Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
В данной работе мы представляем протокол полуавтоматической экстракции ДНК из фиксированных формалином парафин-интегральных поражений сонных артерий человека. Лизис тканей выполняется без токсичного ксилола, за которым следует автоматизированный протокол экстракции ДНК, включающий второй этап лизиса, связывание ДНК с парамагнитными частицами для связывания на основе целлюлозы, этапы промывки и элюирования ДНК.
Фиксированные формалином ткани, залитые парафином (FFPE), представляют собой ценный источник для молекулярного анализа и клинических геномных исследований. Эти ткани часто бедны клетками или трудно поддаются обработке. Поэтому нуклеиновые кислоты нужно тщательно выделять. В последние годы были разработаны различные методы выделения ДНК для тканей от многих заболеваний, в основном от рака. К сожалению, геномная ДНК, извлеченная из тканей FFPE, сильно деградирует из-за перекрестных связей между нитями нуклеиновых кислот и белками, а также случайных разрывов последовательности. Таким образом, качество ДНК из этих образцов заметно снижается, что затрудняет проведение дальнейших молекулярных анализов. Другими проблемами сложных тканей являются, например, недостаток клеток в кальцинированных атеросклеротических поражениях человека и жировой ткани, небольшие биопсии кожи и, следовательно, низкая доступность желаемых нуклеиновых кислот, как это также имеет место в старых или фиксированных тканях.
В наших лабораториях мы разработали метод экстракции ДНК из фиксированных формалином атеросклеротических поражений с использованием полуавтоматической системы выделения. Мы сравнили этот метод с другими коммерчески доступными протоколами экстракции и сосредоточились на дальнейших анализах по технологической цепочке. Чистоту и концентрацию ДНК измеряли методами спектрометрии и флуориметрии. Оценивалась степень фрагментации и общее качество.
Наибольшее количество и качество ДНК было получено при использовании модифицированного протокола ДНК крови для автоматизированной системы экстракции, а не коммерческого протокола FFPE. Благодаря этому пошаговому протоколу выход ДНК из образцов FFPE был в среднем в четыре раза выше, и меньшее количество образцов не прошло процесс экстракции, что имеет решающее значение при работе с биопсией малых сосудов. Размеры ампликонов от 200–800.о. могут быть обнаружены с помощью ПЦР. Это исследование показывает, что, хотя ДНК, полученная из нашей ткани FFPE, сильно фрагментирована, она все же может быть использована для успешной амплификации и секвенирования более коротких продуктов. В заключение следует отметить, что в наших руках автоматизированная технология представляется лучшей системой для экстракции ДНК, особенно для небольших образцов тканей FFPE.
Фиксация формалина с последующим заделыванием парафина (FFPE) является стандартной процедурой для долгосрочного сохранения патологического образца в биобанке1. Эти образцы представляют собой ценный источник для гистологических исследований, а также молекулярных анализов, особенно генетических исследований2. Другими преимуществами тканей FFPE являются лучшее долгосрочное хранение, более низкие затраты и более простые условия хранения. Наша цель состоит в том, чтобы предоставить надежный и простой в использовании протокол для воспроизводимого выделения нуклеиновых кислот из небольших количеств срезов FFPE, поскольку высококачественная экстракция ДНК является первым важным шагом в широком спектре молекулярных методов, а ткани FFPE являются наиболее доступным источником образцов.
Новые научные подходы, такие как секвенирование нового поколения (NGS) и «омиксные» исследовательские подходы, требуют высокого качества нуклеиновых кислот 3,4,5. Извлечение ДНК из образцов тканей FFPE остается сложной задачей. ДНК из образцов FFPE может сильно различаться по качеству и количеству в зависимости от ее возраста и условий фиксации. Формалин, наиболее часто используемое соединение, приводит к сшивке ДНК-белка 6,7,8 и вызывает неспецифический случайный разрыв нуклеотидной последовательности9. Это может существенно повлиять на последующие геномные анализы, поскольку сшивание может привести к отключению амплификации полимеразной цепной реакции (ПЦР) 6,10. Из-за загрязнений в процессе фиксации чистота ДНК, выделенной из образцов FFPE, часто ограничена. В последние годы были разработаны различные методы выделения ДНК, в основном из образцов раковых тканей 2,11,12,13.
