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这个修改后的提取方法提高了从组织病理学组织块的兴趣更精确的目标区域的RNA和DNA的产量。
Formalin-fixed paraffin embedded tissue (FFPET) represents a valuable, well-annotated substrate for molecular investigations. The utility of FFPET in molecular analysis is complicated both by heterogeneous tissue composition and low yields when extracting nucleic acids. A literature search revealed a paucity of protocols addressing these issues, and none that showed a validated method for simultaneous extraction of RNA and DNA from regions of interest in FFPET. This method addresses both issues. Tissue specificity was achieved by mapping cancer areas of interest on microscope slides and transferring annotations onto FFPET blocks. Tissue cores were harvested from areas of interest using 0.6 mm microarray punches. Nucleic acid extraction was performed using a commercial FFPET extraction system, with modifications to homogenization, deparaffinization, and Proteinase K digestion steps to improve tissue digestion and increase nucleic acid yields. The modified protocol yields sufficient quantity and quality of nucleic acids for use in a number of downstream analyses, including a multi-analyte gene expression platform, as well as reverse transcriptase coupled real time PCR analysis of mRNA expression, and methylation-specific PCR (MSP) analysis of DNA methylation.
基因组生物标志物的研究旨在确定分子相关因素能够准确和可靠地反映疾病状况,并且在临床上有用的方式这样做。1生物标志物的开发是在良好的注释组织样品的回顾性分析依赖。患病的和正常组织样品储存或者作为新鲜冷冻组织专门生物库或作为临床档案福尔马林固定石蜡包埋的组织(FFPET)块。新鲜冷冻组织允许高质量的核酸提取,并已广泛地应用于基因组生物标志物发现的研究。2,3然而,更少的组织样品中的生物库可用,并研究这种组织朝较大的样品,不寻常的类别引入了偏压病,并且在以更大的能力,以银行组织专业中心看到患者的4 FFPET,相反,是用于患病的人及动物组织的默认存储方法。虽然FFPET块维持细胞米orphology,固定过程交联的其他细胞成分的核酸。交联的RNA和DNA是可恢复的,但只在退化,高度分散的形式。5,6-然而,这些DNA和RNA片段适合于分析由扩阵列测定法,包括基因表达,DNA的甲基化和有针对性的测序。 7,8-要利用这个机会在大数量和品种可用于研究FFPET的,有需要一种有效和可靠的提取方案。
生物标志物研究的组织有很大一部分集中于癌症。像其他类型的病变组织,癌组织往往显示了在细胞保存和细胞类型显著区域异质性。因为生物标记研究依赖于与分子功能病变组织的组分相关的能力,此过程中的关键步骤是组织的精确收获是保存完好,并富集对于disease正在研究中。在FFPET两个富集技术通常用于:激光捕获显微切割(LCM),和切片机切片。 LCM能够实现高度集中的组织收获,可用于在异构组织中分离出特定的,保存完好的细胞类型9,10然而,LCM需要昂贵的设备,是过于耗时大量样品。切片机切片是一种更广泛使用的过程,其中薄片是从FFPET块切11,12切片机切段通常包括组织是在细胞保存异构( 例如 ,坏死与保存完好)和成分( 如癌症与良性实质),因此可能导致的单独研究分子的特性最好的同质化。因此,存在需要一种丰富了感兴趣的细胞的高通量方法。第三种方法中,从FFPET芯核酸的分离,提供了这种富集,是适合于高通过量hput协议,并已被他人使用分离从分离组织芯的RNA或DNA。7,13,14
许多出版的协议指定从FFPET( 表1)中提取核酸的方法。然而,在RNA和DNA是从相同的组织中提取的协议已经被用于切片的组织切片进行了优化,但不用于组织芯。15,16同样,公布的协议而提供更高的组织特异性,或者通过组织芯或滑动microdissections,指定程序为提取DNA,但不RNA。7,17这里,对于DNA和RNA从相同的组织核心的双提取一个优化的协议是证明。组织核心是通过插入组织微阵列(TMA)成拳映射到FFPET块地区的利益收获。映射由注释用记号笔显微镜载玻片和注释传送到相应的FFPE的表面进行Ť块( 图1)。
在此之前的工作,促成该协议的发展包括一些市售的核酸提取系统的比较。在这种比较,修改商业协议,如下所述提供最高的DNA和RNA的产率和质量(Selvarajah 等人 , 在准备 )。组织核心比通常FFPET提取方案11,12,14,18用的5-10微米的微米切片厚- 20,并且可以包含更多的不同量石蜡。为了弥补这一点,脱蜡通过重复二甲苯和乙醇处理,并通过引入电动均化步骤( 图1)提高。此外,蛋白酶K消化时间被延长以增加DNA产量。总体来说,这个协议是符合成本效益,使在La疾病的分子和组织病理学特征之间建立联系RGE,以及表征的人群。其全部的协议能够可靠2天内进行,其中包括3小时动手时,很少需要专门的或昂贵的设备。
在一步一步协议是以下简称制造商的方案的一个修改的版本。21请参见材料/设备的表针对特定试剂,设备和制造商。
1.组织取心
2. Deparaffinize的FFPE组织核心
3.脱蜡核同质化
4.消解蛋白酶K
5.从DNA分离RNA
6. RNA纯化
7。 DNA纯化
该协议代表用于从组织核心中回收的DNA和RNA,利用设计用于组织切片商用提取系统的变型的优化方法。优化包括引入组织均质化的,更有效的蛋白酶K的利用DNA提取,以及组织消化时间延长。图表和统计分析包括2路方差分析,线性回归和相关性。
蛋白酶消化的优化
的商品试剂盒包括其取代有一个更有效的蛋白酶K,导致更高的DNA产量( 图2A)室温下稳定的蛋白酶K溶液。为了进一步提高该DNA产率,消化被延长为2至24小时。无显著差异所看到的两个时间点之间,但24小时消化似乎提供跨越山更加一致的产量mples。然而,进一步温育48小时并没有进一步提高DNA回收率( 图2B; P = 0.74)。
从FFPE前列腺癌组织样品典型DNA回收
使用优化的协议,RNA和DNA进行共萃取从333前列腺癌FFPET样品从3至14岁的在样品的年龄。从每个样品中,3个组织核心(0.95±0.13 mm 3的平均总的组织体积)用作输入。虽然有其他微流体根据其可以估算浓度和提供的核酸分子的大小分布的评价凝胶电泳方法中,这样的方法不提供可重复的核酸定量,以及RNA和DNA之间不能区分作为flourometrically基于分析做。 22,因为基于微凝胶电泳结果是不可靠的支离破碎从FFPET来源的核酸,进行荧光测定测量23核酸收益率(详见试剂列表)。平均收益率为RNA 2270纳克和820纳克DNA( 图3A)的。在这项研究中分析的所有样品FFPET大约90%的DNA产生的≥100纳克和RNA≥500纳克。有趣的是,在FFPET样品和核酸的回收( 图3B)的年龄之间没有相关性显著。总体而言,RNA和DNA产率跨越样本相关(R 2 = 0.39; P <0.0001),但如超过两倍多的RNA比DNA从各样品( 图3C)回收。
为先导,优化工作于前列腺组织进行的,下一步是调查这个协议对几个附加类型的存档组织的性能。开始用手术切除及尸检样品FFPET是代表nign肝(1样品1的情况下),脑(从1例8个样品),膀胱(从2情况2样品),和乳腺(从3 3,3样本)的癌症,该协议得到的DNA> 100毫微克和RNA从90%的样品( 图3D)。而核酸产率在尸检组织中比在手术组织下,有代表性的结果表明,该协议两端产生从不同的站点来源的癌症类似的产量。
和DNA RNA的评估完整性和下游分析他们的代表性能
使用为FFPET优化的商业多分析基因表达的平台进行的47个基因中的8选FFPET前列腺癌样本和一个新鲜PC-3前列腺癌细胞系样品(作为阳性对照)RNA表达分析。在PC3中mRNA的计数均通常比那些从FFPET山更高mples( 图4A)。然而,在比较所有基因的相对表达,FFPET前列腺癌样品显示类似的表达谱与PC-3的RNA,这表明RNA的两种来源都适合的RNA表达谱。
为了阐明用此协议中提取的基因组DNA的性能,从FFPET样品亚硫酸氢盐转化的DNA提取物通过甲基化扩增特异性PCR(MSP)。24 ALU重复元件,高度甲基化区域中存在的数百万份中的人类基因组的MSP分析, 25是作为基因组的甲基化的控制,并且预计将显示样品之间的最小的变化。如图4B所示,有很少或几乎没有在ALU MSP甲基化水平不同样品之间看到变异。此外,基于GSTP1,已知在前列腺癌,但是良性样品没有被甲基化的基因的MSP分析中,26显示没有可检测的amplifications从良性样本的DNA。正如预期的那样,在从癌组织中的DNA中检测到较低的qPCR周期阈值,这表明甲基化的GSTP1份数富集。核酸本协议回收的实用程序典型的下游测定中进一步测试,使用核酸良性肝和脑(验尸)回收并从两个手术切除乳腺癌样本。无论RT-qPCR的基于表达式和MSP检测乳腺癌和肝癌FFPET表现不错,但RT-PCR检测未能放大来自验尸脑肿瘤样品中高度表达的mRNA( 图4C),这表明RNA已降解,可能是由于延迟组织固定。
图 1: 为FFPET样品提取步骤概述下图说明了在利益如何面积组织块是基于从显微镜载玻片组织病理学选择映射。三0.6毫米组织核心,然后从各个组织区域使用活检拳,一起均化,然后进行RNA和DNA提取得到的。 请点击此处查看该图的放大版本。
图 2: 核酸(DNA和RNA)的毫微克/ 从两个蛋白酶K(高温度稳定性和高效力酶),并在孵化时间为后者的范围内测试 (A)蛋白酶K的性能收益 FFPET 毫米 3从不同的供应商。 DNA提取用配合K提供的温度稳定酶有代表性的FFPET样品进行它与其他制造商更有效的酶。 (b)确定最佳蛋白酶K孵育时间最大化DNA产量。高浓度的蛋白酶K消化的性能在使用3 FFPET样本三种不同的培养时间进行了评估。误差棒代表平均值(SEM)的标准误差。 请点击此处查看该图的放大版本。
图 3: 核酸(DNA和RNA)以ng FFPET的 /毫米 3 的合计,横跨样本年份和代表组织类型 产率 (A)总回收从福尔马林固定的石蜡包埋的组织的核酸。提出的核酸量是基于333 FFPET样品的提取ù唱优化的协议。 (B)中回收的总DNA和RNA和FFPET样品年龄的关系图。所用的萃取FFPET样品从2000年从333前列腺样品同时提取的DNA和RNA产量之间获得至2012(C)的关系。有DNA和RNA产量之间的正相关性。使用额外的存档组织类型的协议(D)示范。优化的协议被用于从14的癌症(乳腺癌,膀胱癌和脑)和正常(肝脏)的样品中提取核酸。误差棒代表SEM。 请点击此处查看该图的放大版本。
图4: 从Tissu酒店RNA和DNA的性能联合萃取在下游应用E型磁芯。(A)的mRNA算个FFPE前列腺癌组织和新的PC-3细胞系的控制。每个点代表分别萃取3技术重复的平均值。新鲜的PC-3细胞系的RNA值由黄色酒吧和FFPET组织的值示出由彩色点表示。在FFPET前列腺癌样本的DNA(B)甲基化特异性PCR检测。对于由于使用50毫微克/亚硫酸氢盐转化的DNA的反应预计进行10个样品获得循环阈值。所有样品FFPET MSP ALU实验也有类似的周期的阈值(P> 0.67)。 GSTP1 MSP检测表明高甲基化(下周期阈值)在前列腺癌的水平比在前列腺。 (C)的从另外的组织类型的DNA和RNA的质量评价。 HPRT1基因表达和铝基因甲基化测定法从提取的核酸(分别为RNA和DNA)进行,也不发作肝(尸检)和脑(尸检)和乳腺癌(所有FFPET)。从前列腺结果示作比较。注意:从每个组织类型中观察到了相似的结果,除了从一个尸检样品不合格mRNA扩增。每个点或条形代表一个样本,及误差棒表示SEM。 请点击此处查看该图的放大版本。
组织核心 | |||||||||||
组织输入(MM3) | 提取的核酸 | 验证 | 质量检查:DNA | 质量检查:RNA | |||||||
(样品#) | 样品的年龄(岁) | 总产出(NG) | 片段大小(BP) | PCR | 总产出(NG) | 片段大小(BP) | PCR | NanoString | |||
Pikor 等。 | 43 - 129 | 脱氧核糖核酸 | 没有数据 | 没有数据 | 没有数据 | 没有数据 | |||||
Montaser-Kouhsari 等。 | 18 - 29.5 | RNA | 763 | 0-25 | 843 | 没有数据 | |||||
这张纸 | 1.71 | DNA和RNA | > 350 | 3-12 | 820 | 100 - 500 | ![]() | 2270 | 100-500 | ![]() | /ftp_upload/54299/check_mark.jpg"/> |
组织切片 | |||||||||||
组织输入 | 提取的核酸 | 验证 | 质量检查:DNA | 质量检查:RNA | |||||||
(样品#) | 样品的年龄(岁) | 总产出(NG) | 片段大小(BP) | PCR | 总产出(NG) | 片段大小(BP) | PCR | NanoString | |||
海卡尔等。 | 5×5微米的 | 脱氧核糖核酸 | 12 | 7-22 | 88-300 | 103-351 | ![]() | ||||
Chung 等。 | 1×20微米 | RNA | 9 | > 5 | 16,000- 23000 | 100-200 | ![]() | ||||
蒂卡等。 | 2×4微米 | RNA | 18 | 没有数据 | 未知(621纳克/微升) | 80-202 + | ![]() | ||||
Ghatak 等。 | 5×5微米的 | DNA和RNA | 五 | 1 | 14 256 | <1030 | ![]() | 16 000 | 109-400 + | ![]() | |
亨尼格等。 | 1×10微米 | DNA和RNA | 210 | 1-25 | 没有数据 | 没有数据 | ![]() | 没有数据 | 没有数据 | ![]() | |
激光捕获显微切割 | |||||||||||
组织输入(平方毫米) | 提取的核酸 | 验证 | 质量检查:DNA | 质量检查:RNA | |||||||
(样品#) | 样品的年龄(岁) | 总产出(NG) | 片段大小(BP) | PCR | 总产出(NG) | 片段大小(BP) | PCR | NanoString | |||
雪等。 | 1-2 | 脱氧核糖核酸 | 110 | 0-2 | 430 | 没有数据 | ![]() |
表 1: 为组织核心,型材及激光捕获microdissections公布的DNA和RNA提取协议的比较还包括使用PCR和Nanostring测定这些方法几种分子端点评估。
用于从感兴趣的组织区域的DNA和RNA的成功提取,准确核化是至关重要的。这个协议描述了使用组织冲床以分离0.6毫米直径铁心和概述用于从显微镜传输符号滑动以对应FFPET块的过程。进行必要的修改,以生产商的方案,以有效地提取从内核核酸,这是大约比的量,协议是预期的切片机切片厚50倍。由于芯可以包含相对更石蜡组织切片,通过反复二甲苯和乙醇处理步骤芯有效脱蜡被要求。的脱蜡后步骤的成功取决于适当的机械组织核心的同质化和高效的蛋白酶K消化。能够进行蛋白酶K消化的进一步优化。
值得一提的是,此方法鉴定块的表面上的兴趣外资企业领域,如在对应的组织病理学载玻片识别。由于核心收成组织,可能是深3或4毫米,这个协议的用户可能会关注什么细胞或组织奠定了块表面之下。虽然这是一个有效的关注,多个研究(参照27中综述)已证明组织核心忠实代表病理组织块的组织学和分子的特性,尤其是当重复或三次重复芯从感兴趣的区域进行采样。
如在该协议通过的修改商业提取试剂盒使DNA和RNA从相同的组织的并发萃取,协议节省了宝贵的生物材料,并允许从同一样品在两个所得核酸之间的直接比较。 RNA和DNA的提取同期减少了劳动力和组织消耗了一半,并使基因expr的精确综合分析分裂国家,以及在DNA中发现的表观遗传和基因的功能。因为RNA和DNA从这些代表性组织核心的产率通常超过分别600和300毫微克,并且由于大多数当前PCR和下一代测序应用通常需要10-100纳克,大部分由该协议纯化样品应提供足够的材质为几个下游检测。此协议已被证明是在整个独立的实验室可再现(Selvarajah 等人 , 在准备)。这个协议的RNA是足够的质量,使用任一RT-PCR或一个流行多分析平台的基因表达分析,及DNA的甲基化特异性PCR测定表现良好。旨在评估回收的核酸下一代测序工具未来的研究是必要的。
因此,若干修改对市售的协议,设计为薄FFPET部分制成,使得它适合初学者r处的RNA和DNA的从0.6毫米FFPET芯共萃取。该协议证明了大队列的前列腺癌样本和在从乳房,脑,膀胱癌有限的一组样品的一致的高产量。总体而言,该协议应允许用户进行大型注释良好的组织聚集针对性基因为基础的分析。重要的是,该协议允许在FFPET感兴趣区域的有效集中的采样的,相对小动手时,对于大多数下游应用足够高的产率。
The authors declare no competing financial interests.
This research was supported by a team grant from Movember/Prostate Cancer Canada to JMSB, DMB, PCP, and JL, and by the Ontario Institute of Cancer Research (JMSB, DMB, and PCP) and Motorcycle Ride for Dad Kingston/University Hospitals Kingston Foundation/Kingston General Hospital (DMB, PCP).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Plastic paraffin film, "Parafilm 'M'" | Bemis | RK-06720-40 | Any generic paraffin film will work as a substitute |
Sodium Hypochlorite, "Ultra Bleach" | Likewise | 53-2879-2 | Any generic bleach will work as a substitute. Hazardous material that can cause burns on contact. |
Molecular biology grade absolute ethanol | Fisher BioReagents | BP2818-500 | Sigma-Aldrich E7023 suffices as a substitute |
Molecular Grade H2O | G-Biosciences | 786-293 | Sigma W4502 suffices, as well as any other brand of molecular grade H2O |
0.6 mm Punch Set for Beecher Instruments | Estigen | MPO6[Yellow] | Make sure to use the red receiver punch from the set |
Fine point permanent marker | Sharpie | 10365796S | Using the marker on FFPE tissues causes it to dry out quickly, so several may be required |
FFPE tissue block | |||
Stained tissue slide corresponding to FFPE block | |||
1.5 ml Micro-Centrifuge Tubes | Fisher BioReagents | 05-408-137 | |
2.0 ml Low binding tubes (LoBind Micro-Centrifuge Tubes) | Eppendorf | 22431048 | |
1.5 ml Low binding tubes (LoBind Micro-Centrifuge Tubes) | Eppendorf | 22431021 | |
Histology Xylene | VWR | CA 95057-822 | Fisher Scientific X5-500 suffices as a substitute |
Molecular Biology Grade 2-Propanol | Sigma | I9516 | |
AllPrep FFPE DNA/RNA Kit | Qiagen | 80234 | Prepare buffers accodring to the AllPrep DNA/RNA FFPE Handbook21 |
Buffers: RLT, FRN, RPE, ATL, AL, AW1, AW2, DNaseI solution | Qiagen | 80234 | Prepare buffers accodring to the AllPrep DNA/RNA FFPE Handbook21 |
Temperature stable proteinase K | Qiagen | 80234 | |
High potency proteinase K | Invitrogen | 25530-049 | Invitrogen 25530-015 suffices as a substitute |
RNAse neutralizing solution (Rnase AWAY) | Molecular BioProducts | 7003 | |
RNaseA 100 mg/ml | Qiagen | 19101 | |
BD Integra Syringe 3 ml 21G x 1/2 | BD | 305274 | |
Motorized tissue homogenizer (TissueRuptor) | Qiagen | 9001271 | Fisher Scientific 14-261-29 suffices as a substitute |
-20 °C and -80 °C Laboratory Freezer | |||
Micro-Centrifuge with rotor for 2 ml tubes | |||
Digital Vortex Mixer | |||
Pipettes and filter tips | |||
Heating blocks or water baths | |||
Tris Hydrochloride | Amresco | 0234 | |
Sodium Chloride | Amresco | 0241 | |
Anhydrous Magnesium Chloride | Sigma | M8266 | |
Sodium Dodecyl Sulfate | Sigma | L4509 | |
Acrodisc 25 mm syring filters with 0.45 µm Supor membrane | Pall | PN 4614 | |
Syringe with retracting BD PrecisionGlide needle 3 ml | BD Integra | 305274 | |
Hydrochloric Acid | BDH | 3026 | |
Multianalyte gene expression platfrom (nCounter ® CAE codeset and Nanostring nCounter platform) | Nanostring nCounter platform, Nanostring | ||
Fluorometric nucleic acid quantification (Qubit dsDNA HS Assay Kit and Qubit® RNA BR Assay Kit) | Invitrogen |
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