Протокол описывает метод тандемной иммунофлуоресцентной гибридизации с тканью, интегрированной в формалин-фиксированный парафин, для одновременного обнаружения и количественного определения микроРНК и мультиплексированных белков.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Протокол описывает метод тандемной иммунофлуоресцентной гибридизации с тканью, интегрированной в формалин-фиксированный парафин, для одновременного обнаружения и количественного определения микроРНК и мультиплексированных белков.
При использовании традиционных методов визуализации на основе зондов in situ (ISH) микроРНК (микроРНК) трудно захватить из-за их размера, который колеблется от 19 до 25 нуклеотидов. Однако, поскольку микроРНК являются ключевыми эпигенетическими регуляторами, которые способствуют нормальной физиологии и многочисленным патологическим состояниям, понимание пространственно-временного поведения микроРНК важно для раскрытия их функции на клеточном и субклеточном уровнях. Это создает явную потребность в адекватных методах обнаружения и визуализации. Поэтому мы создали технологию амплификации и распознавания микроРНК с помощью гибридизации заблокированных нуклеиновых кислот in situ (MARLIN), которая была разработана и оптимизирована с использованием мультиплексного иммунофлуоресцентного окрашивания и зондов заблокированных нуклеиновых кислот (LNA), нацеленных на микроРНК. Этот метод позволяет количественно определять микроРНК с мультиплексной экспрессией белка, что позволяет количественно определять внутриклеточные и внеклеточные микроРНК в микроокружении опухоли (ТМЭ) с высокой чувствительностью и воспроизводимостью. Совместное использование анализов обнаружения микроРНК и захвата белка также может обеспечить всестороннее понимание клеточных функций и регуляторных механизмов в этой TME.
МикроРНК
Несмотря на то, что микроРНК (микроРНК) невероятно малы, колеблясь от 19 до 25 нуклеотидов в длину, эти одноцепочечные молекулы РНК являются мощными регуляторами экспрессии генов, модулируя матричные РНК (мРНК) посттранскрипционно посредством последовательно-специфичных взаимодействий1. По сути, микроРНК действуют как негативные регуляторы, связываясь с мишенями мРНК, либо предотвращая их трансляцию, либо способствуя их деградации через расщепление мРНК, в зависимости от степени комплементарности, что в конечном итоге приводит к снижению выхода белка из целевого гена. В то время как микроРНК в основном являются некодирующими РНК, примерно 40% всех микроРНК все еще находятся в интронах или экзонах генов, кодирующихбелки2. Функциональное назначение микроРНК включает в себя несколько ключевых биологических процессов, таких как пролиферация клеток, ангиогенез, апоптоз и т. д. Примечательно, что нарушение регуляции микроРНК было вовлечено в онкогенез, поскольку аберрантная экспрессия специфических микроРНК и регуляция генов, опосредованная микроРНК, была связана с онкогенной трансформацией при множественных типах рака3.
С момента своего открытия микроРНК широко исследовались при различных заболеваниях из-за их тканеспецифической экспрессии и регуляторных функций, при этом их нарушение регуляции связано со многими заболеваниями, включая нейродегенеративные расстройства, аутоиммунные расстройства и различные виды рака. Паттерны экспрессии микроРНК могут коррелировать с типом рака, стадией и клиническими переменными, что делает профилирование микроРНК ценным инструментом для диагностики рака и прогноза 4,5,6,7. Открытие новых микроРНК также было ускорено благодаря достижениям в области технологий высокопроизводительного секвенирования, что углубило понимание участия микроРНК в различных биологических процессах8. Важность микроРНК была подчеркнута Нобелевской премией по медицине 2024 года, присужденной Виктору Амбросу и Гэри Рувкуну за открытие функции микроРНК в посттранскрипционной регуляции9.
В качестве ценных биомаркеров для диагностики и прогнозирования заболеваний был изучен терапевтический потенциал микроРНК, что привело к разработке препаратов, нацеленных на микроРНК. Терапевтический потенциал микроРНК в лечении рака заключается в их способности координировать регуляцию модулей генов, потенциально восстанавливая нормальныеклеточные функции. Ранее противоопухолевая терапия на основе микроРНК разрабатывалась либо в качестве монотерапии, либо в сочетании с существующими таргетными методами лечения для усиления ответа на лечение и повышения показателей излечения11. Динамический спектр микроРНК позиционирует их как важный ресурс для инновационных стратегий лечения рака. В контексте терапевтической резистентности нацеливание на микроРНК показало многообещающие результаты в снижении рецидивов и устойчивости к традиционным методам лечения рака, потенциально улучшая выживаемость пациентов за счет нацеливания на раковые клетки12. Исследуя роль микроРНК в модуляции активности различных типов клеток в опухолевом микроокружении (TME), потенциально можно обнаружить уникальные и клинически значимые методы лечения рака.
Доступные анализы для обнаружения микроРНК
В настоящее время наиболее распространенным методом измерения микроРНК является извлеченная РНК для количественной ПЦР в реальном времени (q-RT-PCR) или секвенирования нового поколения (NGS), теряя пространственный контекст. Есть компании, которые предоставят анализы микроРНК TaqMan, в которых для синтеза кДНК используются специфичные для мишени праймеры стволовой петли, и химические вещества на основе красителя SYBR Green с универсальным синтезом кДНК. Эти анализы могут обладать высокой чувствительностью и специфичностью и могут проводиться с помощью ряда приборов q-RT-PCR. К сожалению, анализы TaqMan не могут обеспечить абсолютную количественную оценку, что может привести к таким проблемам, как ложноположительные результаты и вариабельность результатов13. Кроме того, несмотря на их высокую чувствительность, применение этих анализов в различных типах образцов может быть ограничено необходимостью обширной подготовки образцов и потенциальным вмешательством других компонентов в образце.
Секвенирование нового поколения (NGS): микроРНК-секвенирование становится все более популярным для дифференциального анализа экспрессии всего микроРНКома биожидкостей. Преимущество технологий NGS, таких как miRNA-seq, заключается в том, что они позволяют проводить массовый параллельный анализ экспрессии микроРНК по всему геному, что позволяет количественно определять отдельные микроРНК, идентифицировать вариации последовательностей и открывать новые микроРНК14. Существенным недостатком методов, основанных на секвенировании, таких как IlluminaTruSeq Small RNA Sample Preparation Kit, является индукция количественных смещений, влияющих на точность анализа дифференциальной экспрессии, в значительной степени из-за гомологии и меньшей длины считывания микроРНК14. Не только это, но и присутствие изомиР (вариантов, которые отличаются по последовательности или длине от канонической последовательности микроРНК) и технических артефактов может усложнить интерпретацию данных, потенциально приводя к неправильным обнаружениям и искажающим факторам в анализах биомаркеров. Кроме того, различные инструменты для анализа данных miRNA-seq, такие как sRNAbench и miRDeep2, могут давать различные результаты, влияющие на согласованность и надежность открытия новых микроРНК15,16. Даже что-то вроде технологии микрочипов может быть недостаточным в большинстве случаев. Несмотря на то, что она может обеспечить мощную высокопроизводительную платформу для обнаружения уровней экспрессии микроРНК или генов, что делает ее пригодной для полногеномных исследований, эта технология все еще ограничена количеством ранее идентифицированных микроРНК и не может напрямую проверить взаимодействия микроРНК с мишенью, что ограничивает их полезность вфункциональных исследованиях.
Наиболее важным фактором, который можно подчеркнуть здесь при сравнении всех этих доступных вариантов, является отсутствие пространственного контекста. Они не дают никакого контекста в отношении морфологии тканей или пространственно-временного распределения внутри клеток. Визуализация пространственно-временного поведения микроРНК необходима для раскрытия их функции на клеточном и субклеточном уровнях. В настоящее время доступны анализы гибридизации микроРНК in situ (ISH), обычно с использованием хромогенных методов обнаружения. Несмотря на то, что эти анализы позволяют визуализировать микроРНК с разрешением для одной клетки, результаты некачественные, что затрудняет дифференциацию экспрессии микроРНК и фона образца. Как правило, многие из них дают некачественные анализы, которые ненадежны и обычно требуют ручного количественного анализа.
Поэтому мы разработали амплификацию и распознавание микроРНК с помощью заблокированной нуклеиновой кислоты in situ hybridizatioN (MARLIN) с использованием мультиплексного иммунофлуоресцентного окрашивания (с помощью окрашивания опаловым белком) и зондов заблокированных нуклеиновых кислот (LNA), нацеленных на микроРНК в тканях, залитых формалином и залитым парафином (FFPE). Мы добились этого путем внедрения системы усиления тирамидного сигнала (TSA), которая активируется конъюгированным антителом против дигоксигенина (DIG) пероксидазы хрена (HRP). HRP действует как катализатор для TSA, в то время как Anti-DIG присоединяется к зонду LNA. Этот анализ особенно полезен для понимания сущностной природы miR в посттранскриптомной модификации с белками и, возможно, с другими РНК одновременно. Кроме того, из-за отсутствия коммерчески доступного анализа, который мог бы количественно оценить экспрессию как микроРНК, так и белка, MARLIN обеспечивает эффективный способ понимания взаимоотношений in situ miR и белков в образцах FFPE.
Первоначальные результаты количественного определения miR-181c-3p с использованием MARLIN продемонстрировали возможность параллельного анализа микроРНК и белков в нативном пространственном контексте ткани FFPE яичников человека. Помимо данного примера, основываясь на компонентах MARLIN, теоретически возможно расширить до четырех белков с использованием коммерческих флуоресцентных мультиплексирующих флуорофоров, таких как Alexa Fluor, или других низкомолекулярных красителей18.
Кроме того, поскольку эта методология использует вариации стандартных методов гистологии, она должна быть совместима с другими тканями FFPE млекопитающих, при условии соответствующего отбора зонда и антител. Эта методология сохраняет пространственную архитектуру и позволяет количественно оценить клеточную и субклеточную микроРНК и колокализацию белков. Этот подход устраняет критический пробел в пространственной биологии путем картирования паттернов совместной экспрессии микроРНК и белка и пространственного распределения, которые могут быть непосредственно контекстуализированы в архитектурах нативных тканей. Здесь мы представляем MARLIN с подробным графическим обзором на рисунке 1. В то время как представленный протокол оптимизирован для miR-181c-3p, другие miR можно изучить при условии соответствующей конструкции зонда. Критические параметры для этого метода включают: оценку качества тканей и оптимизацию концентраций зондов. Рекомендуется оценивать целостность РНК тканевого блока с помощью метрики DV200 путем использования двух участков по 10 мкм и извлечения РНК с использованием протокола, который сохраняет все размеры фрагментов РНК. Образцы с оценкой DV200 более 50 или выше, а также концентрациями по протоколу должны подвергаться систематическому тестированию.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В этом протоколе используются фиксированные формалином залитые парафином (FFPE) ткани участков опухолевой ткани яичников человека от пациентов с HGSC. Эти образцы были собраны у ранее не леченных пациенток, перенесших первичную циторедуктивную операцию по поводу рака яичников. Все образцы и клинические данные были получены из репозитория рака яичников отделения гинекологической онкологии и репродуктивной медицины в соответствии с протоколами, утвержденными Институциональным наблюдательным советом Техасского университета им. М. Д. Андерсона. Письменное информированное согласие пациентов было получено персоналом регистратуры, а исследования проводились в соответствии с признанными этическими принципами.
1. Подготовка тканей
2. Применение белка
3. Применение зонда
4. Ядерное окрашивание и монтаж
5. Визуализация и анализ
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
При тестировании этого протокола важно иметь два последовательных среза одного и того же репрезентативного образца для точности и сравнения. В этом случае для сравнения результатов был использован образец рака яичников высокой степени злокачественности (HGSC). Использовали контрольное стекло (рис. 2A-B), которое проходило только через окрашивание микроРНК, и тестовое стекло, которое подвергалось окрашиванию к...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Несмотря на то, что важность микроРНК признается и понимается, наблюдения как за нормальным развитием, так и за состоянием болезни в настоящее время затруднены из-за сложности изучения микроРНК с использованием стандартных методов. Дефицит методов in situ привел к разработке MARLIN (miRNA FISH assay). Учитывая гомологию и короткую длину микроРНК, визуализация их местоположения и влияния на посттранскриптомную регуляцию становится сложной задачей. В этой разработке протокола испо...