В целом, протоколы экстракции нуклеиновых кислот из ткани FFPE можно дифференцировать на три основные группы. Первая, наиболее часто используемая группа способов включает коммерчески доступные колонные системы14 на основе диоксида кремния. Вторая группа включает в себя методы ручной экстракции в органической фазе фенолом и хлороформом, впервые описанные Джозефом Сэмбруком и Дэвидом В. Расселом15. В качестве третьей группы в последние годы были созданы автоматизированные системы, такие как системы работы с жидкостями, а также системы на основе парамагнитныхчастиц16. Каждая из трех названных систем имеет различные преимущества и недостатки, такие как опасные химические вещества (например, ксилол, фенол, хлороформ), высокая стоимость17, рабочая сила18 и затраты времени19. В частности, для сложных образцов тканей, а также для высокопроизводительных анализов стандартизация, воспроизводимость, относительно низкие затраты времени, трудозатрат и затрат являются наиболее важными характеристиками при поиске подходящего метода выделения нуклеиновыхкислот20. Известно, что автоматизированные методы экстракции показывают лучшие воспроизводимые результаты и более чувствительны к небольшим биопсиям. Кроме того, требуется меньшее количество ткани или крови, а риск засорения системы из-за большого количества парафина снижается. Несмотря на то, что машины для автоматизированной экстракции нуклеиновых кислот и необходимые наборы стоят дороже по сравнению с ручными методами, они все же убедительны благодаря менее проблематичным процессам экстракции. Поиск литературы предоставляет множество публикаций, которые иллюстрируют прямое сравнение между ручными, колоночными и автоматизированными методами экстракции ДНК и РНК из различных тканей и организмов, таких как растения, животные и человек, а также клеток в культуре 20,21,22. В литературе также присутствуют доказательства того, что ДНК и РНК, выделенные из 10-летней замороженной ткани, могут быть использованы для последующих анализов, таких как ПЦР, количественная ПЦР, NGS, анализ метилирования и клонирование 9,23,24,25,26.
Основной проблемой, например, со стареющей сосудистой тканью человека, а также с небольшими биопсиями тканей, особенно с образцами FFPE, является нехватка клеток в сильно кальцинированных атеросклеротических поражениях, что, в свою очередь, приводит к низким концентрациям нуклеиновых кислот1. Несмотря на то, что уже разработано и широко используется несколько методов экстракции ДНК из тканей FFPE, ручные методы подготовки образцов требуют длительного времени работы27 , а для депарафинизациинеобходимы токсичные реагенты, такие как ксилол или фенол. Как уже было описано, процесс депарафинизации является важнейшим трудоемким этапом (например, около 30 минут), который заметно влияет на качество и количество экстрагированной ДНК (например, токсическое воздействие на ДНК, такое как фрагментация и деградация раствора депарафинизации и высокие температуры)28. Недавно разработанные новые протоколы экстракции ДНК сосредоточены на использовании других нетоксичных решений для депарафинизации, стратегий восстановления и автоматизированных технологий гранулирования. В частности, было показано, что автоматизированные и полуавтоматические методы успешны в экстракции ДНК с эффективным восстановлением, отсутствием перекрестного загрязнения и простотойработы. Мы разработали протокол, который преодолевает эти ограничения. В результате, наша технология позволяет сократить обработку и время работы при самых высоких количественных и качественных стандартах.
В частности, для воспроизводимых высокопроизводительных анализов, таких как генотипирование, эпигеномные исследования и секвенирование РНК, обработка образцов FFPE с помощью систем очистки на основе колонок часто является сложной и трудоемкой (например, длительные этапы депарафинизации, засорение колонки и длительное время ручного труда). Основной проблемой является засорение силикатных мембран из-за большого количества парафина. Другими обстоятельствами, которые могут ухудшить выделение высококачественных нуклеиновых кислот, являются небольшие количества тканей, таких как микробиопсия кожи, мелкая мышиная ткань, очень жирная или кальцинированная ткань в виде бляшек, окостенелая ткань и старые образцы. Особенно в диагностике и криминалистике, автоматизированные и полуавтоматические системы, такие как работа с жидкостями или методы экстракции на основе парамагнитных частиц, становятся все более и более важными за последниенесколько лет, в основном из-за относительно короткого времени работы и возможности стандартизации. Большинство уже опубликованных протоколов идеально подходят для гладких тканей с высоким или средним количеством клеток, таких как биопсия опухоли или растительная ткань 13,22,32. Литература о методах полуавтоматических методов на основе частиц, используемых для выделения ДНК из относительно труднообрабатываемых тканей, таких как неподвижные одиночные клетки, кальцинированные сосуды, богатые коллагеном ткани и жировые ткани с низким числом клеток, описана слабо33.
В данном исследовании описан оптимизированный полуавтоматический метод выделения ДНК из сосудистых парафиновых срезов, сравнивая его с двумя ручными протоколами на основе колонок. Для валидации использовались количество, чистота и степень фрагментации ДНК. Коммерчески доступный протокол анализа ДНК крови был использован в качестве отправной точки, а ручные этапы полуавтоматической системы были впоследствии оптимизированы для использования FFPE, а также свежезамороженных образцов тканей из тканей человека и животных, сочетая этапы из FFPE и тканевого протокола. Автоматизированный шаг этого протокола предустановлен на приборе и зависит от используемого набора (в данном случае набора ДНК крови). С помощью описанной полуавтоматической системы на основе картриджей можно выделять ДНК из крови, свежезамороженных тканей, фиксированных формалином тканей и даже отдельных клеток с помощью одного и того же протокола, машины, набора и расходных материалов, вместо использования разных протоколов и наборов для инструмента, как это рекомендует компания. Существуют лишь незначительные различия в протоколах, такие как один буфер и некоторое время инкубации для различных применений, что делает этот протокол очень полезным для извлечения ДНК из всех видов тканей. Наш протокол в первую очередь оптимизирован для кальцинированных, бедных клетками и фиброзной сосудистой ткани человека, но, конечно, может быть использован и дополнительно оптимизирован для всех видов сложных тканей, упомянутых выше.
Подводя итог, можно сказать, что для исследователей в области сердечно-сосудистых заболеваний, работающих с атеросклерозом (например, аорты, сонных артерий, коронарных артерий), мы предоставляем простой в использовании, пошаговый протокол для полуавтоматической экстракции ДНК из образцов сосудистых FFPE.
Разрешение на сбор образцов атеросклеротических сонных артерий человека в нашем биобанке было одобрено местным Комитетом по этике больниц (2799/10, Ethikkommission der Fakultät für Medizin der Technischen Universität München, Мюнхен, Германия). От всех пациентов было получено письменное информированное согласие. Эксперименты проводились в соответствии с принципами Хельсинкской декларации.
1. Подготовка тканей
2. Растворение липидов и депарафинизация
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот этап необходим для депарафинизации и переваривания липидов. Используемый буфер менее токсичен, чем коммерческие растворы депарафинизации.
3. Переваривание проб и белков
ПРИМЕЧАНИЕ: Естественное пищеварение с протеазой К имеет решающее значение для получения чистых экстрактов ДНК без белков. Он также уменьшает количество загрязняющих белков. Кроме того, нуклеазы также разрушаются для сохранения ДНК34. Этот ночной этап также необходим для полного разложения образца.
4. Лизис клеток
5. Подготовка предварительно выданных картриджей
6. Автоматизированная экстракция ДНК
7. Завершите забег
Для составления протокола использовали 5 тканевых блоков FFPE у пациентов с атеросклерозом сонной артерии. ДНК выделяли с помощью оптимизированного полуавтоматического протокола (набор С), а также с помощью двух коммерчески доступных ручных протоколов на основе колон?...
Методы экстракции ДНК из ткани FFPE различаются по качеству и количеству выделенной ДНК, что неизбежно влияет на эффективность дальнейших анализов. Таким образом, автоматизация становится императивом для улучшения рабочего процесса и стандартизации, а также управлен?...
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Создание протокола автоматизированной экстракции ДНК было поддержано доктором Паулем Мушлером из компании Promega. Мы благодарим Пауля Мушлера за его поддержку и научный вклад. Мы также благодарим нашего коллегу доктора Морица фон Шайдта (Немецкий кардиологический центр в Мюнхене) за предоставление нам инструмента Максвелла и за поддержку экспериментальной части. Все эксперименты проводились в лабораториях Немецкого кардиологического центра (Мюнхен, Германия) и Klinikum rechts der Isar (Мюнхен, Германия). Исследование финансировалось DFG (PE 900/6-1).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1.5 ml tubes for sample incubation | Eppendorf, Hamburg, Germany | 30120086 | |
1-Thioglycerol | Promega, Walldorf, Germany | A208 | |
Agilent tape station software 3.2 | Agilent, Waldbronn, Germany | ||
dsDNA HS Kit | ThermoFisher Scientific, Schwerte, Germany | Q32851 | |
FFPE DNA Purification Kits (Kit A) | Norgene Biotek, Heidelberg, Germany | 47400 | |
FFPE tissue samples n=5 | Munich Vascular Biobank,Munich, Germany | ||
GeneRead DNA FFPE Kit (Kit B) | Qiagen, Hilden, Germany | 180134 | |
Heating blocks, set to 80°C and 65°C | VWR,Darmstadt,Germany | 460-0250 | |
High Sensitivity D5000 reagents | Agilent, Waldbronn, Germany | 5067-5593 | |
High Sensitivity D5000 ScreenTape | Agilent, Waldbronn, Germany | 5067-5592 | |
Incubation Buffer | Promega, Walldorf, Germany | D920 | |
Maxwell Blood Kit RSC including: Lysis Buffer, Elution Buffer, Proteinase K | Promega, Walldorf, Germany | AS1400 | |
Maxwell RSC 48 Instrument | Promega, Walldorf, Germany | AS8500 | |
Microcentrifuge | Eppendorf, Hamburg, Germany | ||
NanoDrop 2000c Spectrometer | ThermoFisher Scientific, Schwerte, Germany | ND-2000C | |
Optical caps | Agilent, Waldbronn, Germany | 401425 | |
Optical tube strips | Agilent, Waldbronn, Germany | 401428 | |
Pipettors and pipette tips | Eppendorf, Hamburg, Germany | ||
Prism 6 for statistics, version 6.01 | GraphPad Inc., San Diego, California | ||
Qubit 3.0 Fluorometer | ThermoFisher Scientific, Schwerte, Germany | Q33216 | |
TapeStation 4200 | Agilent, Waldbronn, Germany | ||
Tecan Infinite M200 Pro | Tecan, Männedorf, Swizerland | IN-MNANO |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены