Summary

멀티 플렉스 면역 조직 화학적 염색 및 멀티 스펙트럼 영상을 사용하여 단백질 발현 및 공동 현지화의 정량

Published: April 08, 2016
doi:

Summary

Immunohistochemistry is a powerful lab technique for evaluating protein localization and expression within tissues. Current semi-automated methods for quantitation introduce subjectivity and often create irreproducible results. Herein, we describe methods for multiplexed immunohistochemistry and objective quantitation of protein expression and co-localization using multispectral imaging.

Abstract

Immunohistochemistry is a commonly used clinical and research lab detection technique for investigating protein expression and localization within tissues. Many semi-quantitative systems have been developed for scoring expression using immunohistochemistry, but inherent subjectivity limits reproducibility and accuracy of results. Furthermore, the investigation of spatially overlapping biomarkers such as nuclear transcription factors is difficult with current immunohistochemistry techniques. We have developed and optimized a system for simultaneous investigation of multiple proteins using high throughput methods of multiplexed immunohistochemistry and multispectral imaging. Multiplexed immunohistochemistry is performed by sequential application of primary antibodies with secondary antibodies conjugated to horseradish peroxidase or alkaline phosphatase. Different chromogens are used to detect each protein of interest. Stained slides are loaded into an automated slide scanner and a protocol is created for automated image acquisition. A spectral library is created by staining a set of slides with a single chromogen on each. A subset of representative stained images are imported into multispectral imaging software and an algorithm for distinguishing tissue type is created by defining tissue compartments on images. Subcellular compartments are segmented by using hematoxylin counterstain and adjusting the intrinsic algorithm. Thresholding is applied to determine positivity and protein co-localization. The final algorithm is then applied to the entire set of tissues. Resulting data allows the user to evaluate protein expression based on tissue type (ex. epithelia vs. stroma) and subcellular compartment (nucleus vs. cytoplasm vs. plasma membrane). Co-localization analysis allows for investigation of double-positive, double-negative, and single-positive cell types. Combining multispectral imaging with multiplexed immunohistochemistry and automated image acquisition is an objective, high-throughput method for investigation of biomarkers within tissues.

Introduction

면역 조직 화학 (IHC)는 조직 내 단백질의 검출을위한 표준 실험실 기술이며, IHC 여전히 널리 연구 및 진단 병리학 모두에 사용된다. IHC 염색의 평가 결과의 해석에 잠재적 인 편견을 도입, 자주 반 정량적이다. 많은 반 정량적 인 접근 방식은 최종 진단 1-4로 염색 강도 및 염색 정도를 모두 통합하는 개발되었다. 다른 시스템은 더 나은 식 (5)를 국산화하기 위해 채점 강도와 세포 내 위치를 포함한다. 다수 시청자의 평균 점수의 혼입은 종종 단일 뷰어 바이어스 (6)의 효과를 최소화하기 위해 이용된다. 이러한 노력에도 불구하고, 분석 주관 여전히 7 오염의 정도를 평가하는 특히, 남아있다. 인간의 입력에서 프로토콜 표준화 및 최소화 주관 정확하고 재현성 IHC 결과를 만드는 중요합니다.

콘텐츠 "> 조직 내 단백질 발현을 결정하기위한 IHC 이외에 다른 옵션이있다. 이러한 면역과 같은 다른 기술은 단백질 발현을 조사하는 금 표준으로 간주되는 동안 연구 설정 내 면역 전통적 단백질 지역화 8을 조사하는 수단으로 간주되어 . 결정 조직 또는 세포 구획 별 발현 조직 슬라이드 형광 항체의 사용은 합리적인 타협을 제공한다. 이러한 세포 분획 또는 레이저 캡처 미세 절제 9,10와 같은 고급 기법을 도입하지 않고 어렵지만 의한 NADPH에 배경 형광도, lipofuscins, 망상 섬유, 콜라겐과 엘라스틴은 11 정확한 정량 어렵게 만들 수 있습니다.

자동 계산 병리 플랫폼은 병리 염색 12-15의보다 객관적인 정량을위한 유망 방향입니다. 조직 마이크로 어레이와 멀티 스펙트럼 영상을 결합큰 샘플 크기에서 단백질 발현의 높은 처리량 분석을 용이하게한다. 범주 형 포맷 (16)보다 연속적으로 데이터를 리턴하는 동안 실질적으로 고유 편향 및 분석에 필요한 시간의 양을 줄이면서 이러한 기술로 단백질 공동 지역화 염색 얼룩이, 조직 및 세포 내 편재 분석이 가능하다. 따라서, 본 연구의 목적은 멀티 스펙트럼 영상 소프트웨어를 사용하여 분석 면역 다중화를 수행하는 유틸리티의 방법을 설명 하였다.

이 프로토콜은 네 개의 최적화 된 단일 클론 항체와 단일 조직 섹션 슬라이드 설명서, 멀티 플렉스 면역 조직 화학 염색을 위해 작성되었습니다. 대표 실험으로서, 핵 항 – 토끼 에스트로겐 수용체 알파 (ERα) 및 안드로겐 수용체 (AR)은 막 – 결합 항 – 마우스 CD147 및 막 – 결합 항 – 마우스 E-cadherin과 함께 다중화된다. 선택의 항체는 SUBSTITUT 할 수있다여기에 나와있는 항체 에드하지만, 항체의 각 조합은 별도의 최적화가 필요합니다. 모든 항체에 대한 사전 처리는 동일해야합니다. 아칸소와 CD147 항체 칵테일로 개별적으로하고 최적화해야합니다. 각 항체는 비오틴없는 중합체 시스템 및 4 고유 발색제 중 하나를 사용하여 검출된다.

Protocol

참고 :이 프로토콜은 여기에 이전에 12,17,18 설명 염색 및 조직 마이크로 어레이 (TMA)의 분석에 대해 설명합니다. 4 μm의 두께 TMA 부는 표준 마이크로톰을 이용하여 파라핀 블록으로부터 얻었다. 참고 : 4 원체 및 Counterstain과에 대한 스펙트럼 라이브러리는 이미지 정량 생성해야합니다. 이를 위해, 각 항체에 대한 최적의 프로토콜은 슬라이드 당 항체 뺀 최종 Counterstain과 함께 실행한다. 다섯 번째 슬?…

Representative Results

도 1에서, 트레이닝이 아닌 조직 함과 함께, 상피 및 간질 부분으로 분할 이미지 전립선 조직에 대해 수행된다. 상피 막 마커 E-cadherin의를 사용하여 세포 분할이도 2에 도시 된 핵, 세포질 및 막 부분을 분리 하였다. 한 실험에서는도 3에 도시 한 바와 같이, AR, ERα, E 헤린 및 CD147의 발현 및 …

Discussion

단백질 발현을 평가하기위한 기존의 면역 조직 화학의 사용은 분석 22,23 주관적 반 정량 방법에 의해 제한된다. 사전 플랫폼은 바이오 마커의 발현 및 지역화의 높은 처리량 분석을 위해 만들어졌습니다. 조직과 세포 내 구획 모두의 상세한 분할은 사용자가 관심의 다른 마커와 바이오 마커의 발현, 현지화 및 공동 현지화를 연구 할 수 있습니다. 이전의 연구에서, 우리는 같은 세포 구획 <…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

저자는 시설과 서비스 사용을 위해, 병리 및 진단 검사 의학의 UW 부에 의해 지원되는 부분 UWCCC 부여 P30의 CA014520에, 병리 실험실에서 위스콘신 중개 연구 이니셔티브의 대학 감사합니다.

Materials

Xylene Fisher Chemical X3F1GAL NFPA rating:Health – 2, Fire – 3 , Reactivity-0
Ethyl Alcohol-200 proof Fisher Scientific 4355223 NFPA rating:Health – 0, Fire – 3 , Reactivity-0
Tris Base Fisher Scientific BP152-500 NFPA rating:Health – 2, Fire – 0 , Reactivity-0
Tris Hydroxymethyl aminomethane HCl Fisher Scientific BP153-1 NFPA rating:Health – 2, Fire – 0 , Reactivity-0
Tween 20 Chem-Impex 1512 NFPA rating:Health – 0, Fire –1 , Reactivity-0
Phosphate-buffered saline Fisher Scientific BP2944-100 NFPA rating:Health – 1, Fire –0 , Reactivity-0
Peroxidazed Biocare Medical PX968 Avoid contact with skin and eyes. May cause skin irritation and eye damage.
Diva Decloaker  Biocare Medical DV2004 This product has been classified as non‐hazardous based on the physical  and/or  chemical nature and/or concentration of ingredients. 
Estrogen Receptor alpha Thermo Fisher Scientific-Labvision RM9101 Not classified as hazardous
Androgen Receptor SCBT sc-816 Not classified as hazardous
CD147 Biodesign P87535M Not classified as hazardous
E-cadherin Dako M3612 Not classified as hazardous
Renoir Red Andibody Diluent Biocare Medical PD904 It is specially designed to work with Tris-based antibodies
DeCloaking Chamber  Biocare Medical Model DC2002 Take normal precautions for using a pressure cooker
Barrier pen-Immuno Edge  Vector Labs H-4000
Denaturing Kit-Elution step Biocare Medical DNS001H Not classified as hazardous
Mach 2 Goat anti-Rabbit HRP Polymer Biocare Medical RHRP520 Not classified as hazardous
Mach 2 Goat anti-Rabbit AP Polymer Biocare Medical RALP525 Not classified as hazardous
Mach 2 Goat anti-Mouse HRP Polymer Biocare Medical M3M530 Not classified as hazardous
Betazoid DAB Chromogen Kit Biocare Medical BDB2004 1. DAB is known to be a suspected carcinogen.
2. Do not expose DAB components to strong light or direct sunlight.
3. Wear appropriate personal protective equipment and clothing.
4. DAB may cause sensitization of skin. Avoid contact with skin and eyes.
5. Observe all federal, state and local environmental regarding disposal
Warp Red Chromogen Kit Biocare Medical WR806 Corrosive. Acid that may cause skin irritation or eye damage. 
Vina Green Chromogen Kit Biocare Medical BRR807 Harmful if swallowed
Bajoran Purple Chromogen Kit Biocare Medical BJP807 Flammable liquid. Keep away from heat, flames and sparks. Harmful by ingestion or absorption. Avoid contact with skin or eyes, and avoid inhalation.
Cat Hematoxylin Biocare Medical CATHE Purple  solution  with  a  mild  acetic  acid  (vinegar)  scent.  May  be
 irritating  to  skin  or  eyes.  Avoid  contact  with  skin  and  eyes.  Avoid  ingestion.
XYL Mounting Media Richard Allen 8312-4 NFPA rating:Health – 2, Fire – 3 , Reactivity-0
1.5 Coverslips Fisher Brand 22266858 Sharp edges
Incubation (Humidity)Chamber obsolete obsolete Multiple vendors available
Convection Oven Stabil- Therm C-4008-Q
Background Punisher Blocking Reagent Biocare Medical BP974 This product is not classified as hazardous. 
inForm software PerkinElmer CLS135781 Primary multispectral imaging software used in manuscript
Nuance software PerkinElmer NUANCEEX Software used for making spectral libraries within manuscript
Vectra microscope and slide scanner PerkinElmer VECTRA Automated slide scanner and microscope for obtaining IM3 image cubes

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Cite This Article
Bauman, T. M., Ricke, E. A., Drew, S. A., Huang, W., Ricke, W. A. Quantitation of Protein Expression and Co-localization Using Multiplexed Immuno-histochemical Staining and Multispectral Imaging. J. Vis. Exp. (110), e53837, doi:10.3791/53837 (2016).

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