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Method Article
ここでは、ホルマリン固定パラフィン包埋組織切片の単離関心領域を用いた質量分析法に基づくプロテオミクス法を確立します。このプロトコールは、アーカイブされたホルマリン固定パラフィン包埋組織切片の特定の組織領域からのプロテオームを解析するために使用されます。
質量分析(MS)ベースのプロテオミクスは、細胞、組織、体液など、幅広い生体サンプルにわたる包括的なプロテオーム分析を可能にします。ホルマリン固定パラフィン包埋(FFPE)組織切片は、長期保存に一般的に使用され、プロテオミクス研究のための貴重なリソースとして浮上しています。研究者は、その保存上の利点に加えて、病理医との共同作業を通じて、正常組織領域から関心領域(ROI)を分離することができます。このような可能性にもかかわらず、ROIの分離、プロテオミクスサンプル調製、MS分析を含むプロテオミクス実験の合理的なアプローチは依然として不足しています。このプロトコルでは、ROIのマクロダイセクション、懸濁液トラップベースのサンプル調製、およびハイスループットMS分析を組み合わせた統合ワークフローを示します。このアプローチにより、病理医によって診断された良性漿液性嚢胞性腫瘍(SCN)と前がん性乳頭状粘液性腫瘍(IPMN)からなる患者のFFPE組織のROIをマクロ解剖、収集、分析し、高いプロテオームカバレッジを実現しました。さらに、2つの異なる膵臓嚢胞性腫瘍間の分子差が見事に同定され、FFPE組織を用いたプロテオミクス研究の進展にこのアプローチが適用可能であることが実証されました。
何十年もの間、外科的に切除されたヒト組織は、ホルマリン固定パラフィン包埋(FFPE)ブロックとしてアーカイブされてきました。これらの組織ブロックは、最初にパラフィンに埋め込まれた3次元(3D)構造を保持します。その後、組織をミクロトームを用いてスライスし、スライドにマウントし、一般的にはヘマトキシリンとエオシン(HE)または免疫組織化学(IHC)で染色して、経験豊富な病理医による病理組織学的診断を容易にします1,2。FFPE組織は、ホルマリンによって誘導されるタンパク質架橋により、酵素活性とタンパク質分解活性が停止するため、長期保存に明確な利点があります3。FFPE組織は、大規模で十分にアーカイブされたサンプルセットの構築をサポートするため、ゲノミクス4、5、6、7など、さまざまな分野でバイオマーカー発見の基礎と見なされてきました。
しかし、液体クロマトグラフィー-質量分析(LC-MS)ベースのプロテオミクスへの応用は、歴史的に課題をもたらしてきました。主な制限は、ホルマリン誘導性タンパク質架橋であり、これはトリプシン消化を妨害します。これは、グローバルプロテオーム解析における重要なステップです8。さらに、組織スライドから少量のタンパク質を回収できるため、従来のサンプル調製法はしばしば不適切です。これらの課題にもかかわらず、進歩は、タンパク質架橋が長期にわたる高温処理によって逆転できることを実証している9,10,11。同時に、少量のタンパク質サンプルに最適化されたサンプル調製法により、プロテオミクス研究におけるFFPE組織の使用が拡大しています12,13,14,15。
プロテオミクスでFFPE組織スライドを使用する大きな利点の1つは、領域特異的な分析を可能にする能力にあります。FFPEスライドには通常、病変と隣接する正常組織(ANT)の両方が含まれています。組織全体を無差別に分析すると、分子シグネチャーが混在するため、結果を混乱させるリスクがあります。対照的に、関心領域(ROI)の単離と解析(病変とANTの比較)により、病理領域に特異的な分子的特徴をより正確に評価することができます。その結果、FFPEベースのアプローチは、プロテオミクス研究16,17,18,19,20においてますます人気が高まっています。その用途が拡大しているにもかかわらず、プロテオミクス実験全体を段階的に記述する合理化されたワークフローはまだ不足しています。特に、ビデオベースのプロトコルは公開されていません。
この研究では、病変特異的領域内の分子変化の正確なプロファイリングに合わせて調整された、頑健な LC-MS ベースのプロテオミクスワークフローが確立されました。2人の病理医によって診断されたFFPE組織を使用して、良性漿液性嚢胞性腫瘍(SCN)および前癌性乳管内乳頭粘液性腫瘍(IPMN)からのROIをマクロに解剖、収集、および分析しました。このプロトコールには、ROIのマクロダイセクション、最小限のタンパク質インプットに最適化された懸濁液トラップベースのサンプル調製、およびナローレンジデータに依存しない取得(DIA)-MS分析が組み込まれています。この方法により、約1cm²の組織領域から9,000を超えるタンパク質を同定し、SCNおよびIPMNに関連する明確なプロテオミクスシグネチャを解読することができました。
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この研究は、ソウル大学病院の治験審査委員会によって審査され、承認されました(IRB No. 1904-114-1028)。すべての参加者は、研究に参加するための書面によるインフォームド コンセントを提供しました。この議定書で使用されるすべての材料に関する詳細情報は、 材料の表に記載されています。
1. プロテオミクスサンプル調製のためのFFPE組織抗原賦活化
注意: メスと使用するチューブなどのすべての材料が無菌であり、相互汚染を避けてください。この研究のプロトコルは、実験室のセットアップに基づいてわずかな変更を加えるだけで、任意のFFPE組織に適合させることができます。
2. FFPE組織タンパク質抽出
3. FFPE組織ライセートのタンパク質定量
注:タンパク質定量のためのほとんどのビシンコニン酸アッセイステップは、わずかな変更を加えた製造元の指示に基づいています。試薬はメーカーのガイドラインに従って調製することをお勧めします。
4. タンパク質のアセトン沈殿
注:アセトン沈殿および懸濁液トラップベースのタンパク質消化には、合計100〜300μgのタンパク質が使用されていることを確認してください。
5. 懸濁液捕捉によるタンパク質消化
注:懸濁液トラップフィルターベースのタンパク質消化手順は、製造元の指示書から若干の変更を加えて適応されました。
6. ペプチド定量
注:定量的比色ペプチドアッセイのほとんどのステップは、製造元の指示からわずかな変更を加えて適応されています。試薬はメーカーのガイドラインに従って調製することをお勧めします。
7. 液体クロマトグラフィー-質量分析
8. プロテオミクス探索のためのデータ解析
注:MS 生データのプロテオミクス検索には、オープンソースツールを使用して LC-MS データフォーマットを変換し、プロテオーム検索を実行しました( 材料表を参照)。データ分析に使用するパラメータについては、 補足ファイル2に詳しく記載されています。オープンソースツールの基本的な使用方法については、 資料の表に含まれているリンクを参照してください。
9. 統計分析
注:差次的に発現するタンパク質を同定するための統計解析のために、オープンソースのツールを使用して単変量解析を行いました(例:スチューデントのt検定; 資料表を参照)。オープンソースツールの基本的な使用方法については、 資料の表に記載されているリンクを参照することをお勧めします。
10. バイオインフォマティクス解析
注:過剰表現解析には、市販のバイオインフォマティクスツールを使用しました(例:Ingenuity経路解析、 資料表を参照)。このツールを使用する前に、製造元の指示を参照することをお勧めします。
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確立された懸濁液トラップフィルターベースのプロテオミクスサンプル調製と、シングルショットデータに依存しない取得によるラベルフリー定量を組み合わせて、膵臓嚢胞性FFPE組織に適用しました(図1)。FFPE 組織プロセッシング中の正確な ROI 単離は、異なる膵臓嚢胞性 FFPE 組織間で達成され(図 2A)、その結果、膵臓嚢?...
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このプロトコルは、スライドガラスに取り付けられたFFPE組織切片から分離されたROIを病理学的診断に利用する、迅速かつ効率的なプロテオミクス法の概要を示しています。外科的介入が有利な場合、がんや嚢胞などの固形新生物を外科的に切除し、病理学的評価のために保存します。長期保存のために、組織をホルマリンに固定し、パラフィン(FFPE)に包埋します。?...
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著者は、宣言する利益相反はありません
この記事のすべての図は、BioRender(http://www.biorender.com)を使用して作成されました。この研究は、韓国国立研究財団(NRF)の助成金(Grant No.RS-2023-00253403 および 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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