Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Medicine

Exosomal miRNA Analys i icke-småcellig lungcancer (NSCLC) Patient Plasma genom qPCR: en möjlig Liquid biopsi Tool

Published: May 27, 2016 doi: 10.3791/53900
* These authors contributed equally

Introduction

Den låga överlevnaden i NSCLC (icke-småcellig lungcancer) patienter är främst på grund av den begränsade effekten av behandlingar i avancerad sjukdom och dålig tidig upptäckt en. Aktiverande mutationer i EGFR-genen, som har upptäckts i en subpopulation av NSCLC-patienter, är kända för att ge känslighet för tyrosinkinashämmare (TKI). Tyvärr är de flesta av EGFR muterade NSCLC patienter utvecklar TKI motstånd 2. Särskilt i detta sammanhang är en korrekt diagnos obligatoriskt. I allmänhet, på grund av lokalisering av tumörer, erhållande biopsivävnad i NSCLC är inte alltid möjligt. Därför flera studier pågår som använder icke-invasiva metoder för att få dessa biologiska data. Exosomes beskrivs som flytande biopsi komponenter som kunde undersökas för att få diagnostiska och prognostiska värden med icke-invasiva metoder 3.

Exosomes är nanovesicles (40-100 nm diameter) endocytic ursprung som frigörs genom olika celltyper i både fysiologiska och patologiska tillstånd 4. De kan bära protein, lipider, mRNA och mikroRNA. Dessutom har flera studier tyder på en pleiotrop roll av tumör härrör exosomes, som kan påverka tillväxt och överlevnad av tumörceller, angiogenes, stromala och extracellulära matrix remodeling och läkemedelsresistens 5.

MicroRNAs (miRNA) är korta icke-kodande RNA, som är involverade i post-transkriptionell reglering, bindning av 3'-UTR av målar mRNA och ledande mRNA för nedbrytning eller till en icke-översättning 6. Selektiv sortering av miRNA i exosomes har beskrivits. I detta sammanhang nyligen visades in vitro och in vivo, en selektiv packning av MIR-21 (en välkänd miRNA med onkogena effekter) i exosomes släpptes av kronisk myeloisk leukemi cellinjer efter curcumin behandling 7.

Deexosomal miRNA profil liknar miRNA profil primärtumören och denna funktion kan utnyttjas i tidig diagnos och prognos 3. Specifikt finns det en möjlighet att karakterisera, genom realtids-PCR, utvalda miRNA korrelerade med molekylprofilen för sjukdom, t ex., EGFR-mutationer bland andra 8.

Här, är en analys av en utvald panel av NSCLC-korrelerade miRNA 8-9 beskrivs som isolerades från exosomes frigörs i blodet hos NSCLC-patienter. Efter att ha inhämtat informera samtycke rapport från patienter, plasma av 12 NSCLC patienter och 6 friska kontroller, analyserades. Exosome isolering utfördes med kommersiellt kit enligt tillverkarens protokoll. Innan Exosome isolering, var plasmaprover behandlades med RNAse, i syfte att bryta ned kontamine cirkulerande miRNA. Vi beslutade att utföra denna analys med ett kommersiellt kit beroende på den begränsade standardisering av andra techniques (eg., ultracentrifugering) vilket är särskilt viktigt när man arbetar med kliniska prover. Detta kit innehåller en proteinas K-behandling, vilket kommer att försämra RNAse, och därmed minskar risken för att bryta ned exosomal miRNAs efter Exosome lys. MicroRNA Analys utfördes genom känslig och specifik realtids-PCR-analys; mir-1228-3p användes som en endogen kontroll och data normaliserades i enlighet med formeln 2 - ΔΔct. Kontrollvärden används som baslinje och resultaten visas i en logaritmisk skala.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Exosome Isolering

Obs: Isoleringen av exosomes från plasmaprover, utfördes med ett kommersiellt kit, enligt tillverkarens protokoll och genom att tillsätta RNAs behandling: (alla dessa steg måste utföras med personliga och miljö skyddsutrustning och följande särskilda rättsligt förfarande för manipulering av biologiska prover ).

