Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Bu protokol, tek hücreli RNA dizilimi için insan ve fare tümör örneklerini hızlı bir şekilde ayırma prosedürünü ana hatlarıyla belirtir.
İnsan tümör örnekleri, mikro çevreleri ve bağışıklık repertuarları hakkında bol miktarda bilgi içerir. İnsan doku örneklerinin canlı hücre süspansiyonlarına etkili bir şekilde ayrışması, tek hücreli RNA dizileme (scRNAseq) boru hattı için gerekli bir girdidir. Toplu RNA dizileme yaklaşımlarından farklı olarak, scRNAseq, tümör örneklerinde tek hücre düzeyinde transkripsiyonel heterojenliği çıkarmamızı sağlar. Son yıllarda bu yaklaşımın dahil edilmesi, bağışıklık ve tümör hücresel durumlarının tanımlanması ve immünoterapilere ve diğer tedavi türlerine klinik yanıtlarla ilişkili programlar gibi birçok keşfe yol açmıştır. Ayrıca, ayrışmış dokulara uygulanan tek hücreli teknolojiler, DNA barkodlu antikorlar (CITEseq) kullanılarak erişilebilir kromatin bölgeleri T ve B hücre reseptör repertuarını ve proteinlerin ekspresyonunu tanımlamak için kullanılabilir.
Ayrışmış numunenin canlılığı ve kalitesi, bu teknolojileri kullanırken kritik değişkenlerdir, çünkü bunlar, tek hücrelerin ortam RNA'sı ile çapraz kontaminasyonunu, verilerin kalitesini ve yorumlamayı önemli ölçüde etkileyebilir. Ayrıca, uzun ayrışma protokolleri, hassas hücre popülasyonlarının ortadan kaldırılmasına ve bir stres tepkisi gen imzasının yukarı regülasyonuna yol açabilir. Bu sınırlamaların üstesinden gelmek için, birden fazla insan ve fare tümörü tipinde doğrulanmış hızlı bir evrensel ayrışma protokolü tasarladık. İşlem, mekanik ve enzimatik ayrışma ile başlar, ardından filtrasyon, kırmızı kan lizisi ve düşük hücre girdisine sahip numuneler (örneğin, iğne çekirdeği biyopsileri) için uygun olan canlı ölü zenginleştirme ile devam eder. Bu protokol, Jel Boncuk Emülsiyonlarının (GEM'ler) başarılı bir şekilde üretilmesi, barkodlama ve sıralama için çok önemli olan temiz ve canlı bir tek hücreli süspansiyon sağlar.
Kanser araştırmalarındaki birçok ilerleme, kontrol noktası blokaj inhibitörleri olarak bilinen, bağışıklık ve tümör hücreleri üzerinde eksprese edilen inhibitör reseptörleri hedef alan ajanların geliştirilmesine ve FDA onayına yol açmış olsa da, tedavi direnci ve hasta yanıtını yönlendiren mekanizmaların belirlenmesi zorlu olmaya devam etmektedir1. Tümör heterojenliğini moleküler çeşitliliği ve tümör hücreleri ile immün mikroçevre arasındaki karmaşık etkileşim üzerinde karakterize etmenin karmaşık zorluğu, bu karmaşık ekosistemi tek hücre çözünürlüğünde incelemek için yeni yaklaşımlar gerektirmektedir. Tümörler ve mikro çevrelerindeki moleküler karmaşıklıkları anlamak, terapötik stratejileri ilerletmek ve kanser ilerlemesinin altında yatan karmaşık biyolojiyi deşifre etmek için çok önemlidir2. Tek hücreli RNA dizilimi (scRNA-dizilimi), karmaşık tümör örnekleri içindeki tek tek hücrelerin yüksek çözünürlüklü analizini sağladığı için giderek daha popüler hale gelmiştir 3,4.
Genetik, epigenetik ve fenotipik çeşitlilikleri kapsayan tümör heterojenliği, kanser biyolojisinin karmaşıklıklarını ortaya çıkarmada bir zorluk teşkil etmektedir5. Toplu RNA dizilemenin geleneksel yöntemleri, tümörlerde bulunan heterojen hücre popülasyonlarının benzersiz ekspresyon profillerini ve fenotiplerini gizleme eğilimindedir, çünkü bu yöntemler tüm hücre popülasyonları boyunca sinyallerin ortalamasını alır4. Buna karşılık, scRNA-seq, bireysel hücre tiplerinin diseksiyonuna izin vererek, aksi takdirde gözden kaçan çeşitli gen ekspresyonu, baskı modelleri ve hücresel durumları ortaya çıkarır 4,6. scRNA-seq'in öncülü, tek tek hücrelerin genetik ve moleküler imzalarını çözme kapasitesinde yatmaktadır ve yeni kanser terapötiklerini keşfetmede büyük umut vaat etmektedir7.
Araştırmacılar, tümör hücrelerinin ve çevredeki stromal ve bağışıklık hücrelerinin gen ekspresyon profillerini deşifre ederek, yeni terapötik hedefleri belirleyebilir ve bireysel hastalara göre uyarlanmış hassas genetik tıp stratejileri geliştirebilirler6. Ayrıca, tümör mikroçevresi içindeki bağışıklık repertuarının incelenmesi, tümör hücreleri ve bağışıklık efektörleri arasındaki etkileşime dair önemli bilgiler sağlar ve immünoterapötik müdahalelerin önünü açar3. Klinik numunelerde scRNAseq kullanımındaki ilerlemelere rağmen, işleme adımları sırasındaki çeşitli zorluklar hücrenin RNA bütünlüğüne, canlılığına ve üretilen verilerin kalitesine zarar verebilir. Ayrıca, düşük hücre canlılığına sahip dokunun işlenmesi, tek tek hücrelerin kapsüllenmesi sırasında oluşan damlacıklardaki ortam RNA seviyelerini artırabilir, bu da çapraz kontaminasyona ve hücre tiplerinin yanlış açıklanmasına neden olurken, 37 °C'de gerçekleştirilen uzun ayrışma protokolleri, çoklu hücre tiplerinde bir stres yanıtı gen imzasının yukarı regülasyonuna yol açabilir 8,9, 10.
Bu protokolde özetlenen aşamalı prosedür (Şekil 1A), tümörlerin hızlı mekanik ve enzimatik ayrışması ile başlar, ardından her bir tümör örneğinin canlılığına bağlı olarak filtrasyon ve ölü hücrelerin uzaklaştırılması ile devam eder. Şu anda, bu prosedür melanom11, kolorektal12, baş ve boyun skuamöz hücreli karsinom13, pankreas ve akciğer (yayınlanmamış veriler) tümör örneklerinde doğrulanmıştır. Bu teknikler, aşağı akış analizleri için çok önemli olan yüksek kaliteli canlı hücre süspansiyonlarının üretilmesini sağlar14. Özellikle, sentezlenmiş RNA'dan yoksun kırmızı kan hücrelerinin çıkarılması, numuneyi saflaştırmak için zorunlu hale gelir15. Hücre sayımlarının müteakip değerlendirilmesi ve ölü hücrelerin ortadan kaldırılması, başarılı 10x Genomics Jel boncuklu Emülsiyon (GEM) üretimi, barkodlama için bir ön koşul görevi görür ve hassas popülasyonların (örneğin, nötrofiller ve epitel hücreleri) dışlanmasını tehlikeye atmadan transkriptlerin ve dizilenmiş hücrelerin geri kazanımını artırır16. Bu adımlar, tümör örneklerinde 9,10 tek hücreli çözünürlük analizinin potansiyelini ortaya çıkarmada, yenilikçi terapötik müdahaleleri yönlendirmek için gerekli yeni gen ekspresyon profillerini ve bağışıklık imzalarını ortaya çıkarmada ve yeni tümör güvenlik açıklarını belirlemede esastır.
Bu çalışma, insan dokusu örneklemesi ile ilgili tüm kurumsal kılavuzlara uygundur. Hastalardan bilgilendirilmiş onam alındı ve tanımlanabilir örnek veriler anonim hale getirildi. Örnekler ameliyathanede toplanır, bir RPMI, salin veya PBS çözeltisine yerleştirilir ve araştırmada kullanılmadan önce patoloji bölümü tarafından kanserli olduğu doğrulanır. Belirtilen durumlar dışında tüm adımlar 4 °C'de veya buz üzerinde gerçekleştirilmelidir. İnsan dokusunu işlerken bir biyogüvenlik başlığı içinde çalışın. Bu protokolde kullanılan tüm malzemeler, reaktifler ve aletlerle ilgili ayrıntılar için Malzeme Tablosuna bakın.
1. Numunenin alınması
2. Mekanik ve enzimatik sindirim
3. Örnek filtreleme
4. Kırmızı kan hücresi lizisi
5. Hücre sayımı
6. Ölü hücre temizleme - Kit 1
NOT: Ölü hücre temizleme reaktiflerini kullanırken bir biyogüvenlik başlığı içinde çalışın, çünkü bunlar kolayca kontamine olabilir.
7. Ölü hücre temizleme - Kit 2
NOT: Kit reaktiflerini kullanırken bir biyogüvenlik başlığı içinde çalışın.
RPMI'de askıya alınmış bir melanom biyopsisi alındı ve hemen buz üzerine yerleştirildi. Numune, 420 μL RPMI ve sindirim enzimleri içeren 1.5 mL'lik bir mikrosantrifüj tüpüne aktarıldı, makas kullanılarak küçük parçalar halinde kıyıldı ve 37 °C'lik dikey olarak yerleştirilmiş bir termal karıştırıcıda 15 dakika boyunca müteakip enzimatik sindirime tabi tutuldu (Şekil 1). Sindirimi takiben, numune 50 μm steril tek kullanımlık bir filtreden süzüldü ve filtr...
Bu protokol, 10x Genomik mikroakışkan sistemi kullanılarak scRNA dizilimi için insan veya fare tümör örneklerinin tek hücreli bir süspansiyona ayrışmasını tanımlar. Genellikle nadir kanserlerden gelen veya murin tümörleri için devam eden klinik deneylerin veya uzun deneylerin bir parçası olan dokuların işlenmesinde, numunenin tüm adımlar arasında en iyi ve dikkatli bir şekilde korunması gerekir. Doğal hücresel RNA profillerini korumak ve bozulmayı önlemek için tüm adımlar buz üzerinde ve...
Yüksek Lisans Bristol Myers-Squibb, Istari Oncology'den fon aldı ve Galvazine Therapeutics için danışmanlık yaptı.
Bu çalışma Adelson Tıbbi Araştırma Vakfı (AMRF), Melanom Araştırma Birliği (MRA) ve U54CA224068 tarafından desteklenmiştir. Şekil 1, Şekil 4 ve Şekil 5 BioRender.com ile oluşturulmuştur.
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 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiDaha Fazla Makale Keşfet
This article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır