זיהוי של Variant התעתיק נדיר CDH1 ברקמות מוקפאות סרטן קיבה על ידי מבוססי שבב דיגיטלי PCR

Summary

כתב היד מתאר מבוססי שבב דיגיטלי PCR assay לזהות נדיר CDH1 התעתיק variant (CDH1a) רגילה מוקפאות ורקמות הגידול המתקבל בחולים עם סרטן קיבה.

Abstract

CDH1a, תעתיק קאנונית של הגן CDH1 , נמצאה לבוא לידי ביטוי כמה שורות תאים של סרטן קיבה (GC), ואילו זה נעדר ב רירית קיבה נורמלית. לאחרונה, הבחנו variant תעתיק CDH1a ברקמות הגידול מוקפאות המתקבל חולים עם GC. הביטוי של זה וריאנט של דגימות רקמה נחקר על ידי מבוססי שבב דיגיטלי PCR (dPCR) הגישה המובאת כאן. dPCR מציע את הפוטנציאל מדידה מדויקת, חזקים, רגישה מאוד של חומצות גרעין, הוא מנוצל יותר ויותר עבור יישומים רבים בתחומים שונים. dPCR הוא מסוגל גילוי מטרות נדיר; בנוסף, dPCR מציע את האפשרות על כימות מוחלטת ומדויק של חומצות גרעין ללא צורך כיילים ועיקולים סטנדרטי. למעשה, התגובה למחיצות מעשיר את המטרה מהרקע, אשר משפר את עמידות בפני מעכבי ויעילות הגברה. תכונות אלה להפוך dPCR כלי אופטימלית עבור זיהוי בתמליל נדירים CDH1a .

Introduction

הגן CDH1 מקודד עבור E-קדהרין, גורם מפתח מעורב קיומם של האפיתל קיבה רגיל באמצעות ויסות תא אדהזיה, הישרדות, הפצה, העברה¹. איבוד חלבון E-קדהרין כתוצאה germline ברישול או שינויים סומאטית של CDH1 היה קשור עם התפתחות GC^2,3. Non-קנונית תעתיקים הנובעים אינטרון 2 של הגן יש גם היה שיערו לשחק תפקיד carcinogenesis קיבה^4,5. בפרט, אחד תעתיק כזה, CDH1a, הוכח להתבטא שורות תאים GC אבל הוא נעדר מן בקיבה נורמלי⁴. לאחרונה גילינו CDH1a GC דגימות רקמות מחולים GC משתמש המבוסס על שבב dPCR⁵. dPCR שימש כדי להעריך, בפעם הראשונה, הנוכחות של בתמליל ג'ין CDH1a GC מעיים, רקמה נורמלית.

השיטה תקן הזהב כדי לקבוע ביטוי גנים היא PCR כמותי בזמן אמת (qPCR). עם זאת, הנתונים המתקבלים לפעמים יכול להיות משתנה, באיכות ירודה, במיוחד כאשר רמת היעד במדגם הוא נמוך. ההשתנות יכולה להיגרם על ידי מזהמים, ומפריעים פולימראז פעילות של פריימר חישול, המוביל שאינם ספציפיים הגברה צידו התחרותי תגובות⁶.

העקרונות הבסיסיים הביוכימי של dPCR אמנם דומים לאלה של qPCR, dPCR מראה כמה יתרונות, מתן אפשרות עבור מדידות מדויקות מאוד של דנ א גנומי (gDNA) / משלימים במולקולות דנ א (cDNA). אכן, dPCR הוא לתגובה מובילים המסתמך על מכוילת חלוקת מדגם לאלפי וולס, כך שכל אחד טוב מכיל אפס או מולקולה יעד בודד. הגברה ואז מתרחשת רק אצל הבארות המכיל עותק של המטרה, הוא הצביע על ידי אות ניאון. המספר המוחלט של היעד מולקולות במדגם המקורי ואז יכול להיות מחושב על-ידי קביעת יחס חיובי הכולל מחיצות באמצעות פואסון בינומי סטטיסטיקה⁷.

בנוסף, הטכניקה dPCR מבטל את הצורך להפעיל עיקול רגיל ומכאן הטיה המשויך ולשינויים, המאפשרות כימות ישירה של מטרות^8,9; הוא מייצר תוצאות מדויקות יותר לשחזור ללא תלות מזהמים ויעילות בשל שלה עמידות גבוהה בפני מעכבי¹⁰; זה הוא רגיש יותר ספציפית יותר qPCR, והוא לכן שיטה אמינה עבור זיהוי מטרה נדיר. לבסוף, חלוקת המדגם לתוך תגובות מרובות מפחיתה את התחרות עם רקע מולקולות ומשפר את הגבול של גילוי מטרה, כך הגברה מאפשר והקלה הגילוי של מולקולות יחיד של gDNA/cDNA⁶ . זיהוי, כימות של חומצות גרעין על ידי מבוססי שבב dPCR יותר ויותר הוחל להעתיק מספר וריאציות, כימות של ה-DNA שברים, וניתוחים מוטציה^11,12,13, נתן דיוק של החומר נמוכה קלט דרישה של השיטה. בנוסף, dPCR לאחרונה שולב הניתוח של שני מיקרו Rna¹⁴ וג'ין תעתיקים^5,15.

Protocol

הפרוטוקול עוקב אחר הקווים המנחים של ועדת האתיקה IRST מחקר אנושי.

הערה: הליך זה היא תוכננה במיוחד עבור זיהוי מספר נמוך של cDNA מולקולות ברקמות אנושיות מוקפאות. הסעיפים רקמות צומצמו בקרח יבש, בעוד עדיין קפוא, הגידול המאומת בעבר נגזר החולה קיבה או דגימות רקמה נורמלית.

1. RNA בידוד וטיהור

1. החילוץ-RNA
   הערה: בידוד RNA מתבצע מתחת למכסה המנוע באמצעות מוצר מסוים (ראה טבלה של חומרים). עם זאת, מגוון רחב של אלייזה זמינים מסחרית.
   1. Homogenize 50-100 מ"ג של דגימת הרקמות קפוא טרי חתוך דק צינור 1.5 מ עם 1 מ"ל של RNA בידוד ריאגנט ו מערבולת נמרצות עבור Incubate ס' 15 הצינורות ב-80 מעלות צלזיוס למשך הלילה.
   2. דגירה של שפופרת המכילה את הדגימה בטמפרטורת החדר במשך 5 דקות, מערבבים על-ידי vortexing עבור 15 s.
   3. לשמור את הצינורית על קרח, להוסיף 200 µL של כלורופורם, מערבולת נמרצות במשך 15 s.
   4. דגירה של הצינורות בטמפרטורת החדר במשך 60 s, צנטריפוגה ב 12,000 x g למשך 15 דקות ב 4 º C.
   5. להעביר את השלב מימית צינור 1.5 מ"ל ולהוסיף 20 µg של גליקוגן.
      הערה: חשוב להימנע בקפידה העברת לאטמוספרה או שכבה אורגני כדי לצמצם זיהום.
   6. להוסיף 500 µL של אלכוהול איזופרופיל, היפוך את הצינור כדי לערבב, דגירה על קרח למשך 10 דקות.
   7. Centrifuge את הצינור ב g x 12,000 למשך 15 דקות ב 4 ° C, כדי לזרז את ה-RNA.
      הערה: RNA יהיה נוכח גלולה דמוי ג'ל בצד ולמטה של הרכבת התחתית, לעתים קרובות בלתי נראה לאחר צנטריפוגה.
   8. הסר את תגובת שיקוע מבלי להפריע את התמיסה, לשטוף אותו עם 1 מ"ל של 75% אתנול על-ידי pipetting.
   9. Centrifuge את הצינור ב 7,500 g x עבור 5 דקות ב 4 ° C ולהסיר את תגובת שיקוע מבלי להפריע בגדר.
   10. תן בגדר יבש עד התמיסה הופכת לשקופה, לפזר זאת בתוך µL 50 RNase ללא מים.
   11. להקפיא את הדגימות ב-80 מעלות צלזיוס לפחות ללילה לפני כמת.
2. חיסול דנ א גנומי וטיהור RNA
   הערה: צעד עיכול DNase, ואחריו טיהור RNA מבוססי עמודה, מומלצת עבור ניתוחים של מטרות נמוך-שפע כדי לעכל דנ משחיתה.
   1. להמיס את DNase lyophilized אני (1,500 קוניץ יחידות) ב 550 µL של נטול RNase מים באמצעות מזרק, לערבב בעדינות על-ידי היפוך המבחנה, ולא לחלק את הפתרון מניות משוקם aliquots.
   2. העברת צינור 1.5 mL הנפח מחושב של הדגימה עם 15 µg של RNA µL 10 DNase העיכול מאגר הערכה (הרשומים בטבלה של חומרים), 2.5 µL של DNase אני הפתרון מניות, נטולת RNase למים ל 100 µL. Incubate בטמפרטורת החדר במשך 10 דקות.
   3. להוסיף 350 µL מאגר פירוק רקמת (הערכה, ראה טבלה של חומרים) על ידי pipetting.
   4. להוסיף 250 µL של 100% אתנול וביו -מיקס על ידי pipetting.
   5. להעביר את כל אמצעי האחסון (700 µL) לתוך עמודה חדשה ספין צנטריפוגה ב 12,000 x g 15 s.
   6. להעביר את המסנן לתוך צינור אוסף חדש, להוסיף 500 µL של 80% כוהל העמודה ואת צנטריפוגה ב 12,000 x g למשך 2 דקות.
   7. פותחים את המכסה של עמודה ספין, צנטריפוגה ב 12,000 x g עבור 5 דקות עם צינור אוסף חדש כדי לייבש את המסנן; ואז להעביר את המסנן צינור 1.5 מ.
   8. להוסיף µL 14 של מים נטולי RNase ישירות סינון העמודה ואילו צנטריפוגה ב 12,000 x g עבור 1 דקות.
   9. שומרים את הדגימות על הקרח להמשיך כימות באמצעות 2 µL של המדגם על ספקטרופוטומטרים ספסל-העליון או לאחסן את הרנ א ב-80 מעלות צלזיוס עד השימוש.

2. cDNA סינתזה

1. במקום 1,000 ng של RNA, µL 4 של מיקס מאסטר, µL 1 של רוורס טרנסקריפטאז ומים ללא RNase לאמצעי הסופי של 20 µL בשפופרת PCR סטרילי. לערבב בעדינות, ספין למטה.
2. דגירה המיקס התגובה ב הצנטרפוגה תרמי, החלת התנאים הבאים: 5 דקות 25 ° c, 30 דקות ב- 42 ° C, 5 דקות ב 85 מעלות צלזיוס.
3. Centrifuge הצינורות בקצרה להמשיך dPCR ניתוח או לאחסן ב-20 ° C עד שהוא נדרש.

3. PCR דיגיטלי תגובת להגדיר

1. התגובה dPCR לערבב, לטעום הכנה
   1. להפשיר את תערובת הבסיס ואת וזמינותו בטמפרטורת החדר במשך לפחות 20 דקות.
   2. לדלל את דגימות cDNA ריכוז של 300 ng ב- 6 µL של מים.
   3. בעדינות מערבולת המאסטר לערבב, להכין את התמהיל בשפופרת סטרילי עם 8.7 µL של מיקס מאסטר, µL 0.87 של CDH1a assay מעוצב מותאם אישית ומהצמיגים 1.83 µL של מים נטולי נוקלאז נפח סופי של 11.4 µL.
      הערה: לקבלת CDH1a assay מעוצב מותאם אישית פריימר פרטים ראה את הטבלה של חומרים.
   4. µL 11.4 של המיקס מוכן להעביר הדגימה cDNA מדולל, מערבבים בעדינות, בקצרה צנטריפוגה.
      הערה: אמצעי אחסון כוללים 20% עודף כדי לפצות על אובדן נפח של pipetting. להכין את התערובת כל דוגמאות ופקד אין תבנית (NTC).
2. הכנת צ'יפס
   הערה: לקבלת תוצאות אופטימליות לטעון את האסימונים בהקדם האפשרי.
   1. הכנס מטעין שבב והמתן עד שנורית החיווי הופך לירוק.
   2. להסיר את הכובע של המזרק נוזלים טבילה על-ידי בעדינות למשוך בחזרה על הבוכנה 1-2 מ מ, משחררים אותו כדי להקל על שלב זה, ולהחליף אותו עם טיפ.
   3. שבב חדש ואין לרשום הקוד שנכתב על המכסה כדי לשייך אותה המדגם.
   4. להחזיק את המכסה בזהירות על ידי הצד שלו, הקילוף הסרט המגן ולמקם את המכסה עם הפנים נדבקים למעלה לכיוון הנכון.
   5. . ובזהירות לאסוף שבב, מטפל לא לגעת החלק הפנימי, להעמיס אותם על הקן שבב בתנוחה הנכונה על ידי לחיצה הידית כדי לפתוח את המלחציים
   6. לטעון להב הטעינה חדש לתוך מטעין ודחף אותו בעדינות כדי לוודא שהוא מחובר בחוזקה במקום.
   7. העברת µL 14.5 של המיקס תגובה dPCR על גבי הלהב הטעינה מבלי לבצע בועות אוויר הסחה הלהב, לאחר תודה השחור טעינת כפתור כדי להפיץ את עוצמת הקול על השבב.
   8. להשתמש במזרק נוזלים טבילה להעביר כ 20 טיפות על גבי משטח השבב מקפיד לא לעלות על פני השטח עם הקצה.
      הערה: חשוב לכסות את השטח כולו מבלי לשפוך נוזל פינות.
   9. לסובב את הזרוע מטעין כדי להפוך את המכסה לבוא במגע עם השבב ולחץ מטה עבור 15 s.
   10. לחץ על לחצן המכסה כדי לשחרר את השבב ולחזור הזרוע את מיקומו.
   11. להחזיק את השבב שהורכב בזווית של 45° בקפידה לוותר על הנוזל טבילה עם המזרק דרך היציאה מילוי, לסובב מעט את השבב, ודא כי קיימים אין בועות אוויר ו להסיר את כל הנוזלים העודפים עם מגבון סטרילי.
   12. לאטום את התיק שבב על ידי בעדינות פילינג משם את התווית על גבי שבב פנים העיתונות מעל הנמל למלא לפחות 5 s.
   13. לאחסן את השבב בחושך עד מוכן לטעון הצנטרפוגה תרמי.
       הערה: צ'יפס מוכן אמור לשמש בתוך שעתיים.
3. תגובה dPCR
   1. פותחים את המכסה, להתקין מתאמי של שני בלוקים, אפילו כאשר בלוק יחיד משמש.
   2. מניחים את הז'יטונים על הרחוב דגימה בתנוחה הנכונה.
      הערה: הנמל המילוי חייב להיות מכוון לכיוון החלק הקדמי של הצנטרפוגה תרמי במיקום גבוה כדי לאפשר בועות אוויר כדי לצוף למעלה מבלי להפריע את החלון של השבב. השתמש שבבי ריק כדי לאזן את שני רחובות.
   3. שכב משטח תרמי על הרחוב דגימה לכסות לגמרי את האסימונים.
   4. סגור את המכסה. ולהתחיל את PCR לרוץ, החלת התנאים הבאים: להחזיק ב 96 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות; 45 מחזורים של 60 מעלות צלזיוס למשך 2 דקות ו- 98 ° C ל 30 s; להחזיק ב 60 מעלות צלזיוס למשך 2 דקות; . תחזיק על 4 מעלות צלזיוס. כבה הצנטרפוגה תרמי ואת להפשיר את האסימונים בטמפרטורת החדר במשך לפחות 10 דקות.
      הערה: ניתוח שבב חייב להתבצע בתוך שעה אחת.
4. ניתוח צ'יפ
   1. פתח את המכסה של הכלי, להסיר את רפידות תרמי ולאחר מכן להסיר את האסימונים המתאמים.
      הערה: אחסן את האסימונים במיקום כהה, נקי עד הניתוח.
   2. לנקות את השטח שבב עם אלכוהול איזופרופיל ולנגב סטרילי.
      הערה: לבדוק כל שבב נזילות או בעיות פוטנציאליות.
   3. הכנס ה-USB לתוך מערכת גלאי כדי לשמור את הנתונים.
   4. פתח את מגש שבב של מערכת גלאי, לטעון את השבב הפנים כלפי מעלה בתנוחה הנכונה ולאחר מכן סגור את המגש.
   5. המתן 30 s לעיבוד, ואז להסיר את השבב והכנס הבא.
   6. מחכים ניתוח להשלים עבור כל האסימונים מעובד ואז להוסיף את ה-USB למחשב. כדי להעביר את הקבצים.
      הערה: הזמן הכולל לניתוח הוא בסביבות 2 דקות 3/שבב.

4. נתוני ניתוח ופרשנות

1. להתחבר פלטפורמת תוכנה מבוססי ענן הדרושים לביצוע כל הבדיקות במורד הזרם.
2. יצירת פרוייקט, לייבא את כל קבצי הנתונים של האסימונים של עניין.
3. הזן את השם מדגם; בחר את צבען ואת וזמינותו להשתמש בכרטיסיה "להגדיר צ'יפס".
4. לקבוע אם השבב הוא מקובל דמיין זאת בכרטיסיה "סקירת נתונים", בודק איך ביסודיות המדגם היה טעון על גבי השבב, כמה נקודות הנתונים הן להערכה.
   הערה: דוחים צ'יפס עם פחות מ-13,000 נקודות נתונים להערכה.
5. לעבור העלילה פיזור של השבב שנבחר בצד ימין של המסך. להחיל את הסף של 6,000 עבור אותות צבע (ציר y) כתב amidite (FAM) fluorescein על כל האסימונים.
   הערה: הסף להגדיר עשויים להשתנות על בסיס מבחני בשימוש.
6. הסרה של סימנים חיוביים מפוקפק כדי למנוע תוצאות חיוביות שגויות על-ידי בחירת המקום היחסי על הפיזור מגרש באמצעות הכלי לאסו והקשה על "לא ידוע". כל נקודות חיוביות הנותרים את נוכחותם cDNA עותקים של המטרה נדיר מנותח.

תוצאות

באמצעות ההליך המובאת כאן, בדקנו עבור הביטוי של variant התעתיק נדיר CDH1a ברקמות מוקפאות קיבה. ניתוח הנתונים על-ידי dPCR היה הופיעה על 21-זוגי רגיל וסרטן דגימות רקמה 11 דגימות הגידול נוספים. CDH1a היה לזיהוי גידולים 15 מתוך 32 (47%), ואילו דגימות רקמה נורמלית לא הראה הנוכחות של התע...

Discussion

dPCR פותחה במקור עבור ה-DNA מדידות מולקולרית^10,11,12,13 , בזמן שטכנולוגיה זו הותאמה עבור כימות של מיקרו Rna ו- RNA תעתיקים^{5, 14,15}. ב פרוטוקול זה הרחבנו את רשימת יישומים לכלול גילוי ש?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
TRIazol Reagent	Thermo Fisher Scientific	15596018
Glycogen 20 mg/ml	ROCHE	10901393001
RNeasy MinElute Cleanup kit	QIAGEN	74204
iScript cDNA Synthesis kit	BioRad	1708891
QuantStudio 3D Digital PCR Master Mix v2	Thermo Fisher Scientific	A26358
CDH1a IDT custom designed assay	Integrated DNA Technologies (IDT)	NA	F) GCTGCAGTTTCACTTTTAGTG (R) ACTTTGAATCGGGTGTCGAG (P)/FAM/CGGTCGACAAAGGACAGCCTATT/TAMRA/ [dPCR optimized assay concentrations: 900 nM (F),        900 nM (R), 250 nM (P)]
QuantStudio 3D Digital PCR 20K Chip Kit v2	Thermo Fisher Scientific	A26316
Heraeus Biofuge Fresco	Thermo  Scientific	75002402
Thermocycler (Labcycler)	Sensoquest	011-103
GeneAmp PCR System 9700	Thermo Fisher Scientific	N805-0200
Dual Flat Block Sample Module	Thermo Fisher Scientific	4425757
QuantStudio 3D Tilt Base for Dual Flat Block GeneAmp PCR System 9700	Thermo Fisher Scientific	4486414
QuantStudio 3D Digital PCR Chip Adapter Kit for Flat Block Thermal Cycler	Thermo Fisher Scientific	4485513
QuantStudio 3D Digital PCR Chip Loader	Thermo Fisher Scientific	4482592
QuantStudio 3D Digital PCR Instrument with power cord	Thermo Fisher Scientific	4489084