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Мы хотели бы выразить признательность следующим людям, Чи Лам Ау Юнг и Манджунатху Ниммакаялу, которые входили в состав диссертационного комитета Басанта во время разработки анализа. Также Сэмюэл Мок, который сделал срез и предоставил использованные образцы. Наконец, мы выражаем признательность Йохану Доре и Дану Винковски, которые оказали всестороннюю помощь во время анализа и использования программного обеспечения Visiopharm. Это исследование было частично профинансировано Альянсом по исследованию рака яичников (OCRA 811621 и 891490), Фондом Sie и Фондом Стефани К. Стелтер. Это исследование было проведено в сотрудничестве с Центром проточной цитометрии и клеточной визуализации, который частично поддерживается Национальными институтами здравоохранения через грант P30 CA016672 Онкологического центра М. Д. Андерсона и специалиста по исследованиям NCI Джареда Беркса 1 R50 CA243707-01A1.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| pH 10x с TRIS-буфером (TBS) pH 7,6 | Термо Фишер Сайентифик | J62662 K7 | Для прерывистых промывочек между этапами |
| 1x разбавитель/блок антитела к опаловому антителу; | Akoya Biosciences | ARD1001EA | Раствор, блокирующий белок |
| Разбавитель усиления автоматизации 1x Plus | Akoya Biosciences | FP1609 | Используется для разбавления опальных флуорофоров |
| 20x Концентрат Буфер из солевого цитрата натрия (SSC) | Сигма-Олдрич | S6639-1L | Для миРНК-промывок после гибридизации зонда |
| 4',6-диамидино-2-фенилиндол (DAPI) | Thermo Fisher Scientific/ Invitrogen | EN62248 / 62248 | Для ядерного окрашивания |
| Гибридная система ACD HybEZ II | ACD Biotechne | 321711 | Духовка, используемая для регулирования температуры в протоколе miRNAscope |
| Анти-CD8 (D8A8Y), Rabbit mAb | Технологии сотовой сигнализации | 85336S | Пример первичного антитела, используемого для оптимизации этого протокола |
| Антидигоксигенин (мышиной) конъюгат HRP | Revvity Health Sciences Inc | NEF832001EA | Вторичный реагент, используемый для обнаружения миРНК |
| Anti-EpCAM (E6V8Y), Rabbit mAb | Технологии сотовой сигнализации | 93790 | Пример первичного антитела, используемого для оптимизации этого протокола |
| Порошок блокирующего реагента | Akoya Biosciences | FP1012 | Решение для блокировки miRNA |
| Этиловый спирт 100% (200 proof) | Pharmco | 111000200 | Для депарафинизации |
| Буфер EZ-AR1 | BioGeneX | HK521-XAK | Используется для антигенного извлечения срезов ткани FFPE на стадии белка |
| Буфер элегантности EZ-AR1 | BioGeneX | HK546-XAK | Используется для извлечения антигенов из срезов ткани FFPE на этапе миРНК-зонда |
| ИК-система EZ-Retriever | BioGeneX | MW015-IR | Микроволновка, используемая для извлечения антигенов из срезов ткани FFPE |
| раствор перекиси водорода 30% | Sigma-Aldrich | HX0640-5 | Для подготовки тканей. Помогает блокировать активность эндогенной пероксидазы и получать ярко окрашенные продукты |
| miR-181c-3p миРНК-зонд | Цягэн | 339112 | Пример миРНК-зонда, используемого для оптимизации этого протокола |
| miRCURY LNA miRNA ISH Буферный набор (FFPE) | Цягэн | 339450 | Используется для разведения миРНК-зонда |
| Opal 620 | Akoya Biosciences | FP1495001KT | Флуорофор для выявления первичных антител |
| Opal 690 | Akoya Biosciences | FP1497001KT | Флуорофор для выявления первичных антител |
| Opal Anti-Ms + Rb HRP | Akoya Biosciences | ARH1001EA | Вторичные антитела, используемые в качестве агента обнаружения |
| Pierce 16% формальдегида (в/), без метанола | Термо Фишер Сайентифик | 28908 | Для получения 3,7% PFA для подготовки тканей |
| ProLong Diamond Antifade | Термо Фишер Сайентифик | P36970 | Монтажные носители |
| RNAscope Protease Plus | ACD Biotechne | 322331 | Для проникновения срезов ткани путём частичного переваривания белков и экспонировать молекулы миРНК |
| Вода без РНКа | Corning | 46-000-CM | Очищать и готовить всё оборудование, а при необходимости использовать его как разбавляющее средство |
| Tween 20 | Сигма-Олдрич | P1379-25ML | Создать TBS-T |
| Усиление сигнала тирамида плюс цианин 3 | Akoya Biosciences | NEL744001KT | Флуорофор для идентификации миРНК |
| Зонды U6 и Scramble miRNA | Цягэн | 339459 | Опциональные управляющие зонды |
| Гистологический класс ксилен | Термо Фишер Сайентифик | UN1307 | Для депарафинизации |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.