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Method Article
Qui, stabiliamo un metodo proteomico basato sulla spettrometria di massa utilizzando regioni isolate di interesse in sezioni di tessuto fissate in formalina e incluse in paraffina. Questo protocollo viene utilizzato per analizzare il proteoma proveniente da specifiche aree tissutali in sezioni di tessuto archiviate fissate in formalina e incluse in paraffina.
La proteomica basata sulla spettrometria di massa (MS) consente un'analisi completa del proteoma su un'ampia gamma di campioni biologici, tra cui cellule, tessuti e fluidi corporei. Le sezioni di tessuto fissate in formalina e incluse in paraffina (FFPE), comunemente utilizzate per l'archiviazione a lungo termine, sono emerse come risorse preziose per gli studi proteomici. Oltre ai vantaggi dell'archiviazione, i ricercatori possono isolare le regioni di interesse (ROI) dalle normali regioni dei tessuti attraverso sforzi collaborativi con i patologi. Nonostante questo potenziale, rimane carente un approccio semplificato per gli esperimenti proteomici che comprenda l'isolamento del ROI, la preparazione del campione proteomico e l'analisi MS. In questo protocollo, viene presentato un flusso di lavoro integrato che combina la macrodissezione delle ROI, la preparazione del campione basata sul trapping in sospensione e l'analisi MS ad alto rendimento. Attraverso questo approccio, le ROI dei tessuti FFPE dei pazienti, costituite da neoplasie cistiche sierose benigne (SCN) e neoplasie mucinose papillari intraduttali precancerose (IPMN) diagnosticate dai patologi, sono state macrodissezionate, raccolte e analizzate, con conseguente elevata copertura del proteoma. Inoltre, sono state identificate con successo differenze molecolari tra le due distinte neoplasie cistiche pancreatiche, dimostrando così l'applicabilità di questo approccio per far progredire la ricerca proteomica con tessuti FFPE.
Per decenni, i tessuti umani asportati chirurgicamente sono stati archiviati come blocchi fissati in formalina e inclusi in paraffina (FFPE). Questi blocchi di tessuto inizialmente conservano la struttura tridimensionale (3D) incorporata nella paraffina. I tessuti vengono successivamente tagliati utilizzando microtomi, montati su vetrini e colorati, comunemente con ematossilina ed eosina (HE) o immunoistochimica (IHC), per facilitare la diagnosi istopatologica da parte di patologi esperti 1,2. I tessuti FFPE offrono vantaggi distinti per la conservazione a lungo termine grazie alla reticolazione proteica indotta dalla formalina, che interrompe l'attività enzimatica e proteolitica3. Poiché supportano la costruzione di set di campioni di grandi dimensioni e ben archiviati, i tessuti FFPE sono stati considerati una pietra miliare per la scoperta di biomarcatori in diversi campi, tra cui la genomica 4,5,6,7.
Tuttavia, la loro applicazione nella proteomica basata sulla cromatografia liquida-spettrometria di massa (LC-MS) ha storicamente posto delle sfide. Una limitazione chiave è la reticolazione proteica indotta dalla formalina, che interferisce con la digestione triptica, un passaggio critico nell'analisi globale del proteoma8. Inoltre, la piccola quantità di proteine recuperabili dai vetrini di tessuto rende spesso inadatti i metodi convenzionali di preparazione dei campioni. Nonostante queste sfide, i progressi hanno dimostrato che le reticolazioni proteiche possono essere invertite attraverso un trattamento prolungato ad alta temperatura 9,10,11. Allo stesso tempo, i metodi di preparazione dei campioni ottimizzati per campioni proteici di bassa quantità hanno ampliato l'uso dei tessuti FFPE nella ricerca proteomica 12,13,14,15.
Un vantaggio significativo dell'utilizzo dei vetrini tissutali FFPE in proteomica risiede nella loro capacità di consentire un'analisi region-specific. I vetrini FFPE contengono tipicamente sia lesioni che tessuto normale adiacente (ANT). L'analisi indiscriminata dell'intero tessuto rischia di confondere i risultati a causa di firme molecolari miste. Al contrario, l'isolamento e l'analisi delle regioni di interesse (ROI) - lesioni rispetto a ANT - consente una caratterizzazione più precisa delle caratteristiche molecolari specifiche delle regioni patologiche. Di conseguenza, gli approcci basati su FFPE sono diventati sempre più popolari negli studi di proteomica 16,17,18,19,20. Nonostante la loro crescente applicazione, un flusso di lavoro semplificato che descriva l'intero esperimento proteomico passo dopo passo rimane ancora scarso. In particolare, non è stato pubblicato un protocollo basato su video.
In questo studio, è stato stabilito un robusto flusso di lavoro proteomico basato su LC-MS su misura per la profilazione accurata dei cambiamenti molecolari all'interno di regioni specifiche della lesione. Utilizzando tessuti FFPE diagnosticati da due patologi, sono stati macrodissezionati, raccolti e analizzati i ROI delle neoplasie sierose cistiche benigne (SCN) e delle neoplasie mucinose papillari intraduttali precancerose (IPMN). Il protocollo incorpora una macrodissezione delle ROI, una preparazione del campione basata sull'intrappolamento in sospensione ottimizzata per input proteici minimi e l'analisi DIA)-MS con acquisizione indipendente dai dati (DIA) a intervallo ristretto. Questo metodo ha permesso l'identificazione di oltre 9.000 proteine da aree tissutali di circa 1 cm², decifrando distinte firme proteomiche associate a SCN e IPMN.
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Questo studio è stato esaminato e approvato dall'Institutional Review Board dell'Ospedale Universitario Nazionale di Seoul (IRB n. 1904-114-1028). Tutti i partecipanti hanno fornito il consenso informato scritto per partecipare allo studio. Informazioni dettagliate su tutti i materiali utilizzati in questo protocollo sono presentate nella Tabella dei materiali.
1. Recupero dell'antigene tissutale FFPE per la preparazione di campioni di proteomica
NOTA: Assicurarsi che i bisturi e tutti i materiali, come il tubo utilizzato, siano sterili per evitare qualsiasi contaminazione incrociata. I protocolli di questo studio possono essere adattati per qualsiasi tessuto FFPE con piccole modifiche in base alla configurazione di laboratorio.
2. Estrazione di proteine tissutali FFPE
3. Quantificazione proteica del lisato tissutale FFPE
NOTA: La maggior parte delle fasi del dosaggio dell'acido bicinconinico per la quantificazione delle proteine si basano sulle istruzioni del produttore con piccole modifiche. Si raccomanda di preparare i reagenti secondo le linee guida del produttore.
4. Precipitazione dell'acetone delle proteine
NOTA: Assicurarsi che un totale di 100-300 μg di proteine venga utilizzato per la precipitazione dell'acetone e la digestione delle proteine basata sulla cattura in sospensione.
5. Digestione delle proteine basata sul intrappolamento in sospensione
NOTA: La procedura di digestione delle proteine basata su filtro per l'intrappolamento delle sospensioni è stata adattata dalle istruzioni del produttore con piccole modifiche.
6. Quantificazione dei peptidi
NOTA: La maggior parte delle fasi del saggio quantitativo colorimetrico dei peptidi è adattata dalle istruzioni del produttore con piccole modifiche. Si raccomanda di preparare i reagenti secondo le linee guida del produttore.
7. Analisi di cromatografia liquida-spettrometria di massa
8. Analisi dei dati per la ricerca proteomica
NOTA: Per la ricerca proteomica dei dati grezzi MS, sono stati utilizzati strumenti open source per convertire il formato dei dati LC-MS ed eseguire la ricerca del proteoma (fare riferimento alla Tabella dei materiali). I parametri utilizzati per l'analisi dei dati sono descritti in dettaglio nel File Supplementare 2. Per le istruzioni di base sull'uso degli strumenti open source, fare riferimento al collegamento incluso nella Tabella dei materiali.
9. Analisi statistica
NOTA: Per l'analisi statistica per identificare le proteine differenzialmente espresse, è stato utilizzato uno strumento open-source per eseguire l'analisi univariata (ad esempio, il t-test di Student; fare riferimento alla Tabella dei Materiali). Si consiglia di fare riferimento alle istruzioni di base per l'uso dello strumento open source tramite il link fornito nella Tabella dei materiali.
10. Analisi bioinformatica
NOTA: Per l'analisi della sovrarappresentazione è stato utilizzato uno strumento bioinformatico commerciale (ad esempio, l'analisi del percorso Ingenuity, fare riferimento alla Tabella dei Materiali). Prima di utilizzare questo strumento, si consiglia di fare riferimento alle istruzioni del produttore.
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La consolidata preparazione del campione di proteomica basata su filtro per l'intrappolamento in sospensione, combinata con la quantificazione senza marcatura utilizzando l'acquisizione indipendente dai dati a colpo singolo, è stata applicata ai tessuti FFPE cistici pancreatici (Figura 1). L'isolamento preciso del ROI durante il processamento del tessuto FFPE è stato ottenuto su diversi tessuti FFPE cistici pancreatici (Figura 2A
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Questo protocollo delinea un metodo di proteomica rapido ed efficiente che utilizza ROI isolate da sezioni di tessuto FFPE montate su vetrini per la diagnosi patologica. Quando l'intervento chirurgico è vantaggioso, le neoplasie solide come i tumori e le cisti vengono resecate chirurgicamente e conservate per la valutazione patologica. Per la conservazione a lungo termine, i tessuti sono fissati in formalina e incorporati in paraffina (FFPE). I blocchi di tessuto FFPE vengono quindi sez...
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Gli autori non hanno alcun conflitto di interessi da dichiarare
Tutte le figure in questo articolo sono state create con BioRender (http://www.biorender.com). Questo lavoro è stato sostenuto da una sovvenzione della National Research Foundation of Korea (NRF) (Grant No. RS-2023-00253403 e RS-2024-00454407).
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.1% FA in ACN (LC-MS grade) | Fisher Chemical | LS120-212 | |
0.1% FA in Water (LC-MS grade) | Fisher Chemical | LS118-4 | |
0.5M TCEP | Thermo Scientific | 77720 | |
10% SDS | Invitrogen | 2679093 | |
1M TEAB (pH 8.5) | Sigma-Aldrich | 102545001 | |
1M Tris-cl (pH 8.5) | BIOSOLUTION | BTO21 | |
A-14C centrifuge | Satorious | 167709 | |
Acetone (HPLC grade) | Fisher Scientific | A949-4 | |
ACN (HPLC grade) | J.T.Baker | 9017-88 | |
CHCl3 (HPLC grade) | Thermo Scientific | 022920.k2 | |
CR paper | ADVANTEC | 70406001 | |
DIA-NN ver 1.9 | Open source | https://github.com/vdemichev/DiaNN | Proteomics Search Engine |
EPOCH2 microplate reader | Agilent | 2106208 | |
Ethanol | MERCK | K50505283 836 | |
FA (LC-MS grade) | Fisher Chemical | A117-50 | |
Ingenuity Pathway Analysis (IPA) | QIAGEN | 830018 | Bioinformatics tool |
Lyophilizer (SRF110R+vaper trap) | Thermo Scientific | SRF-110-115 | |
MeOH (HPLC grade) | MERCK | UN1230 | |
Microplate BCA protein Assay kit-Reducing Agent Compatible | Thermo Scientific | 23252 | |
MSConvert | Open source | http://proteowizard.sourceforge.net/tools.shtml | MS data transformation software |
Orbitrap Exploris 480 | Thermo Scientific | MA10813C | MS |
PepMAP RSLC C18 separation column | Thermo Scientific | ES903 | |
Perseus | Open source | https://cox-labs.github.io/coxdocs/perseus_instructions.html | Statistical tool |
PIERCE chloroacetamide No-Weigh Format | Thermo Scientific | A39270 | |
PIERCE Quantitative colorimetric peptide Assay | Thermo Scientific | 23275 | |
Plate shaker | Green SSeriker | VS-202D | |
Probe sonicator | VibraCellTM | VCX750 | |
Protein LoBind Tube 1.5 mL | Eppendorf | 22431081 | |
QSP 10 µL pipette Tip | Thermo Scientific | TLR102RS-Q | |
QSP 300 µL pipette Tip | Thermo Scientific | TLR106RS-Q | |
Scalpel | Bard-Parker | 372615 | |
S-Trap: Rapid Universal MS sample Prep | PROTIFI | CO2-mini-40 | |
SureSTART Vial 0.2 mL | Thermo Scientific | 6pk1655 | |
TFA | Sigma-Aldrich | 102614284 | |
ThermoMixer C | Eppendorf | 5382 | |
Trypsin/Lys-C (LC-MS grade) | Promega | V5073 | |
Vanquish NEO | Thermo Scientific | 8348249 | LC |
Water (HPLC grade) | Honeywell | AH365-4 | |
Xcalibur ver 4.7 | Thermo Scientific | 30966 | MS data acquisition software |
Xylene | Sigma-Aldrich | 102033629 |
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