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Method Article
* Questi autori hanno contribuito in egual misura
Questo protocollo delinea la procedura per dissociare rapidamente campioni di tumore umano e di topo per il sequenziamento dell'RNA a singola cellula.
I campioni di tumore umano contengono una pletora di informazioni sul loro microambiente e sul loro repertorio immunitario. L'efficace dissociazione di campioni di tessuto umano in sospensioni cellulari vitali è un input necessario per la pipeline di sequenziamento dell'RNA a singola cellula (scRNAseq). A differenza degli approcci di sequenziamento dell'RNA di massa, scRNAseq ci consente di dedurre l'eterogeneità trascrizionale nei campioni tumorali a livello di singola cellula. L'incorporazione di questo approccio negli ultimi anni ha portato a molte scoperte, come l'identificazione degli stati immunitari e cellulari tumorali e dei programmi associati alle risposte cliniche alle immunoterapie e ad altri tipi di trattamenti. Inoltre, le tecnologie a singola cellula applicate ai tessuti dissociati possono essere utilizzate per identificare le regioni della cromatina accessibili, il repertorio dei recettori delle cellule T e B e l'espressione di proteine, utilizzando anticorpi con codice a barre del DNA (CITEseq).
La vitalità e la qualità del campione dissociato sono variabili critiche quando si utilizzano queste tecnologie, in quanto possono influenzare notevolmente la contaminazione incrociata di singole cellule con l'RNA ambientale, la qualità dei dati e l'interpretazione. Inoltre, lunghi protocolli di dissociazione possono portare all'eliminazione di popolazioni cellulari sensibili e alla sovraregolazione di una firma genica di risposta allo stress. Per superare questi limiti, abbiamo ideato un protocollo di dissociazione universale rapida, che è stato validato su diversi tipi di tumori umani e murini. Il processo inizia con la dissociazione meccanica ed enzimatica, seguita dalla filtrazione, dalla lisi dei globuli rossi e dall'arricchimento dei morti vivi, adatti per campioni con un basso apporto di cellule (ad esempio, biopsie con nucleo dell'ago). Questo protocollo garantisce una sospensione a singola cellula pulita e vitale, fondamentale per il successo della generazione di emulsioni Gel Bead-In (GEM), dei codici a barre e del sequenziamento.
Sebbene molti progressi nella ricerca sul cancro abbiano portato allo sviluppo e all'approvazione da parte della FDA di agenti mirati ai recettori inibitori espressi sulle cellule immunitarie e tumorali, noti come inibitori del blocco del checkpoint, la resistenza alla terapia e l'identificazione dei meccanismi che guidano la risposta del paziente rimangono difficili1. La complessa sfida di caratterizzare l'eterogeneità del tumore sulla sua diversità molecolare e l'intricata interazione tra le cellule tumorali e il microambiente immunitario richiede nuovi approcci per sezionare questo complesso ecosistema alla risoluzione di una singola cellula. Comprendere le complessità molecolari all'interno dei tumori e dei loro microambienti è fondamentale per far progredire le strategie terapeutiche e decifrare la complessa biologia alla base della progressione del cancro2. Il sequenziamento dell'RNA a singola cellula (scRNA-seq) è diventato sempre più popolare perché fornisce analisi ad alta risoluzione di singole cellule all'interno di campioni tumorali complessi 3,4.
L'eterogeneità dei tumori, che comprende le diversità genetiche, epigenetiche e fenotipiche, rappresenta una sfida per scoprire le complessità della biologia del cancro5. I metodi convenzionali di sequenziamento dell'RNA di massa tendono a oscurare i profili di espressione e i fenotipi unici delle popolazioni cellulari eterogenee presenti all'interno dei tumori, poiché questi metodi fanno la media dei segnali in intere popolazioni cellulari4. Al contrario, lo scRNA-seq consente la dissezione di singoli tipi di cellule, rivelando diverse espressioni geniche, modelli di repressione e stati cellulari altrimenti trascurati 4,6. La premessa di scRNA-seq risiede nella sua capacità di decodificare le firme genetiche e molecolari delle singole cellule, rivelando un'immensa promessa nella scoperta di nuove terapie antitumorali7.
Decifrando i profili di espressione genica delle cellule tumorali e delle cellule stromali e immunitarie circostanti, i ricercatori possono identificare nuovi bersagli terapeutici e sviluppare strategie di medicina genetica di precisione su misura per i singoli pazienti6. Inoltre, l'analisi del repertorio immunitario all'interno del microambiente tumorale fornisce informazioni cruciali sull'interazione tra cellule tumorali ed effettori immunitari, aprendo la strada a interventi immunoterapeutici3. Nonostante i progressi nell'uso di scRNAseq su campioni clinici, diverse sfide durante le fasi di elaborazione possono danneggiare l'integrità, la vitalità e la qualità dell'RNA della cellula dei dati generati. Inoltre, il trattamento di tessuti con bassa vitalità cellulare può aumentare i livelli di RNA ambientale nelle goccioline generate durante l'incapsulamento delle singole cellule, con conseguente contaminazione incrociata e annotazione errata dei tipi di cellule, mentre lunghi protocolli di dissociazione eseguiti a 37 °C possono portare alla sovraregolazione di una firma genica di risposta allo stress in più tipi di cellule 8,9, 10.
La procedura graduale (Figura 1A) delineata in questo protocollo inizia con una rapida dissociazione meccanica ed enzimatica dei tumori, seguita dalla filtrazione e dalla rimozione delle cellule morte, a seconda della vitalità di ciascun campione tumorale. Attualmente, questa procedura è stata verificata in campioni di melanoma11, colon-retto12, carcinoma a cellule squamose13 della testa e del collo, pancreas e polmone (dati non pubblicati). Queste tecniche garantiscono la generazione di sospensioni cellulari vitali di alta qualità, fondamentali per le analisi a valle14. In particolare, la rimozione dei globuli rossi, privi di RNA sintetizzato, diventa indispensabile per purificare il campione15. La successiva valutazione della conta cellulare e l'eliminazione delle cellule morte fungono da prerequisito per il successo della generazione di 10x Genomics Gel bead-in Emulsion (GEM), della codifica a barre e dell'aumento del recupero dei trascritti e delle cellule sequenziate senza compromettere l'esclusione delle popolazioni sensibili (ad esempio, neutrofili e cellule epiteliali)16. Questi passaggi sono fondamentali per sbloccare il potenziale dell'analisi della risoluzione di singole cellule all'interno di campioni tumorali 9,10, scoprire nuovi profili di espressione genica e firme immunitarie necessarie per guidare interventi terapeutici innovativi e identificare nuove vulnerabilità tumorali.
Questo studio ha rispettato tutte le linee guida istituzionali relative al campionamento di tessuti umani. Il consenso informato è stato ricevuto dai pazienti e i dati identificabili del campione sono stati resi anonimi. I campioni vengono raccolti in sala operatoria, inseriti in una soluzione di RPMI, soluzione salina o PBS e confermati cancerosi tramite il reparto di patologia prima dell'uso nella ricerca. Tutti i passaggi, tranne quando indicato, devono essere eseguiti a 4 °C o su ghiaccio. Lavorare all'interno di una cappa di biosicurezza durante la lavorazione di tessuti umani. Consultare la Tabella dei materiali per i dettagli su tutti i materiali, i reagenti e gli strumenti utilizzati in questo protocollo.
1. Ottenimento del campione
2. Digestione meccanica ed enzimatica
3. Filtraggio dei campioni
4. Lisi dei globuli rossi
5. Conteggio delle cellule
6. Rimozione delle celle morte - Kit 1
NOTA: Lavorare all'interno di una cappa di biosicurezza quando si utilizzano i reagenti per la rimozione delle cellule morte, poiché questi possono essere facilmente contaminati.
7. Rimozione delle celle morte - Kit 2
NOTA: Lavorare all'interno di una cappa di biosicurezza quando si utilizzano i reagenti del kit.
È stata prelevata una biopsia del melanoma sospesa in RPMI e immediatamente posta su ghiaccio. Il campione è stato trasferito in una provetta da microcentrifuga da 1,5 mL contenente 420 μL di RPMI ed enzimi per la digestione, tritato in piccoli pezzi con l'aiuto di forbici e sottoposto a successiva digestione enzimatica per 15 minuti in un miscelatore termico posizionato verticalmente a 37 °C (Figura 1). Dopo la digestione, il campione è stato filtrato attraverso un filtro monouso steri...
Questo protocollo descrive la dissociazione di campioni tumorali umani o murini in una sospensione di una singola cellula per il sequenziamento di scRNA utilizzando il sistema microfluidico 10x Genomics. Nella lavorazione di tessuti che spesso provengono da tumori rari o fanno parte di studi clinici in corso o di lunghi esperimenti per tumori murini, il campione deve essere conservato in modo ottimale e accurato tra tutte le fasi. Tutti i passaggi devono essere eseguiti rapidamente su ghiaccio o a 4 °C per mantenere i p...
M.S-F. ha ricevuto finanziamenti da Bristol Myers-Squibb, Istari Oncology, ed è stato consulente per Galvazine Therapeutics.
Questo studio è stato supportato dalla Adelson Medical Research Foundation (AMRF), dalla Melanoma Research Alliance (MRA) e da U54CA224068. La Figura 1, la Figura 4 e la Figura 5 sono state create con BioRender.com.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1x PBS | Corning | 21-040-CV | |
10 mL serological pipette | Corning | 357551 | |
1000 μL low-retention pipette tips | Rainin | 30389213 | |
1000 μL low-retention wide pipette tips | Rainin | 30389218 | |
1000 μL pipette tips | Rainin | 30389212 | |
10x Magnetic Separator | 10x Genomics | 120250 | |
15 mL conical tubes | Corning | 430052 | |
2 mL aspirating pipette | Corning | 357558 | |
20 μL low-retention pipette tips | Rainin | 30389226 | |
20 μL pipette tips | Rainin | 30389225 | |
200 μL low-retention pipette tips | Rainin | 30389240 | |
200 μL pipette tips | Rainin | 30389239 | |
50 mL Polypropylene Conical Tube | Falcon | 352098 | |
60 x 15 mm Tissue Culture Dish | Falcon | 353004 | |
ACK Lysing Buffer | Gibco | A10492-1 | |
BD 1 mL syringe | Becton, Dickinson and Company | 3090659 | |
Bright-Line Hemocytometer | Hausser Scientific | 551660 | |
Calcium Chloride Solution | Sigma Aldrich | 2115-100ML | |
Cell Ranger | 10x Genomics | N/A | https://www.10xgenomics.com/support/software/cell-ranger/latest |
Cell counting slides for TC20 cell counter | Bio-Rad | 1450015 | |
CellTrics 30μm sterile disposable filters | Sysmex | 04-004-2326 | |
CellTrics 50μm sterile disposable filters | Sysmex | 04-004-2327 | |
Dead Cell removal Kit | Miltenyi Biotec | 130-090-101 | Store at -20 °C; kit 2 |
Dissecting Forceps, Fine Tip | VWR | 82027-386 | |
DNA LoBind Microcentrifuge tubes, 1.5 mL | Eppendorf | 22431021 | |
EasySepTM Dead Cell Removal (Annexin V) Kit | STEMCELL Technologies | 17899 | Store at 4 °C; Kit 1 |
Eppendorf centrifuge 5425R | Eppendorf | 5406000640 | |
Eppendorf centrifuge 5910R | Eppendorf | 2231000657 | |
Eppendorf Easypet 3 Electronic Pipette controller | Eppendorf | EP4430000018 | |
Eppendorf Thermomixer F1.5 Model 5384 | Eppendorf | EP5384000012 | |
FBS | Gibco | 26140-079 | Store at 4 °C, use in a Biological hood |
German Stainless Scissors | Fine Science Tools | 14568-12 | |
Leica Dmi1 Microscope | Leica Microsystems | 454793 | |
LS Column | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
MACS Multistand | Miltenyi Biotec | 130-042-303 | |
Pipet-Lite LTS Pipette L-1000XLS+ | Rainin | 17014382 | |
Pipet-Lite LTS Pipette L-200XLS+ | Rainin | 17014391 | |
Pipet-Lite LTS Pipette L-20XLS+ | Rainin | 17014392 | |
Quadro MACS Magnet | Miltenyi Biotec | 130-091-051 | |
RPMI Medium 1640 (1x) | Gibco | 21870-076 | Store at 4 °C |
TempAssure 0.2 mL PCR 8-Tube strips | USA Scientific | 1402-4700 | |
Trypan blue stain 0.4% | Thermo Fisher Scientific | T10282 | |
Tumor Dissociation Kit, Human | Miltenyi Biotec | 130-095-929 | Store at -20 °C, prepare enzymes according to kit instructions: Reconstitute lyophilized Enzyme H vial in 3 mL of RPMI 1640 Reconstitute lyophilized Enzyme R vial in 2.7 mL of RPMI 1640 Reconstitute lyophilized Enzyme A vial in 1 mL of Buffer A supplied with the kit. |
Tumor Dissociation Kit, Mouse | Miltenyi Biotec | 130-096-730 | Store at -20 °C, prepare enzymes according to kit instructions: Reconstitute lyophilized Enzyme D vial in 3 mL of RPMI 1640 Reconstitute lyophilized Enzyme R vial in 2.7 mL of RPMI 1640 Reconstitute lyophilized Enzyme A vial in 1 mL of Buffer A supplied with the kit. |
UltraPure Distilled Water | Invitrogen | 10977-015 | Store at 4 °C |
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