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Method Article
여기에서는 포르말린 고정, 파라핀 포매 조직 절편에서 분리된 관심 영역을 사용하여 질량 분석 기반 단백질체학 방법을 확립합니다. 이 프로토콜은 보관된 포르말린 고정, 파라핀 포매 조직 절편의 특정 조직 영역에서 단백질체를 분석하는 데 사용됩니다.
질량분석법(MS) 기반 단백질체학은 세포, 조직 및 체액을 포함한 광범위한 생물학적 샘플에 걸쳐 포괄적인 단백질체 분석을 가능하게 합니다. 장기 보관에 일반적으로 사용되는 포르말린 고정, 파라핀 포매(FFPE) 조직 절편은 단백질체학 연구를 위한 귀중한 자원으로 부상했습니다. 보관의 이점 외에도 연구원들은 병리학자와의 협력을 통해 정상 조직 영역에서 관심 영역(ROI)을 분리할 수 있습니다. 이러한 잠재력에도 불구하고 ROI 분리, 단백질체 시료 전처리 및 MS 분석을 포함하는 단백질체학 실험에 대한 간소화된 접근 방식은 여전히 부족합니다. 이 프로토콜에서는 ROI의 거대 해부, 현탁액 트랩핑 기반 시료 전처리 및 고처리량 MS 분석을 결합한 통합 워크플로우가 제공됩니다. 이 접근법을 통해 병리학자가 진단한 양성 장액성 낭성 신생물(SCN)과 전암성 유두내 유두 점액 신생물(IPMN)로 구성된 환자의 FFPE 조직의 ROI를 거대 절부, 수집 및 분석하여 높은 단백질 커버리지를 얻었습니다. 또한, 두 개의 뚜렷한 췌장 낭성 신생물 사이의 분자 차이가 성공적으로 확인되어 FFPE 조직을 사용한 단백질체학 연구를 발전시키기 위한 이 접근 방식의 적용 가능성을 입증했습니다.
수십 년 동안 외과적으로 절제된 인체 조직은 포르말린 고정, 파라핀 포매(FFPE) 블록으로 보관되어 왔습니다. 이러한 조직 블록은 초기에 파라핀에 내장된 3차원(3D) 구조를 보존합니다. 그런 다음 조직을 마이크로톰(microtomes)을 사용하여 절편화하고, 슬라이드에 장착하고, 일반적으로 헤마톡실린(hematoxylin) 및 에오신(he) 또는 면역조직화학(immunohistochemistry, IHC)으로 염색하여 숙련된 병리학자의 조직병리학적 진단을 용이하게 합니다 1,2. FFPE 조직은 효소 및 단백질 분해 활성을 중단시키는 포르말린에 의해 유도되는 단백질 가교결합으로 인해 장기 보관에 뚜렷한 이점을 제공합니다3. FFPE 조직은 잘 보관된 대규모 샘플 세트의 구성을 지원하기 때문에 유전체학을 포함한 다양한 분야에서 바이오마커 발견을 위한 초석으로 간주되어 왔습니다 4,5,6,7.
그러나 액체 크로마토그래피-질량 분석법(LC-MS) 기반 단백질체학에 적용하는 것은 역사적으로 문제를 제기해 왔습니다. 주요 한계는 포르말린에 의한 단백질 가교결합(formalin-duced protein crosslinking)으로, 이는 트립틱 소화를 방해하는데, 이는 글로벌 단백질체 분석(global proteome analysis)에서 중요한 단계이다8. 또한, 조직 슬라이드에서 회수할 수 있는 단백질의 양이 적기 때문에 기존의 샘플 전처리 방법이 적합하지 않은 경우가 많습니다. 이러한 어려움에도 불구하고 발전은 장기간의 고온 치료를 통해 단백질 가교를 역전시킬 수 있음을 입증했습니다 9,10,11. 동시에 저량 단백질 샘플에 최적화된 샘플 전처리 방법은 단백질체학 연구에서 FFPE 조직의 사용을 확대했습니다 12,13,14,15.
단백질체학에서 FFPE 조직 슬라이드를 사용하는 한 가지 중요한 이점은 영역별 분석을 가능하게 하는 기능에 있습니다. FFPE 슬라이드에는 일반적으로 병변과 인접 정상 조직(ANT)이 모두 포함되어 있습니다. 전체 조직을 무분별하게 분석하면 혼합된 분자 신호로 인해 결과를 혼동할 위험이 있습니다. 이와는 대조적으로, 관심 영역(ROI)을 분리하고 분석하면(병변과 ANT를 비교하여) 병리학적 영역에 특이적인 분자 특징을 보다 정확하게 특성화할 수 있습니다. 결과적으로, FFPE 기반 접근법은 단백질체학 연구에서 점점 더 인기를 얻고 있습니다 16,17,18,19,20. 응용 분야가 성장하고 있음에도 불구하고 전체 단백질체학 실험을 단계별로 설명하는 간소화된 워크플로우는 여전히 부족합니다. 특히 비디오 기반 프로토콜은 공개되지 않았습니다.
이 연구에서는 병변 특이적 영역 내 분자 변화의 정확한 프로파일링을 위해 맞춤화된 강력한 LC-MS 기반 단백질체학 워크플로우를 확립했습니다. 두 명의 병리학자가 진단한 FFPE 조직을 사용하여 양성 장액성 낭포성 신생물(SCN) 및 전암성 관내 유두 점액 신생물(IPMN)의 ROI를 거대 해부, 수집 및 분석했습니다. 이 프로토콜은 ROI의 거대 해부, 단백질 주입 최소화에 최적화된 현탁 트래핑 기반 시료 전처리 및 협소 범위 DIA(Data-Independent Acquisition)-MS 분석을 통합합니다. 이 방법을 통해 약 1cm²의 조직 영역에서 9,000개 이상의 단백질을 식별하여 SCN 및 IPMN과 관련된 뚜렷한 단백질체 서명을 해독할 수 있었습니다.
본 연구는 서울대학교병원 기관심사위원회(IRB No. 1904-114-1028)의 검토 및 승인을 받았다. 모든 참가자는 연구 참여에 대한 서면 동의서를 제공했습니다. 이 프로토콜에 사용된 모든 재료에 대한 자세한 정보는 재료 표에 나와 있습니다.
1. 단백질체학 시료 준비를 위한 FFPE 조직 항원 회수
알림: 메스와 사용된 튜브와 같은 모든 재료가 교차 오염을 방지하기 위해 멸균 상태인지 확인하십시오. 이 연구의 프로토콜은 실험실 설정에 따라 약간의 변형으로 모든 FFPE 조직에 맞게 조정할 수 있습니다.
2. FFPE 조직 단백질 추출
3. FFPE 조직 용해물의 단백질 정량화
참고: 단백질 정량화를 위한 대부분의 비신초닌산 분석 단계는 약간의 수정을 가한 제조업체의 지침을 기반으로 합니다. 제조업체의 지침에 따라 시약을 준비하는 것이 좋습니다.
4. 단백질의 아세톤 침전
참고: 총 100-300μg의 단백질이 아세톤 침전 및 현탁액 트래핑 기반 단백질 분해에 사용되는지 확인하십시오.
5. 현탁액 트래핑 기반 단백질 소화
참고: 현탁액 트래핑 필터 기반 단백질 분해 절차는 제조업체의 지침에 따라 약간의 수정을 가하여 조정되었습니다.
6. 펩타이드 정량화
참고: 정량적 비색 펩타이드 분석의 대부분의 단계는 약간의 수정을 가하여 제조업체의 지침에 따라 조정됩니다. 제조업체의 지침에 따라 시약을 준비하는 것이 좋습니다.
7. 액체 크로마토 그래피 - 질량 분석 분석
8. 단백질체학 검색을 위한 데이터 분석
참고: MS 원시 데이터의 단백질체학 검색을 위해 오픈 소스 도구를 사용하여 LC-MS 데이터 형식을 변환하고 단백질체 검색을 수행했습니다( 재료 표 참조). 데이터 분석에 사용되는 매개변수는 보충 파일 2에 자세히 설명되어 있습니다. 오픈 소스 도구에 대한 기본 사용 지침은 Table of Materials에 포함된 링크를 참조하세요.
9. 통계 분석
참고: 차등적으로 발현된 단백질을 식별하기 위한 통계 분석을 위해 오픈 소스 도구를 사용하여 일변량 분석을 수행했습니다(예: 학생의 t-검정, 재료 표 참조). Table of Materials에 제공된 링크를 통해 오픈 소스 도구에 대한 기본 사용 지침을 참조하는 것이 좋습니다.
10. 생물정보학 분석
참고: 과대 대표 분석에는 상용 생물정보학 도구가 사용되었습니다(예: Ingenuity 경로 분석, 재료 표 참조). 이 도구를 사용하기 전에 제조업체의 지침을 참조하는 것이 좋습니다.
확립된 현탁액 트래핑 필터 기반 단백질체학 시료 전처리는 single-shot 데이터 독립적 획득을 사용한 label-free 정량화와 결합되어 췌장 낭성 FFPE 조직에 적용되었습니다(그림 1). FFPE 조직 처리 중 정확한 ROI 분리는 서로 다른 췌장 낭성 FFPE 조직에서 달성되었으며(그림 2A), 그 결과 각 유형의 췌장 낭성 신생물에 대한 생물학적 삼?...
이 프로토콜은 병리학적 진단을 위해 유리 슬라이드에 장착된 FFPE 조직 절편에서 분리된 ROI를 활용하는 빠르고 효율적인 단백질체학 방법을 간략하게 설명합니다. 외과적 개입이 유리한 경우, 암 및 낭종과 같은 고형 신생물을 외과적으로 절제하고 병리학적 평가를 위해 보존합니다. 장기 보관을 위해 조직은 포르말린으로 고정되고 파라핀(FFPE)에 매립됩니다. 그런 다음 ...
저자는 선언할 이해 상충이 없습니다
이 글의 모든 그림은 BioRender(http://www.biorender.com)로 제작되었습니다. 이 연구는 한국연구재단(NRF)의 지원금(보조금 번호. RS-2023-00253403 및 RS-2024-00454407)을 참조하십시오.
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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