  1. Ta 1 ml plasma från varje prov, lagrade vid -80 ° C, och placera den på is.
  2. Centrifugera provet vid 2000 x g under 20 min vid RT; denna passage är obligatorisk för att avlägsna celler och skräp.
  3. Överför supernatanten som innehåller den rena plasman till en ny 1,5 ml rör.
  4. Centrifugera det nya röret vid 10000 x g under 20 min vid RT.
  5. Överför supernatanten som innehåller den rena plasman till en ny 1,5 ml rör.
  6. Tillsätt 100 ng / ml RNAs till supernatanten och inkubera röret vid 37 ° C under 10 min iFör att bryta ned cirkulerande RNA.
  7. Överföra all behandlade plasman till en ny 2 ml rör och tillsätt 0,5 volym 1x PBS.
  8. Virvel provet för att blanda lösningarna.
  9. Lägg 0,05 volymer av proteinas K-lösning (bifoga i satsen) till provet.
  10. Vortex provet och sedan inkubera vid 37 ° C under 10 min.
  11. Lägg 0,2 volym av Exosome fällningsbuffert till provet och blanda lösningarna genom inversion.
  12. Inkubera provet vid 2 ° C till 8 ° C under 30 minuter och centrifugera sedan provet vid 10000 x g under 5 min vid RT.
  13. Aspirera och kassera supernatanten. Pelleten innehåller de isolerade exosomes.
  14. Lägg valda bufferten till Exosome pelleten för att suspendera exosomes. Valet av bufferten beror på nedströms analys planeras, i det här fallet:
    1. Tillsätt 100 | il av 1 x PBS för att utföra TEM-analys.
    2. Lägg 346,5 il specifik lys buffer för RNA-extraktion (från kommersiella kit) (OBS: kemisk risk).
    3. Tillsätt 100 pl av lyseringsbuffert för proteinutvinning (Tris-HCl 50 mM pH 7,6 - NaCl 300 mM - Triton X-100 0,5% - PMSF 1 mM - Leupeptin / Aprotinin 10 | ig / ml) för att utföra Western blotting-analys. (VARNING: kemiska risker).
  15. Förvara resuspenderade exosomes vid -20 ° C.

2. Exosome Karaktärisering genom Western Blot-analys

Obs: För att karakterisera de isolerade nanovesicles är western blotting med antikroppar mot ALIX och TSG101 (välkända exosomal markörer) rekommenderas.

  1. Efter återsuspension av Exosome pelleten i lyseringsbuffert, placera den på is under 1 h, för att lösa upp exosomal membranet.
  2. Centrifugera lysatet vid 12000 g under 10 min och överför supernatanten till ett nytt rör utan att störa pelleten.
  3. Kvantifiera det totala exosomal protein Content genom Bradford-analys eller andra metoder och belastning 50 | j, g av proteiner per brunn i en Tris / glycin SDS - 8% polyakrylamidgel. (VARNING: kemiska risker).
  4. Separera proteinerna (och en lämplig molekylviktsmarkör) i 8% SDS-PAGE-gelelektrofores med rinnande buffert (25 mM Tris, 192 mM glycin, 0,1% SDS) under 1 timme och 30 minuter vid 120 V. (Observera: kemiska risker ).
  5. Överföra proteinet till ett nitrocellulosamembran genom elektro med 4 ° C kall överföringsbuffert (25 mM Tris, 192 mM glycin, 20% metanol) under 1 h vid konstant 50 V. (FÖRSIKTIGHET: kemiska risker).
  6. Blockera membranet under 1 timme i långsam omröring med 5% fettfri torrmjölk i 1x TBS -Tween 0,1%.
  7. Tvätta membranet 4 gånger under 5 minuter i snabb omrörning med 1x TBS - Tween 0,1%.
  8. Tillsätt primära antikroppar mot ALIX och TSG101 (en per membran) i lämplig buffert (i enlighet med antikroppen databladet från tillverkaren) och inkubera membranet O / N; I långsam omröring.
  9. Tvätta membranet 5 gånger under 5 minuter i snabb omrörning med 1x TBS - Tween 0,1% för att avlägsna överdriven antikropp.
  10. Tillsätt en lämplig sekundär antikropp i lämplig buffert (i enlighet med detta till antikroppen databladet från tillverkaren) och inkubera membranet under 1 timme i långsam omröring.
  11. Tvätta membranet 5 gånger under 5 minuter i snabb omrörning med 1x TBS - Tween 0,1% för att avlägsna överdriven antikropp.
  12. Identifiera den valda proteinet genom kemiluminiscens analys 11.

3. Exosome Karakterisering med TEM Analys

Obs: För att visualisera de isolerade exosomes var TEM (transmissionselektronmikroskopi) analys.

  1. Plats ~ 10 mikrogram (tidigare kvantifieras genom Bradford-analys) prov av intakta exosomer resuspenderade i 1x PBS på en parafilm och sätta på prov släppa en Formvar kol belagt nickel nätet för en timme.
  2. <li> Tvätta gallret 3 gånger genom att placera den på tre 40 pl 1 x PBS droppar.
  3. Tvätta gallret 5 gånger genom att placera den på fem 30 ul ultrarent vatten droppar.
  4. Fixera provet genom tillsats av en droppe av 2,5% glutaraldehyd (FÖRSIKTIGHET: kemisk risk) under 10 min.
  5. Tvätta gallret 3 gånger genom att placera den på tre 40 pl 1 x PBS droppar.
  6. Tillsätt en droppe av 2% uranylacetat (OBS: kemiska risker) och placera gallret på toppen av det i 15 minuter för att kontrastera provet.
  7. Bädda in provet på en droppe av 0,13% metylcellulosa (FÖRSIKTIGHET: kemiska risker) och 0,4% uranylacetat och inkubera gallret på toppen av droppen under 10 min.
  8. Försiktigt bort flytande överskott med ett absorberande papper och torka nätet för fem minuter med den belagda sidan uppåt.
  9. Undersök nätet genom transmissionselektronmikroskop 12.

4. Exosomal RNA-extraktion och kvantifiering

Obs: Vi beslutade att PerfOrm den totala RNA-extraktion från exosomal prover med användning av ett kommersiellt kit, enligt tillverkarens protokoll: (OBS: kemiska risker, granska tillverkarens protokoll och riktlinjer).

  1. Efter återsuspension av Exosome pelleten i 346,5 | il lysbuffert, tillsätt 3,5 | il av β-merkaptoetanol (FÖRSIKTIGHET: kemiska risker) och skaka kraftigt; denna passage är obligatoriska för att förstöra lipidmembran.
  2. Lägg lysatet till tvättkolonnen i en samling rör och centrifugera vid 11.000 x g under 1 min. Efter centrifugering, kasta kolonnen och överföra filtratet till en ny 1,5 ml RNas-fritt rör.
  3. Lägg 350 pl 70% etanol (OBS: kemiska risker) och blanda genom att vortexa i 5 sekunder.
  4. Ladda lysatet i upplösnings kolonnen och centrifugera i 30 s vid 8000 x g. Efter centrifugering, kasta genomflödet och överföra kolumnen till en ny provröret.
  5. Ladda 350 pl av avsaltning buffer och centrifugera vid 11.000 x g under 1 min. Efter centrifugering, kasta genomflödet och återgå kolumnen i samma provrör.
  6. Lägg 95 | il DNas I-reaktionsblandning (10 | il rekonstituerad DNas I + 90 | il DNas-buffert, för varje prov) på kiseldioxidytan membranet av kolonnen och inkubera vid RT i 15 min vid RT. (OBS: kemisk risk)
  7. Tillsätt 200 pl av tvättbuffert (FÖRSIKTIGHET: kemisk fara) till kolonnen och centrifugera vid 11.000 x g under 1 min. Placera kolonnen i en ny kollektion tub.
  8. Tillsätt 600 pl av tvättbuffert till kolonnen och centrifugera vid 11.000 x g under 1 min. Efter centrifugering, kasta genomflödet och placera kolonnen i samma provrör.
  9. Tillsätt 250 pl av tvättbuffert till kolonnen och centrifugera vid 11.000 x g under 2 min. Placera kolonnen i ett 1,5 ml RNAse-free rör.
  10. Eluera RNA i 40 | il RNAs-fritt vatten och centrifugera vid 11000 5; g under 1 min, för att ha en hög RNA-koncentrationen i denna lilla volym.
  11. Placera omedelbart eluerade RNA på is för att förhindra eventuell försämring eller förvara vid -80 ° C.
  12. Kvantifiera RNA-halten. Notera: Här, var RNA-kvantisering utförs genom användning av 1 | il av provet genom spektrofotometer.

5. Retrotrascription av Exosomal miRNA

Obs: På grund av den beskrivna begränsad mängd miRNAs innehåll i exosomes, beslutades det att utföra omvänd transkription av utvalda miRNA genom ett kommersiellt kit med en individuell analys för varje miRNA, enligt tillverkarens protokoll. För varje prov, var 8 miRNA korrelerade till NSCLC status vald (MIR-30b, MIR-30c, MIR-103; MIR-122, MIR-195, MIR-203, MIR-221, MIR-222, och MIR-1228- 3p som endogen kontroll).

  1. Förbered Omvänd transkription Master Mix (RT mix). För varje reaktion förbereda 7 | il av RT-blandningen, såsom beskrivs ihttps://www.jove.com/files/ftp_upload/53900/Table1.xlsx">Table en (klicka här för att ladda ner) (OBS: kemisk risk).
    Obs: I detta experiment, var nio olika RT mix förberedd för varje prov.
  2. Blanda försiktigt och lagra RT mix på is. Lägg 7 pl RT mix per reaktionsrör.
  3. Tillsätt 5 | il av prov-RNA (10 | j, g av totalt RNA) per reaktionsrör och blanda försiktigt.
  4. Tillsätt 3 pl av 5x omvänd transkription primers (VARNING: kemisk fara) från varje analys ställa in motsvarande reaktionsröret.
  5. Blanda långsamt, förslut röret och inkubera på is i 5 minuter.
  6. Ladda reaktionsröret in i termocyklern och starta den omvända transkriptionsreaktionen med användning av följande parametervärden (HOLD vid 16 ° C under 30 min; HOLD vid 42 ° C under 30 min; HOLD vid 85 ° C under 5 min; HOLD ∞ 4 ° C).

6. Real Time PCR-analys av Exosomal miRNA

Obs: Denna analys varutförs med hjälp av ett kommersiellt kit för Real Time PCR (qPCR), med tre biologiska och tekniska replikat per prov.

  1. För varje reaktion, förbereda 17,67 il Real Time PCR-blandning (10 ul PCR Master Mix + 7,67 pl nukleasfritt vatten), blanda och sätta på is. (OBS: kemisk risk)
  2. Tillsätt 1 pl, för varje PCR-rör, av 20x qPCR primers (VARNING: kemisk fara).
  3. Placera 18,67 pl qPCR blandning i varje brunn-platta.
  4. Lägg 1,33 pl av den omvända transkriptionsprodukten i korrespondent väl platta.
  5. Stäng plattan och snurra den (300 gx 5 sek).
  6. För in plattan i en Real Time PCR-system och starta körningen med användning av följande PCR-betingelser: Håll vid 95 ° C under 10 min; 40 cykler av 15 sek vid 95 ° C och 60 sek vid 60 ° C. Process och normalisera data enligt formeln 2 - ΔΔct 13.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Totalt 12 plasma från NSCLC-patienter och 6 friska kontroller bearbetades med en kommersiell kit för Exosome isolering från plasma. Varje prov bearbetades genom Western Blot-analys för att utvärdera exosomal markörer ALIX (96 kDa) och TSG101 (43 kDa). Ett exempel på dessa resultat visas för 3 prov i figur 1, vilket indikerar att Exosome isolering från plasmaprover är genomförbart med detta protokoll.

För att biofysiskt karakterisera exosomal prover var TEM analys. TEM har visat att nanovesicles erhållna isolering protokoll har en storlek genomsnitt i intervallet exosomal storlek mellan 40-100 nm (Figur 2).

Efter Exosome isolering och karakterisering, undersökte vi deras miRNA innehåll. Vi valde 8 specifika miRNA, kända för att vara deregulated i NSCLC. Som intern kontroll använde vi MIR-1228 som tidigare har validerats som en stabil och effektiv endogen kontroll i olika tumörtyper 10. Enligt dessa resultat MIR-1228 är en pålitlig och stabil endogena kontroll. När uttrycksnivån för åtta utvalda miRNA mellan friska donatorer och lungcancerpatienter jämfördes, visade det sig att dessa miRNA starkt avreglerade i de analyserade kliniska prover. I figur 3 uttrycksmönstret av de 8 utvalda miRNA visas på en logaritmisk skala för de 12 analyserade proverna (PAD1-12). Inte alla miRNA var detekterbara i varje prov och på grund av den begränsade mängden prov som vi inte kan utföra statistiska analyser.

