Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Burada, insan karotis arterlerinin formalinle sabitlenmiş parafine gömülü lezyonlarından yarı otomatik DNA ekstraksiyonu için bir protokol sunuyoruz. Doku lizisi, toksik ksilen olmadan gerçekleştirilir, bunu ikinci bir lizis aşaması, selüloz bazlı bağlanma için DNA'nın paramanyetik parçacıklara bağlanması, yıkama adımları ve DNA elüsyonu dahil olmak üzere otomatik bir DNA ekstraksiyon protokolü izler.
Formalinle sabitlenmiş parafine gömülü (FFPE) dokular, moleküler analizler ve klinik genomik çalışmalar için değerli bir kaynak oluşturmaktadır. Bu dokular genellikle hücreler bakımından fakirdir veya işlenmesi zordur. Bu nedenle, nükleik asitlerin dikkatli bir şekilde izole edilmesi gerekir. Son yıllarda başta kanser olmak üzere birçok hastalıktan alınan dokular için DNA izolasyonu için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Ne yazık ki, FFPE dokularından ekstrakte edilen genomik DNA, nükleik asit zincirleri ve proteinler arasındaki çapraz bağlanmanın yanı sıra dizideki rastgele kırılmalar nedeniyle oldukça bozulur. Bu nedenle, bu numunelerden elde edilen DNA kalitesi belirgin şekilde azalır ve bu da onu daha sonraki moleküler aşağı akış analizleri için bir zorluk haline getirir. Zor dokularla ilgili diğer problemler, örneğin, kalsifiye insan aterosklerotik lezyonlarında ve yağ dokusunda hücre eksikliği, küçük cilt biyopsileri ve sonuç olarak eski veya sabit dokularda olduğu gibi istenen nükleik asitlerin düşük mevcudiyetidir.
Laboratuvarlarımızda, formalinle sabitlenmiş aterosklerotik lezyonlardan yarı otomatik bir izolasyon sistemi kullanarak DNA ekstraksiyonu için bir yöntem oluşturduk. Bu yöntemi ticari olarak mevcut diğer ekstraksiyon protokolleriyle karşılaştırdık ve daha fazla aşağı akış analizine odaklandık. DNA'nın saflığı ve konsantrasyonu spektrometri ve florometri ile ölçüldü. Parçalanma derecesi ve genel kalite değerlendirildi.
En yüksek DNA miktarı ve kalitesi, ticari FFPE protokolü yerine, otomatik ekstraksiyon sistemi için modifiye kan DNA protokolü ile elde edilmiştir. Bu adım adım protokolle, FFPE örneklerinden elde edilen DNA verimleri ortalama dört kat daha yüksekti ve daha az örnek, küçük damar biyopsileri ile uğraşırken kritik olan ekstraksiyon işleminde başarısız oldu. 200-800 bp arasındaki amplikon boyutları PCR ile tespit edilebilir. Bu çalışma, FFPE dokumuzdan elde edilen DNA'nın yüksek oranda parçalanmış olmasına rağmen, daha kısa ürünlerin başarılı bir şekilde amplifikasyonu ve dizilenmesi için hala kullanılabileceğini göstermektedir. Sonuç olarak, elimizde, otomatik teknoloji, özellikle küçük FFPE doku örnekleri için DNA ekstraksiyonu için en iyi sistem gibi görünmektedir.
Formalin fiksasyonu ve ardından parafin gömme (FFPE), biyobankacılıkta patolojik örneğin uzun süreli korunması için standart bir prosedürdür1. Bu örnekler, histolojik çalışmaların yanı sıra moleküler analizler, özellikle genetik çalışmalar için değerli bir kaynak oluşturmaktadır2. FFPE dokuların diğer avantajları daha iyi uzun süreli depolama, daha düşük maliyetler ve daha kolay saklama koşullarıdır. Buradaki amacımız, yüksek kaliteli DNA ekstraksiyonunun çok çeşitli moleküler tekniklerde ilk önemli adım olması ve FFPE dokularının en uygun numune kaynağı olması nedeniyle, küçük miktarlarda FFPE kesitlerinden tekrarlanabilir nükleik asit izolasyonu için güvenilir ve kullanımı kolay bir protokol sağlamaktır.
Yeni nesil dizileme (NGS) ve "omik" araştırma yaklaşımları gibi yeni bilimsel yaklaşımlar, yüksek kalitede nükleik asitler gerektirir 3,4,5. FFPE doku örneklerinden DNA çıkarmak zorlu bir çaba olmaya devam etmektedir. FFPE örneklerinden elde edilen DNA, yaşına ve fiksasyon koşullarına bağlı olarak kalite ve miktar açısından büyük farklılıklar gösterebilir. En sık kullanılan bileşik olan formalin, DNA-protein çapraz bağlanmasına 6,7,8 yol açar ve nükleotid dizisi9'da spesifik olmayan rastgele kırılmaya neden olur. Bu, aşağı akış genomik analizlerini önemli ölçüde etkileyebilir, çünkü çapraz bağlama polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) amplifikasyonunu devre dışı bırakabilir 6,10. Fiksasyon işlemi sırasındaki kirleticiler nedeniyle, FFPE örneklerinden izole edilen DNA'nın saflığı genellikle sınırlıdır. Son yıllarda, çoğunlukla kanser dokusu örneklerinden 2,11,12,13 olmak üzere DNA izolasyonu için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir.
Genel olarak, FFPE dokusundan nükleik asitlerin ekstraksiyonu için protokoller üç ana gruba ayrılabilir. İlk, en yaygın olarak kullanılan yöntem grubu, ticari olarak temin edilebilen silika bazlı kolon sistemlerini içerir14. İkinci grup, ilk olarak Joseph Sambrook ve David W. Russell15 tarafından tanımlanan fenol ve kloroform ile manuel organik faz ekstraksiyon yöntemlerini içerir. Üçüncü bir grup olarak, son yıllarda sıvı taşıma sistemleri ve paramanyetik parçacık tabanlı sistemler gibi otomatik sistemler kurulmuştur16. Adı geçen üç sistemin her biri, tehlikeli kimyasallar (yani ksilen, fenol, kloroform), yüksek maliyetler17, insan gücü18 ve zaman tüketimi19 gibi farklı avantaj ve dezavantajlara sahiptir. Özellikle, zor doku örneği ve yüksek verimli analizler için standardizasyon, tekrarlanabilirlik, nispeten düşük zaman tüketimi, insan gücü ve maliyetler, nükleik asit izolasyonu için uygun bir yöntem bulmada en önemli özelliklerdir20. Otomatik ekstraksiyon yöntemlerinin daha iyi tekrarlanabilir sonuçlar gösterdiği ve küçük biyopsiler için daha hassas olduğu bilinmektedir. Ayrıca, daha az miktarda doku veya kana ihtiyaç duyulur ve yüksek miktarda parafin nedeniyle sistemin tıkanma riski azalır. Otomatik nükleik asit ekstraksiyonu için makineler ve ihtiyaç duyulan kitler manuel yöntemlere göre daha pahalı olsa da, daha az sorunlu ekstraksiyon işlemleri nedeniyle hala ikna edicidirler. Literatür taraması, bitkiler, hayvanlar ve insanlar gibi farklı doku ve organizmalardan manuel, sütun tabanlı ve otomatik DNA ve RNA ekstraksiyon yöntemlerinin yanı sıra kültürdeki hücreler arasında doğrudan bir karşılaştırmayı gösteren birçok yayın sağlar20,21,22. Literatürde ayrıca 10 yıllık snap frozen dokudan izole edilen DNA ve RNA'nın PCR, kantitatif PCR, NGS, metilasyon analizleri ve klonlama gibi alt akış analizleri için kullanılabileceğini gösteren kanıtlar bulunmaktadır 9,23,24,25,26.
Örneğin, yaşlı insan vasküler dokusunun yanı sıra, özellikle FFPE örnekleriyle ilgili küçük doku biyopsileri ile ilgili en büyük sorun, yüksek derecede kalsifiye olmuş aterosklerotik lezyonlarda hücre eksikliğidir ve bu da sonuç olarak düşük nükleik asit konsantrasyonlarına yol açar1. FFPE dokusundan DNA ekstraksiyonu için çeşitli yöntemler halihazırda oluşturulmuş ve yaygın olarak kullanılmasına rağmen, manuel numune hazırlama yöntemleri uzun uygulama süresigerektirir 27 ve deparafinizasyon için ksilen veya fenol gibi toksik reaktiflergereklidir 2. Açıklandığı gibi, deparafinizasyon işlemi, ekstrakte edilen DNA'nın kalitesini ve miktarını belirgin şekilde etkileyen çok önemli bir zaman alıcı adımdır (örneğin, yaklaşık 30 dakika) (örneğin, deparafinizasyon çözeltisinin parçalanması ve bozulması gibi DNA üzerindeki toksik etkiler ve yüksek sıcaklıklar)28. Son zamanlarda geliştirilen yeni DNA ekstraksiyon protokolleri, diğer toksik olmayan deparafinizasyon çözümlerinin, onarım stratejilerinin ve otomatik boncuk teknolojilerinin kullanımına odaklanmaktadır. Özellikle, otomatik ve yarı otomatik yöntemlerin, verimli geri kazanım, çapraz kontaminasyon eksikliği ve kolay performans ile DNA ekstraksiyonunda başarılı olduğu gösterilmiştir29. Bu sınırlamaları aşan bir protokol oluşturduk. Sonuç olarak, tekniğimiz en yüksek nicel ve nitel standartlarda işleme ve uygulama süresinin azaltılmasına izin verir.
Özellikle genotipleme, epigenomik çalışmalar ve RNA dizileme gibi tekrarlanabilir yüksek verimli analizler için FFPE örneğinin kolon bazlı saflaştırma sistemleriyle işlenmesi genellikle zor ve zaman alıcıdır (örneğin, uzun deparafinizasyon adımları, kolon tıkanması ve uzun uygulama süreleri). Yüksek miktarda parafin nedeniyle silika membranların tıkanması en önemli sorundur. Yüksek kaliteli nükleik asitlerin izolasyonunu kötüleştirebilecek diğer durumlar, cildin mikrobiyopsileri, küçük fare dokusu, plaklar olarak çok yağlı veya kalsifiye doku, kemikleşmiş doku ve yaşlı numuneler gibi küçük miktarlarda dokudur. Özellikle tanı ve adli tıpta, sıvı işleme veya paramanyetik parçacık bazlı ekstraksiyon yöntemleri gibi otomatik ve yarı otomatik sistemler, esas olarak nispeten düşük uygulamalı süreler ve standardizasyon olasılığı nedeniyle son birkaç yılda giderek daha önemli hale geldi30,31. Halihazırda yayınlanmış protokollerin çoğu, tümör biyopsileri veya bitki dokusu gibi yüksek veya orta miktarda hücre içeren düz dokular için mükemmel çalışır 13,22,32. Sabit tek hücreler, kalsifiye damarlar, kollajenden zengin doku ve düşük hücre sayısına sahip yağ dokusu gibi nispeten zor işlenebilen dokulardan DNA'yı izole etmek için kullanılan yarı otomatik parçacık bazlı yöntemler hakkındaki literatür sadece yetersiz bir şekilde tanımlanmıştır33.
Bu çalışmada, vasküler parafine gömülü bölümlerden DNA izolasyonu için optimize edilmiş yarı otomatik bir yöntem tarif edilmiş ve iki manuel sütun tabanlı protokolle karşılaştırılmıştır. Doğrulama için DNA miktarı, saflığı ve parçalanma derecesi kullanıldı. Ticari olarak temin edilebilen kan DNA protokolü bir başlangıç noktası olarak kullanıldı ve yarı otomatik sistemin manuel adımları daha sonra FFPE ve doku protokolünden alınan adımları birleştirerek insan ve hayvan dokusundan taze donmuş doku örneklerinin yanı sıra FFPE'nin kullanımı için optimize edildi. Bu protokolün otomatik adımı, cihaza önceden yüklenmiştir ve kullanılan kite bağlıdır (burada, kan DNA kiti). Tarif edilen yarı otomatik kartuş tabanlı sistem ile firma tarafından önerildiği gibi cihaz için farklı protokoller ve kitler kullanmak yerine, aynı protokol, makine, kit ve sarf malzemeleri ile kan, taze donmuş doku, formalinle sabitlenmiş doku ve hatta tek hücrelerden DNA izole etmek mümkündür. Protokollerde, farklı uygulamalar için bir tampon ve bazı inkübasyon süreleri gibi sadece küçük farklılıklar vardır, bu da bu protokolü her türlü dokudan DNA çıkarmak için çok yararlı kılar. Protokolümüz öncelikle kalsifiye edilmiş, hücreler açısından fakir ve fibröz insan vasküler dokusu için optimize edilmiştir, ancak elbette yukarıda belirtilen her türlü zor doku için kullanılabilir ve daha da optimize edilebilir.
