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Method Article
* 이 저자들은 동등하게 기여했습니다
이 프로토콜은 단일 세포 RNA 염기서열 분석을 위해 인간 및 마우스 종양 샘플을 빠르게 해리하는 절차를 간략하게 설명합니다.
인간 종양 샘플은 미세환경과 면역 레퍼토리에 대한 많은 정보를 보유하고 있습니다. 인체 조직 샘플을 생존 가능한 세포 현탁액으로 효과적으로 해리하는 것은 단일 세포 RNA 염기서열분석(scRNAseq) 파이프라인에 필요한 입력입니다. 벌크 RNA 염기서열분석 접근법과 달리 scRNAseq를 사용하면 단일 세포 수준에서 종양 검체의 전사 이질성을 추론할 수 있습니다. 최근 몇 년 동안 이 접근법을 통합함으로써 면역 및 종양 세포 상태를 식별하고 면역 요법 및 기타 유형의 치료에 대한 임상 반응과 관련된 프로그램과 같은 많은 발견으로 이어졌습니다. 또한, 해리된 조직에 적용되는 단일 세포 기술은 DNA 바코드 항체(CITEseq)를 사용하여 접근 가능한 염색질 영역, T 및 B 세포 수용체 레퍼토리, 단백질 발현을 식별하는 데 사용할 수 있습니다.
해리된 샘플의 생존율과 품질은 단일 세포와 주변 RNA의 교차 오염, 데이터 품질 및 해석에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 이러한 기술을 사용할 때 중요한 변수입니다. 또한, 긴 해리 프로토콜은 민감한 세포 집단을 제거하고 스트레스 반응 유전자 서명의 상향 조절로 이어질 수 있습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 우리는 여러 유형의 인간 및 쥐 종양에 대해 검증된 신속한 보편적 해리 프로토콜을 고안했습니다. 이 과정은 기계적 및 효소적 해리로 시작하여 여과, 적혈구 용해 및 살아있는 시체 농축으로 이어지며, 세포 투입이 적은 샘플(예: 바늘 코어 생검)에 적합합니다. 이 프로토콜은 Gel Bead-In Emulsion(GEM), 바코드 및 시퀀싱의 성공적인 생성에 가장 중요한 깨끗하고 실행 가능한 단일 세포 현탁액을 보장합니다.
암 연구의 많은 발전으로 면역 및 종양 세포에서 발현되는 억제 수용체를 표적으로 하는 관문 차단 억제제(checkpoint blockade inhibitors)가 개발되어 FDA의 승인을 받았지만, 치료 내성 및 환자 반응을 유도하는 메커니즘을 규명하는 것은 여전히 어려운 과제로 남아 있습니다1. 분자 다양성에 대한 종양의 이질성과 종양 세포와 면역 미세환경 간의 복잡한 상호 작용을 특성화하는 복잡한 과제로 인해 이 복잡한 생태계를 단일 세포 해상도로 해부하기 위한 새로운 접근 방식이 필요합니다. 종양과 종양의 미세환경 내의 분자 복잡성을 이해하는 것은 치료 전략을 발전시키고 암 진행의 기저에 있는 복잡한 생물학을 해독하는 데 중추적인 역할을 합니다2. 단일 세포 RNA 염기서열 분석(scRNA-seq)은 복잡한 종양 샘플 내 개별 세포에 대한 고분해능 분석을 제공하기 때문에 점점 더 대중화되고 있습니다 3,4.
유전적, 후성유전학적, 표현형의 다양성을 포괄하는 종양 이질성은 암 생물학의 복잡성을 밝히는 데 어려움을 제기한다5. 벌크 RNA 염기서열분석의 기존 방법은 종양 내에 존재하는 이질적인 세포 집단의 고유한 발현 프로파일과 표현형을 모호하게 하는 경향이 있는데, 이는 이러한 방법이 전체 세포 집단에서 신호를 평균화하기 때문이다4. 대조적으로, scRNA-seq는 개별 세포 유형을 해부할 수 있어 다양한 유전자 발현, 억제 패턴 및 세포 상태를 밝혀낼 수 있습니다 4,6. scRNA-seq의 전제는 개별 세포의 유전 및 분자 서명을 해독할 수 있는 능력에 있으며, 이는 새로운 암 치료제를 발견하는 데 엄청난 가능성을 가지고 있습니다7.
종양 세포와 주변 기질 및 면역 세포의 유전자 발현 프로파일을 해독함으로써 연구자들은 새로운 치료 표적을 식별하고 개별 환자에 맞는 정밀 유전 의학 전략을 개발할 수 있습니다6. 또한, 종양 미세환경 내에서 면역 레퍼토리를 해부하면 종양 세포와 면역 효과기 간의 상호 작용에 대한 중요한 통찰력을 제공하여 면역 치료 개입을 위한 길을 닦을 수 있습니다3. 임상 샘플에 scRNAseq를 사용하는 기술의 발전에도 불구하고 처리 단계 중 몇 가지 문제가 발생하면 세포의 RNA 무결성, 생존력 및 생성된 데이터의 품질에 해를 끼칠 수 있습니다. 더욱이, 세포 생존율이 낮은 조직을 처리하면 개별 세포의 캡슐화 중에 생성된 액적의 주변 RNA 수준이 증가하여 세포 유형의 교차 오염 및 잘못된 주석이 발생할 수 있으며, 37°C에서 수행되는 긴 해리 프로토콜은 여러 세포 유형에서 스트레스 반응 유전자 서명의 상향 조절로 이어질 수 있습니다 8,9, 10.
이 프로토콜에 요약된 단계적 절차(그림 1A)는 종양의 신속한 기계적 및 효소적 해리로 시작하여 각 종양 샘플의 생존력에 따라 여과 및 죽은 세포 제거로 이어집니다. 현재 이 시술은 흑색종11, 결장직장12, 두경부 편평세포암13, 췌장 및 폐(미공개 데이터) 종양 샘플에서 검증되었습니다. 이러한 기술은 다운스트림 분석에 중요한 고품질의 생존 가능한 세포 현탁액의 생성을 보장합니다14. 특히, 합성된 RNA가 없는 적혈구를 제거하는 것은 샘플을 정제하기 위해 필수적입니다15. 세포 수의 후속 평가와 죽은 세포의 제거는 성공적인 10x Genomics Gel bead-in Emulsion(GEM) 생성, 바코드 및 민감한 집단(예: 호중구 및 상피 세포)의 배제를 위태롭게 하지 않으면서 전사체 및 염기서열 세포의 회수율을 높이기 위한 전제 조건입니다16. 이러한 단계는 종양 샘플9,10 내에서 단일 세포 분해능 분석의 잠재력을 발휘하고, 혁신적인 치료 개입을 추진하는 데 필요한 새로운 유전자 발현 프로필 및 면역 서명을 발견하고, 새로운 종양 취약성을 식별하는 데 필수적입니다.
이 연구는 인체 조직 샘플링에 관한 모든 기관 지침을 준수했습니다. 환자로부터 정보에 입각한 동의를 받았으며 식별 가능한 샘플 데이터는 익명으로 처리되었습니다. 검체는 수술실에서 채취하여 RPMI, 식염수 또는 PBS 용액에 넣고 연구에 사용하기 전에 병리학 부서를 통해 암으로 확인합니다. 표시된 경우를 제외한 모든 단계는 4 °C 또는 얼음 위에서 수행해야 합니다. 인체 조직을 처리할 때 생물 안전 후드 내부에서 작업하십시오. 이 프로토콜에 사용된 모든 재료, 시약 및 기기에 대한 자세한 내용은 재료 표를 참조하십시오.
1. 샘플 얻기
2. 기계적 및 효소적 소화
3. 샘플 필터링
4. 적혈구 용해
5. 세포 계수
6. 데드 셀 제거 - 키트 1
알림: 죽은 세포 제거 시약을 사용할 때는 쉽게 오염될 수 있으므로 생물 안전 후드 내부에서 작업하십시오.
7. 데드 셀 제거 - 키트 2
알림: 키트 시약을 사용할 때는 생물 안전 후드 내부에서 작업하십시오.
RPMI에 현탁된 흑색종 생검을 얻어 즉시 얼음 위에 놓았습니다. 샘플을 420μL의 RPMI와 분해 효소가 들어 있는 1.5mL 미세 원심분리기 튜브로 옮기고 가위를 사용하여 작은 조각으로 다진 다음 37°C의 수직으로 배치된 열 믹서에서 15분 동안 후속 효소 분해를 거쳤습니다(그림 1). 분해 후 50μm 멸균 일회용 필터를 통해 샘플을 여과하고 필터를 새 RPMI로 세척하여 세포 수율을 높였습...
이 프로토콜은 10x Genomics 미세유체 시스템을 사용하여 scRNA 염기서열분석을 위해 인간 또는 쥐 종양 샘플을 단일 세포 현탁액으로 해리하는 방법을 설명합니다. 종종 희귀 암에서 유래하거나 쥐 종양에 대한 진행 중인 임상 시험 또는 장기 실험의 일부인 조직을 처리할 때 샘플은 모든 단계 사이에 최적으로 신중하게 보존되어야 합니다. 모든 단계는 실온에서 장기간 작업하면 전사체 품질에 영향?...
M.S-F. Bristol Myers-Squibb, Istari Oncology로부터 자금을 지원받았으며 Galvazine Therapeutics의 컨설턴트였습니다.
이 연구는 Adelson Medical Research Foundation(AMRF), Melanoma Research Alliance(MRA) 및 U54CA224068의 지원을 받았습니다. 그림 1, 그림 4 및 그림 5 는 BioRender.com 로 만들어졌습니다.
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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