Figur 1
Figur 1. Western blot-analys i 3 Exosomal Prover för ALIX och TSG101. Western Blot visar närvaron avvälkända exosomal markörer, Alix och TSG-101, i de analyserade proverna. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 2
Figur 2. TEM analys av Exosomal Prover Dessa resultat visar att de isolerade nanovesicles har genomsnitt en diameter mellan 40 -.. 100 nm, inuti exosomal intervallet Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur 3. Expression profil 8 Utvalda miRNA i Exosomal Samples. Dessa data, som visas i logaritmisk skala, visar att rakt igenomh detta protokoll är möjligt att se upp- eller nedreglering av utvalda exosomal miRNA från kliniska NSCLC plasma patienter (PAD1-12), vilket leder till potentiella upptäckten av exosomal biomarkörer för icke småcellig lungcancer. Data visas som lucka uttryck jämfört med friska kontroller. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Med denna kombinerade protokoll var det möjligt att utföra en exosomal miRNA analys från plasma från NSCLC-patienter. Dessa data kan spegla sjukdomsstatus, men måste bekräftas av ytterligare studier.

Protokollet som används i denna artikel var baserad på ett kommersiellt kit för Exosome isolering. Anledningen var att de andra kända isoleringsförfaranden (t ex., Densitetsgradient ultracentrifugering) kräver mer manuella rutiner, vilket leder till en begränsad standardisering. Ändå är en av begränsningarna i detta protokoll som i jämförelse med densitetsgradient ultracentrifugering för Exosome isolering förblir densitetsgradient ultracentrifugering en mycket användbar teknik i Exosome isolering som utnyttjar den specifika tätheten av exosomes (mellan 1,13-1,19 g / ml). En potentiell modifiering är en blandning av båda förfarandena, som kan vara en guldstandard inom detta område.

Möjligheten att bearbeta klinisk samples med RNas behandling har gett oss rena prover utan förorening av cirkulerande miRNA. Emellertid närvaron av RN: as-enzymer i proverna kunde åstadkomma den mängd exosomal miRNA efter Exosome lys. Av denna anledning valde vi ett kit med Proteinas K-behandling, i syfte att eliminera cirkulerande kontaminerande proteiner och för att bryta ned RNas enzymer.

Efter standardisering av alla isoleringsförfaranden, kan i framtiden karakterisering och miRNA analys av dessa uppgifter bildar ett användbart verktyg för att upptäcka biomarkörer i en icke-invasiv metod vid diagnos och uppföljning.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Total exosome isolation kit (from plasma)  Invitrogen 4484450 Use Proteinase K treatment
Ribonuclease A Sigma-Aldrich R4875-100MG
ALIX Antibody (3A9) Cell Signaling 2171S
TSG-101 Antibody (C-2) SantaCruz Biotecnology SC-7964 
Anti-Mouse HRP 1 ml   Cell Signaling 7076P2
RNAspin Illustra mini kit 50 GE HealthCare 25-0500-71
Taqman MicroRNA Reverse Transcription Kit Life Technologies 4366596
hsa-miR-1228-3p TaqMan MicroRNA assay Life Technologies 002919
hsa-miR-30b TaqMan MicroRNA assay Life Technologies 000602
hsa-miR-30c TaqMan MicroRNA assay Life Technologies 000419
hsa-miR-122 TaqMan MicroRNA assay Life Technologies 002245
hsa-miR-195 TaqMan MicroRNA assay Life Technologies 000494
hsa-miR-203 TaqMan MicroRNA assay Life Technologies 000507
hsa-miR-103 TaqMan MicroRNA assay Life Technologies 000439
hsa-miR-221 TaqMan MicroRNA assay Life Technologies 000524
hsa-miR-222 TaqMan MicroRNA assay Life Technologies 002276
TaqMan Universal Master Mix II, no UNG Life Technologies 4440043

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

Medicin exosomes miRNA NSCLC flytande biopsi cancer Biomarker
Exosomal miRNA Analys i icke-småcellig lungcancer (NSCLC) Patient Plasma genom qPCR: en möjlig Liquid biopsi Tool
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Giallombardo, M., ChacárteguiMore

Giallombardo, M., Chacártegui Borrás, J., Castiglia, M., Van Der Steen, N., Mertens, I., Pauwels, P., Peeters, M., Rolfo, C. Exosomal miRNA Analysis in Non-small Cell Lung Cancer (NSCLC) Patients' Plasma Through qPCR: A Feasible Liquid Biopsy Tool. J. Vis. Exp. (111), e53900, doi:10.3791/53900 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter