследования продолжаются, которые используют неинвазивные методы для получения этих биологических данных. Экзосомы описаны как жидкие биопсии компонентов , которые могут быть исследованы с целью получения диагностических и прогностических значений с неинвазивными методами 3.

Экзосомы являются nanovesicles (40 - 100 нм в диаметре) из еndocytic происхождения , которые выпускаются различными типами клеток , как в физиологических и патологических состояниях 4. Они могут нести белки, липиды, мРНК и микроРНК. Кроме того, некоторые исследования предполагают плейотропным роль опухолей происходит экзосомы, которые могут влиять на рост и выживаемость опухолевых клеток, ангиогенеза, стромальных и внеклеточного матрикса ремоделирования и лекарственной устойчивости 5.

MicroRNAs (микроРНК) короткие некодирующие РНК, которые участвуют в пост-транскрипционной регуляции, связывание 3'-UTR из мРНК мишеней и ведет к деградации мРНК или не-перевод 6. Сортировкой микроРНК в экзосомы было описано. В связи с этим, в последнее время было показано, в пробирке и в естественных условиях, селективной упаковки MIR-21 (известный микроРНК с онкогенных эффектов) в экзосомы высвобождаемых хронического миелолейкоза клеточных линий после того, как куркумин лечения 7.

exosomal микроРНК профиль похож на профиль микроРНК первичной опухоли , и эта функция может быть использована в ранней диагностике и прогнозировании 3. В частности, есть возможность охарактеризовать, с помощью ПЦР в реальном времени, выбранные микроРНК коррелировали с молекулярным профилем заболевания, например., EGFR мутации среди других 8.

Здесь анализ выбранной панели НМРЛ-коррелировала микроРНК 8-9 описано , что были выделены из экзосомы выпущенных в крови больных НМРЛ. После получения отчета сообщить согласие от пациентов, плазмы 12 пациентов с немелкоклеточным раком легких и 6 здоровых, были проанализированы. Изоляция экзосом была выполнена с коммерческого набора в соответствии с протоколом производителя. Перед изоляцией экзосома образцы плазмы обрабатывали РНКазой, для того, чтобы разлагать загрязняющие циркулирующих микроРНК. Мы решили провести такой анализ с коммерческого набора из-за ограниченной стандартизации другой техниQues (например., ультрацентрифугирования), что особенно важно при работе с клиническими образцами. Этот набор включает в себя лечение протеиназы К, который будет ухудшать РНКазы, и, таким образом, уменьшает риск деградировать exosomal микроРНК после экзосома лизиса. Анализ микроРНК проводили высокой чувствительностью и специфичностью в режиме реального времени ПЦР-анализа; Mir-1228-3p был использован в качестве эндогенного контроля и данные были нормализованы в соответствии с формулой 2 - ΔΔct. Контрольные значения используются в качестве базовой линии, и результаты приведены в логарифмической шкале.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

1. экзосома Изоляция

Примечание: Выделение экзосомы из образцов плазмы, осуществляли с помощью коммерческого набора, в соответствии с протоколом производителя и путем добавления лечения РНКазы: (все эти шаги должны быть выполнены с персональными и окружающей среды, защиты оборудования и следующих конкретной правовой процедуры для манипуляции биологических образцов ).

  1. Принимать по 1 мл плазмы каждого образца, которые хранятся при температуре -80 ° С, и поместить его на льду.
  2. Центрифуга образца при 2000 х г в течение 20 мин при комнатной температуре; этот проход является обязательным для того, чтобы удалить клеток и мусора.
  3. Передача супернатант, содержащий чистую плазму в новую 1,5 мл трубки.
  4. Центрифуга новую трубу при 10000 х г в течение 20 мин при комнатной температуре.
  5. Передача супернатант, содержащий чистую плазму в новую 1,5 мл трубки.
  6. Добавить 100 нг / мл РНКазы в супернатант и инкубировать пробирку при температуре 37 ° С в течение 10 мин вдля того, чтобы ухудшить циркулирующих РНК.
  7. Перенесите все обработанную плазму в новую 2 мл пробирку и добавляют 0,5 объема 1x PBS.
  8. Vortex образец для смешивания растворов.
  9. Добавить 0,05 объемов раствора протеиназы К (вложить в комплект поставки ) к образцу.
  10. Вихревой образец, а затем инкубируют при температуре 37 ° С в течение 10 мин.
  11. Добавить 0.2 объема осаждения экзосом буфера к образцу и смешивать растворы путем инверсии.
  12. Инкубируйте образца при температуре от 2 ° C до 8 ° С в течение 30 мин, а затем центрифугировать образец при 10000 х г в течение 5 мин при комнатной температуре.
  13. Отберите и отбросить супернатант. Осадок содержит отдельные экзосомы.
  14. Добавить выбранный буфер в экзосома гранулы, чтобы Ресуспендируют экзосомы. Выбор буфера зависит от того, вниз по течению анализа планируемого, в этом случае:
    1. Добавьте 100 мкл 1x PBS с целью проведения анализа ПЭМ.
    2. Добавить 346,5 мкл специфического лизиса BUFфер для экстракции РНК (от коммерческого набора) (ВНИМАНИЕ: химической опасности).
    3. Добавьте 100 мкл буфера для лизиса для экстракции белка (Трис-HCl, 50 мМ рН 7,6 - NaCl, 300 мМ - Тритона Х-100 0,5% - ФМСФ 1 мМ - лейпептина / Апротинин 10 мкг / мл) для того, чтобы выполнить анализ Вестерн-блоттинга. (ВНИМАНИЕ: опасные химические вещества).
  15. Храните ресуспензированной экзосомы при -20 ° С.

2. Характеристика экзосома с помощью Вестерн-блот-анализ

Примечание: Для того чтобы охарактеризовать выделенные nanovesicles, вестерн-блоттинга с антителами против Аликс и TSG101 (хорошо известные маркеры exosomal) рекомендуется.

  1. После того, как рефиксацией экзосома окатышей в буфере для лизиса, поместить его на льду в течение 1 часа для того, чтобы растворить exosomal мембрану.
  2. Центрифуга лизат при 12000 г в течение 10 мин и переносят надосадочную жидкость в новую пробирку, не нарушая гранул.
  3. Количественно общий белок exosomal contenт путем Бредфорда или другими способами, и нагрузка 50 мкг белков на лунку в Трис / глицин SDS - 8% -ном полиакриламидном геле. (ВНИМАНИЕ: опасные химические вещества).
  4. Отделить белки (и соответствующий маркер молекулярного веса) в 8% электрофореза в SDS-PAGE гель с рабочим буфером (25 мМ Трис, 192 мМ глицина, 0,1% SDS) в течение 1 ч и 30 мин при 120 В. (ВНИМАНИЕ: химические опасности ).
  5. Передача белка на нитроцеллюлозную мембрану посредством электроблотинга с 4 ° C буфером холодного переноса (25 мМ Трис, 192 мМ глицина, 20% метанола) в течение 1 ч при постоянном 50 В. (Внимание: химические опасности).
  6. Блок мембраны в течение 1 часа в медленном перемешивании с 5% обезжиренным сухим молоком в 1x TBS -Tween 0,1%.
  7. Промыть мембрану 4 раза в течение 5 мин в быстром перемешивании с 1x TBS - Tween 0,1%.
  8. Добавьте первичные антитела против Аликс и TSG101 (по одному на мембране) в соответствующем буфере (соответственно в таблице данных антител от производителя) и инкубировать мембрана O / N; В медленном перемешивании.
  9. Промыть мембрану 5 раз в течение 5 минут в быстром перемешивании с 1x TBS - 0,1% Tween, чтобы удалить излишнюю антитела.
  10. Добавьте соответствующее вторичное антитело в соответствующем буфере (соответственно в таблице данных антител от производителя) и инкубировать мембрану в течение 1 часа в медленном перемешивании.
  11. Промыть мембрану 5 раз в течение 5 минут в быстром перемешивании с 1x TBS - 0,1% Tween, чтобы удалить излишнюю антитела.
  12. Обнаружение выбранного белка путем анализа хемилюминесценции 11.

3. экзосома характеристика с помощью ПЭМ анализа

Примечание: Для того, чтобы визуализировать отдельные экзосомы, ТЕМ (просвечивающей электронной микроскопии) анализ был проведен.

  1. Место ~ 10 мкг (ранее количественно Бредфорда) образца интактных экзосомы ресуспендировали в 1х PBS на парафином и положить на образец падение формвар углерода никеля сетки с покрытием в течение 1 ч.
  2. Мыть сетки 3 раза, расположив его на три 40 мкл 1x PBS капли.
  3. Мыть сетки 5 раз, расположив его на пять 30 мкл капель воды сверхчистых.
  4. Закрепить образец путем добавления капли 2,5% глутарового альдегида (ОСТОРОЖНО: химическая опасность) в течение 10 мин.
  5. Мыть сетки 3 раза, расположив его на три 40 мкл 1x PBS капли.
  6. Добавить каплю 2% уранилацетате (ВНИМАНИЕ: химические опасности) и поставить сетку поверх него в течение 15 минут для того, чтобы противопоставить образца.
  7. Вставить образец по капле 0,13% метилцеллюлозы (ОСТОРОЖНО: химических факторов риска) и 0,4% ацетата уранила и инкубировать сетки на поверхность капли в течение 10 мин.
  8. Осторожно удалите жидкость избыток с абсорбирующей бумаги и высушить решетку в течение 5 мин с покрытой стороной вверх.
  9. Осмотрите сетку с помощью просвечивающего электронного микроскопа 12.

4. Exosomal Экстракция РНК и Количественная

Примечание: Мы решили перфорацияОРМ общее извлечение РНК из exosomal образцов с использованием коммерческого набора, в соответствии с протоколом производителя: (ВНИМАНИЕ: опасные химические вещества, протокола рассмотрения и рекомендации изготовителя).

  1. После того, как рефиксацией экзосома гранул в 346,5 мкл буфера для лизиса, добавьте 3,5 мкл бета-меркаптоэтанола (ВНИМАНИЕ: химические опасности) и вихрь энергично; этот отрывок является обязательным для того, чтобы уничтожить липидные мембраны.
  2. Добавьте лизата в колонну промывки в пробирку для сбора и центрифуге при 11000 & bull; g в течение 1 мин. После центрифугирования, удалите колонку и передать фильтрат на новый 1,5 мл РНКазы без трубки.
  3. Добавьте 350 мкл 70% этанола (ВНИМАНИЕ: химические опасности) и перемешивают встряхиванием в течение 5 сек.
  4. Загрузите лизата в разрешающего колонке и центрифуги в течение 30 сек при 8000 × г. После центрифугирования, отбросить flowthrough и перенести колонку в новую пробирку для сбора.
  5. Нагрузка 350 мкл обессоливания BuffeR и центрифуге при 11,000 х г в течение 1 мин. После центрифугирования, отбросить flowthrough и вернуть колонку в ту же пробирку для сбора.
  6. Добавьте 95 мкл реакционной смеси ДНКазы I (10 мкл разведенной ДНКазы I + 90 мкл буфера ДНКазы, для каждого образца) на кварцевом мембране колонны и инкубируют при комнатной температуре в течение 15 мин при комнатной температуре. (ВНИМАНИЕ: химическая опасность)
  7. Добавить 200 мкл буфера для промывки (Внимание: химическая опасность) в колонку и центрифуге при 11000 х г в течение 1 мин. Поместите колонку в новую пробирку для сбора.
  8. Добавьте 600 мкл буфера для промывки в колонну и центрифуге при 11000 х г в течение 1 мин. После центрифугирования, отбросить flowthrough и поместите колонку в ту же пробирку для сбора.
  9. Добавить 250 мкл буфера для промывки в колонну и центрифуге при 11000 х г в течение 2 мин. Поместите колонку в РНКазы пробирку объемом 1,5 мл.
  10. Элюции РНК в 40 мкл РНКазы воды и центрифуге при 11,000 5; г в течение 1 мин, для того, чтобы иметь высокую концентрацию РНК в этом малом объеме.
  11. Сразу же место элюированной РНК на льду, чтобы предотвратить возможное ухудшение или хранить при температуре -80 ° С.
  12. Количественное содержание РНК. Примечание: В данном случае РНК-квантование проводили с использованием 1 мкл образца через спектрофотометра.

5. Retrotrascription из Exosomal микроРНК

Примечание: В связи с описанным ограниченным количеством содержания микроРНК в экзосомы, было решено выполнить обратную транскрипцию выбранных микроРНК через коммерческого набора с использованием индивидуального анализа для каждого микроРНК, в соответствии с протоколом производителя. Для каждого образца 8 микроРНК коррелируют со статусом НМРЛ были выбраны (MIR-30Б; MIR-30с; микроРНК-103, микроРНК-122, микроРНК-195, микроРНК-203, микроРНК-221, микроРНК-222 и микроРНК-1228- 3p в качестве эндогенного контроля).

  1. Подготовка обратной транскрипции мастер-микс (RT mix). Для каждой реакции готовят 7 мкл смеси RT, как описано в разделеhttps://www.jove.com/files/ftp_upload/53900/Table1.xlsx">Table 1 (нажмите здесь , чтобы скачать) (ВНИМАНИЕ: химическая опасность).
    Примечание: В этом эксперименте 9 различные сочетания РТ были подготовлены для каждого образца.
  2. Осторожно перемешать и хранить смесь RT на льду. Добавить 7 мкл RT смеси в реакционной трубке.
  3. Добавьте 5 мкл пробы РНК (10 мкг общей РНК) в реакционную пробирку и осторожно перемешать.
  4. Добавьте 3 мкл 5-кратного обратной транскрипции праймеров (ВНИМАНИЕ: химической опасности) из каждого анализа, установленного в соответствующей реакционной трубы.
  5. Смешать медленно, закройте пробирку и инкубировать на льду в течение 5 мин.
  6. Нагрузка реакционной трубки в термоциклеру и начать реакции обратной транскрипции с использованием следующих значений параметров (выдержка при 16 ° С в течение 30 мин; выдержка при 42 ° С в течение 30 мин; выдержка при 85 ° С в течение 5 мин; УДЕРЖИВАЙТЕ ∞ 4 ° С).

6. ПЦР в реальном времени Анализ Exosomal микроРНК

Примечание: Этот анализ былосуществляется с использованием коммерческого набора для ПЦР в реальном времени (КПЦР), с тремя биологическими и техническими повторностей на образец.

  1. Для каждой реакции, подготовить 17.67 мкл ПЦР в реальном времени смеси (10 мкл ПЦР Master Mix + 7,67 мкл нуклеазы без воды), смешать его и поставить на лед. (ВНИМАНИЕ: химическая опасность)
  2. Добавьте 1 мкл, для каждой ПЦР-пробирку, из 20х КПЦР праймеров (ВНИМАНИЕ: Химическая опасность).
  3. Поместите 18,67 мкл смеси КПЦР в каждую лунку пластины.
  4. Добавить 1,33 мкл обратной транскрипции продукта в корреспонденте луночного планшета.
  5. Закройте пластины и вращать его (300 5 сек GX).
  6. Вставьте пластину в системе ПЦР в реальном времени и начать бег с использованием следующих условий ПЦР: ДЕРЖАТЬ при температуре 95 ° С в течение 10 мин; 40 циклов 15 с при 95 ° С и 60 с при 60 ° С. Процесс и нормализовать данные в соответствии с формулой 2 - ΔΔct 13.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

В общей сложности 12 плазмы больных НМРЛ и 6 здоровых обрабатывались коммерческого набора для выделения экзосома из плазмы. Каждый образец был обработан вестерн-блот анализа с целью оценки маркеров exosomal ALIX (96 кДа) и TSG101 (43 кДа). Примером этих результатов показан на 3 -х образцах на рисунке 1, что указывает , что экзосом изоляция из образцов плазмы выполнимо с этим протоколом.

Для того, чтобы биофизи...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

С помощью этого комбинированного протокола можно было выполнить анализ exosomal микроРНК из плазмы пациентов с немелкоклеточным раком легких. Эти данные могут отражать состояние заболевания, но это должно быть подтверждено дальнейшего изучения.

Протокол, используемый в данной статье, была основана на коммерческом наборе для изоляции экзосома. Причина в том , что другие процедуры , известные изолирующие (например., В градиенте плотности ультрацентрифугирования) требуют более ручных о...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Все авторы заявляют об отсутствии конкурирующих финансовых интересов.

Благодарности

Это исследование также финансировалось грантом MOCA (Multidisciplinair Oncologisch Centrum Antwerpen) 2014.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Набор для выделения тотальных экзосом (из плазмы)  Invitrogen4484450использовать лечение протеиназой K
Ribonuclease ASigma-AldrichR4875-100MG
ALIX Антитело (3A9)Клеточная сигнализация2171S
TSG-101 антитело (C-2)SantaCruz BiotecnologySC-7964 
Антимышиный HRP 1 мл   Cell Signaling7076P2
RNAspin Illustra mini kit 50GE HealthCare25-0500-71
Taqman MicroRNA Reverse Transcription KitLife Technologies4366596
has-miR-1228-3p TaqMan MicroRNA анализLife Technologies002919
has-miR-30b TaqMan MicroRNA анализLife Technologies000602
анализ микроРНК has-miR-30c TaqManLife Technologies000419
анализ микроРНК has-miR-122 Анализ микроРНК TaqManLifeTechnologies 002245
анализ микроРНК TaqManLife Technologies000494
анализ микроРНК has-miR-203 TaqMan Анализ микроРНКLife Technologies000507
анализ микроРНК has-miR-103 Анализ микроРНК TaqManLife Technologies
анализ микроРНК has-miR-221 TaqManLife Technologies000524
анализ микроРНК has-miR-222 TaqMan LifeTechnologies002276
TaqMan Universal Master Mix II, без UNGLife Technologies4440043
000439

Ссылки

  1. Jemal, A., Siegel, R., Ward, E., Hao, Y., Xu, J., Thun, M. J. Cancer statistics. Cancer J Clin. 59, 225-249 (2009).
  2. Rolfo, C., et al. Novel therapeutic strategies for patients with NSCLC that do not respond to treatment with EGFR inhibitors. Cancer Treat Rev. 40, 990-1004 (2014).
  3. Rolfo, C., et al. Liquid biopsies in lung cancer: the new ambrosia of researchers. Biochim Biophys Acta. 1846, 539-546 (2014).
  4. Thery, C., Zitvogel, L., Amigorena, S. Exosomes: composition, biogenesis and function. Nat Rev Immunol. 2, 569-579 (2002).
  5. Fontana, S., Saieva, L., Taverna, S., Alessandro, R. Contribution of proteomics to understanding the role of tumor-derived exosomes in cancer progression: state of the art and new perspectives. Proteomics. 13 (10-11), 1581-1594 (2013).
  6. Taverna, S., et al. Exosomal shuttling of miR-126 in endothelial cells modulates adhesive and migratory abilities of chronic myelogenous leukemia cells. Mol Cancer. 11, (2014).
  7. Taverna, S., et al. Curcumin inhibits in vitro and in vivo chronic myelogenous leukemia cells growth: a possible role for exosomal disposal of miR-21. Oncotarget. , (2015).
  8. Garofalo, M., et al. MicroRNA signatures of TRAIL resistance in human non-small cell lung cancer. Oncogene. 27, 3845-3855 (2008).
  9. Rabinowits, G., Gerçel-Taylor, C., Day, J. M., Taylor, D. D., Kloecker, G. H. Exosomal microRNA: a diagnostic marker for lung cancer. Clin Lung Cancer. 10 (1), 42-46 (2009).
  10. Hu, J., et al. Human miR-1228 as a stable endogenous control for the quantification of circulating microRNAs in cancer patients. Int J Cancer. 135 (5), 1187-1194 (2014).
  11. Alessandro, R., et al. Effects of carboxyamidotriazole on in vitro models of imatinib-resistant chronic myeloid leukemia. J Cell Physiol. 215, 111-121 (2008).
  12. Zhao, Y., et al. Exosomes Derived from Human Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells Relieve Acute Myocardial Ischemic Injury. Stem Cells Int. 2015, (2015).
  13. Yoko, T., et al. Up-regulation of MDR'1and induction of doxorubicin resistance by histone deacetylase inhibitor depsipeptide (FK228) and ATRA in acute promyelocytic leukemia cells. Blood. 107 (4), 1546-1554 (2006).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

Экзосомы плазмыанализ методом количественной ПЦРвыделение экзосомвестерн-блоттинганализ методом ПЭМОТ-ПЦРбиомаркеры микроРНК