Özetlemek gerekirse, ateroskleroz (örneğin, aort, karotis arterler, koroner arterler) üzerinde çalışan kardiyovasküler alandaki araştırmacılar için, vasküler FFPE örneklerinden yarı otomatik DNA ekstraksiyonu için kullanımı kolay, nokta nokta bir protokol sunuyoruz.
Biyobankamızda insan karotis aterosklerotik örneklerinin toplanması izni, yerel Hastane Etik Komitesi (2799/10, Ethikkommission der Fakultät für Medizin der Technischen Universität München, Münih, Almanya) tarafından onaylanmıştır. Tüm hastalardan yazılı bilgilendirilmiş onam alındı. Deneyler Helsinki Bildirgesi ilkelerine uygun olarak yapıldı.
1. Doku hazırlama
2. Lipid çözünmesi ve deparafinizasyon
NOT: Bu adım, deparafinizasyon ve lipid sindirimi için gereklidir. Kullanılan tampon, ticari deparafinizasyon solüsyonlarından daha az toksiktir.
3. Örnek ve protein sindirimi
NOT: Proteaz K ile doğal sindirim, protein içermeyen temiz DNA ekstraktlarına sahip olmak için çok önemlidir. Ayrıca mevcut kirletici proteinleri de azaltır. Ayrıca, DNA'yı kurtarmak için nükleazlar da yok edilir34. Bu gece boyunca gerçekleştirilen bu adım, numunenin tam olarak sindirilmesi için de gereklidir.
4. Hücre lizisi
5. Önceden dağıtılmış kartuşların hazırlanması
6. Otomatik DNA ekstraksiyonu
7. Koşuyu bitirin
Protokolün oluşturulması için karotis arter aterosklerozu olan hastalardan alınan 5 adet FFPE doku bloğu kullanıldı. DNA, optimize edilmiş bir yarı otomatik protokol (kit C) ve ayrıca ticari olarak temin edilebilen iki manuel sütun tabanlı protokol (kit A ve kit B, bkz . Malzeme Tablosu) ile izole edildi. Kit A ve B ile DNA ekstraksiyonu, üreticinin protokolüne göre gerçekleştirildi. Piyasada bulunan iki kitin (kit A ve kit B) protokolünde yapılan tek...
FFPE dokusu için DNA ekstraksiyon yöntemleri, izole edilmiş DNA'nın kalitesi ve miktarı bakımından farklılık gösterir ve bu da kaçınılmaz olarak daha sonraki aşağı akış analizlerinin performansını etkiler. Bu nedenle, iş akışı ve standardizasyonun yanı sıra kalite yönetimini iyileştirmek için otomasyon zorunlu hale geliyor. Bu nedenle, bu çalışmada, FFPE örneklerinden DNA ekstraksiyonu için yarı otomatik bir yöntem değerlendirildi ve test edilen diğe...
Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.
Otomatik DNA ekstraksiyonu için protokolün oluşturulması, Promega şirketinden Dr. Paul Muschler tarafından desteklendi. Paul Muschler'e desteği ve bilimsel katkısı için teşekkür ederiz. Ayrıca meslektaşımız Dr. Moritz von Scheidt'e (Münih Alman Kalp Merkezi) bize Maxwell cihazını sağladığı ve deneysel kısmı desteklediği için teşekkür ederiz. Tüm deneyler Alman Kalp Merkezi (Münih, Almanya) ve Klinikum rechts der Isar (Münih, Almanya) laboratuvarlarında gerçekleştirildi. Araştırma DFG (PE 900/6-1) tarafından finanse edilmiştir.
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 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır