Method Article
The goal of this protocol is to use laser-capture micro-dissection as an effective method to isolate pure populations of cell types from heterogeneous prostate tissues for downstream RNA analysis.
The prostate gland contains a heterogeneous milieu of stromal, epithelial, neuroendocrine and immune cell types. Healthy prostate is comprised of fibromuscular stroma surrounding discrete epithelial-lined secretory lumens and a very small population of immune and neuroendocrine cells. In contrast, areas of prostate cancer have increased dysplastic luminal epithelium with greatly reduced or absent stromal population. Given the profound difference between stromal and epithelial cell types, it is imperative to separate the cell types for any type of downstream molecular analysis. Despite this knowledge, the bulk of gene expression studies compare benign prostate to cancer without micro-dissection, leading to stromal bias in the benign samples. Laser-capture micro-dissection (LCM) is an effective method to physically separate different cell types from a specimen section. The goal of this protocol is to show that RNA can be successfully isolated from LCM-collected human prostatic epithelium and used for downstream gene expression studies such as RT-qPCR and RNAseq.
La glándula prostática es un tejido heterogéneo compuesto de epitelio secretor dispuestos en los acinos glandulares rodeado por estroma fibromuscular compuesto principalmente de músculo liso 1. El compartimiento epitelial está formado por cinco tipos de células diferentes, pero organizados: células basales, células secretoras, células neuroendocrinas, células de amplificación de tránsito y las células madre 2. En el cáncer de próstata (CaP), que surge de las células epiteliales luminales, el crecimiento de la adenocarcinoma provoca una disminución progresiva evidente del compartimiento del estroma 3. Por estas razones, las muestras de tejido tendrán claras diferencias en la proporción de estroma y el tipo de células epiteliales basado en la medida del CaP. Estas diferencias pueden conducir a suposiciones sesgadas de los datos de expresión de genes adquiridos de tejidos enteros sin tener en cuenta microdisección del tipo celular deseado. Por lo tanto, para eliminar este sesgo es esencial para separar los tipos de células antes de la extracción de RNA yanálisis de expresión génica.
Macrodissection o microdisección se pueden utilizar para separar físicamente las zonas epiteliales bien caracterizados desde el estroma circundante 4 -6. Macrodissection se realiza típicamente con una hoja de afeitar bajo un microscopio de disección y funciona bien para la separación de gran CaP nódulos de estroma, pero no es capaz de eliminar el epitelio benigno del estroma circundante (véase el ejemplo de la histología benigna de la próstata en la Figura 1). Microdisección con láser (LCM) es significativamente más mano de obra que macrodissection, pero puede diseccionar de forma muy precisa el epitelio benigno 4.
Publicaciones recientes de nuestro laboratorio han demostrado que el ARN se puede extraer con éxito por LCM ya sea de (FFPE) biopsias incluidas en parafina fijado en formol o tejido congelado 4,7-9. Los principales desafíos en la extracción de RNA son LCM-1) para diseccionar con precisión las áreas deseadas del tejido, y 2) para preservar RIntegridad NA durante el proceso de 4,10 LCM y el aislamiento. ARN aislado de poblaciones de células puras puede ser utilizado para el análisis de la expresión génica mediante varios métodos que incluyen transcripción inversa-PCR cuantitativa (RT-qPCR) 7,8, microarray 11, y profundo -sequencing 12-14.
El objetivo de este protocolo es aislar ARN total de epitelio prostático LCM de tejido congelado para análisis de aguas abajo de la expresión génica.
Todos los tejidos humanos utilizados para estos experimentos fueron adquiridas a través de un protocolo aprobado la Junta de Revisión Institucional y / o exención de la Universidad de Illinois en Chicago.
1. Sección fresco congelado de próstata en PEN-diapositiva y en Charged portaobjetos de vidrio
2. hematoxilina y eosina-Y (H & E) de la mancha para histológico Mark-up
Nota: Esto si por el tejido en el portaobjetos de vidrio cargada y no la diapositiva PEN-marco para LCM.
3. toluidina azul tinción de diapositivas PEN-frame
Nota: Jes que se hace el mismo día de la LCM. Utilice DEPCH 2 O el agua para todas las soluciones. Completar todos los pasos en la zona libre de RNasa. Todos los coplins deben ser limpiados con una solución de RNasa descontaminar.
4. láser captura micro-disección (LCM)
5. Aislamiento de ARN total con un FilKit basado en ter y Análisis de la Calidad
Análisis de Expresión Génica 6.
Nota: La expresión de genes de especies de ARN largos (como los ARNm y lncRNAs) se muestra en el paso 6.1 y especies de ARN cortas (como microRNAs) se muestra en el paso 6.2. Diferentes kits están disponibles para RT-qPCR y la cantidad de ARN requerido varía según el kit (tan poco como 10 ng). Análisis de secuenciación de ARN se describe en 6.3.
En un estudio previo se demostró el uso de LCM para recoger tejidos epiteliales y del estroma de comparar los perfiles de expresión por RT-qPCR de mRNA y microRNA de los tejidos de la próstata congelados y FFPE del mismo paciente 4. LCM es mucho tiempo, sobre todo si gran cantidad de ARN se percibirá para el análisis de secuenciación de próxima generación. Por lo tanto, es crucial para mantener el espacio de trabajo y las herramientas de RNasa libre. Se recomienda examinar los controles de calidad y célula-especificidad en el ARN recogido (discutido en más detalle en el párrafo siguiente). La Figura 1 muestra una sección de próstata teñidas sobre un portaobjetos de PEN-marco bajo el microscopio antes y después de epitelio benigno láser de captura .
Una vez que se recoja la muestra y el ARN se extrae cuidadosamente, es importante para evaluar la calidad y la cantidad de ARN como se muestra en la Tabla 1. No es raro observar bajas proporciones de 260/280 nm. Concentrar el ARN semejorar las relaciones de 260/280 nm, pero también puede causar pérdida de pequeñas especies de ARN. Además de los controles de calidad, es crucial para examinar los controles de tipo específico de células para confirmar la especificidad de la zona láser capturado del tejido (Figura 1B - C). Por ejemplo, en la Figura 1B se midió la expresión del gen AMACR para confirmar tejido epitelial cáncer de próstata en comparación con el tejido epitelial normal, ,. En la Figura 1C la expresión de Nkx3.1 confirmó la ausencia de estroma en la muestra LCM-recogido. La calidad del ARN en la muestra también se puede compareed al ARN de conocido, buena calidad del ARN. Valores de RT-qPCR de Ct para los ARN aisladas de tejido-LCM collected- están en el mismo rango que el ARN recogido de células epiteliales primarias cultivadas, lo que confirma la calidad del ARN extraído de largo y pequeña (Tabla 2). Por último, la Tabla 3 muestra que este ARN es de calidad suficiente para el ARN sequenci de próxima generaciónng.
Figura 1: Colección de epitelio benigno, epitelio de cáncer de próstata y estroma de la próstata humana mediante láser de captura de micro-disección biopsia (A) de la próstata se tiñeron con azul de toluidina antes y después de LCM-colección de epitelio benigno.. (B - C) Los tejidos recogidos por LCM de 45 pacientes expresan marcadores de genes apropiados de identidad celular 7. (B) AMACR es un marcador de cáncer de próstata y sólo es detectable en tejidos de cáncer. (C) Nkx3.1 es un marcador de epitelio y no es detectable en los tejidos del estroma. Esta cifra se modificó a partir de Giangreco et al., 2015 JSBMB 7. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Tabla 1: ARN de calidad y cantidad de tejido de la próstata LCM-recogido.
Tabla 2: RT-qPCR de LCM recogido próstata epitelio benigno.
Tabla 3: RNAseq de tejido prostático LCM-recogido.
Perfiles de expresión génica de muestras humanas puede ser un reto, no sólo por la calidad o cantidad de tejido disponible, sino también por las diversas entidades histológicas presentes en una muestra de tejido dado. Esto es particularmente difícil en la próstata en el que los tejidos benignos son en gran parte los tejidos del estroma y áreas de cáncer están desprovistos de estroma. LCM facilita la separación física de estroma prostático y ARN epitelio para una firma más precisa de los dos tipos diferentes de células (Figura 1A). En comparación con macrodissection o procesamiento de tejidos conjunto, LCM se separan los compartimentos celulares en los tejidos benignos, pero es mucho más costoso y laborioso.
Como en cualquier técnica hay posibles escollos. Por ejemplo, la calidad del ARN puede ser parcialmente degradado durante la adquisición inicial de la muestra o durante el procedimiento de LCM y extracción. En el primer caso, la expresión génica se puede lograr la medición de diferente ampl cortoiconos por qPCR. En el segundo caso, el tratamiento escrupuloso RNasa libre de todas las herramientas y el material debe tener cuidado para evitar la degradación del ARN, así como un manejo cuidadoso y el procesamiento de las secciones de tejido. Por otra parte, la limitación del tiempo dedicado a una diapositiva a menos de 90 min mantiene la calidad del ARN durante el proceso de recolección. La mayor limitación de la técnica LCM es el acceso a un instrumento LCM y es el trabajo que se requiere para hacer el LCM.
Hay varios tipos de microscopios láser de microdisección de captura disponible. Este protocolo describe el uso de un LCM que utiliza el láser para delimitar las áreas, que luego cae en una gorra de recogida a continuación. Este tipo de LCM es ideal para la separación de epitelio y estroma en el tejido prostático que contiene áreas discretas multicelulares para recoger, pero este tipo de LCM no es adecuado para el aislamiento de células individuales individuales de un tejido. Por ejemplo, este protocolo no debe ser utilizado para recoger los macrófagos residentess, células neuroendocrinas o linfocitos infiltrantes, que a menudo están presentes como células individuales. Hay otros instrumentos LCM y los métodos que utilizan un láser para "disparar" las células individuales de tejido en una cápsula de la membrana, lo que facilita el aislamiento de estos otros tipos de células.
Control exhaustivo de la calidad y la caracterización de la ARN no pueden ser pasados por alto. Absorbancia a 260 nm es adecuado para cuantificar ARN para estudios de RT-qPCR (Tabla 1), pero para la secuenciación de ARN de un método basado en colorante con más precisión cuantifica el ARN. Otro tema importante en el análisis de RT-qPCR es evitar el sesgo potencial de contaminación de ADN residual. Esto se puede lograr mediante el uso de cebadores que abarcan intrones. También hay una alta heterogeneidad en la expresión génica paciente ama de casa, por lo tanto, el uso de múltiples genes ama de llaves se sugiere y suelen utilizar cuatro y cincuenta y siete 4,7-9 (Figura 1B - C y en la Tabla 2).
La elección del método de perfiles de expresión génica no sólo se basa en la cantidad de ARN recogido, sino también en el tipo de datos que se desea adquirir y comparar. Regular RT-qPCR es más sensible que la próxima generación de secuenciación profunda, y requiere una cantidad relativamente pequeña de ARN disminuyendo así el LCM tiempo del procedimiento 4. Secuenciación del ARN de próxima generación es una técnica eficaz para cuantificar la expresión tanto para especies de ARN cortas y largas. Secuenciación de próxima generación también permite el descubrimiento de nuevas especies de ARN 13. Afortunadamente, el coste de la secuenciación de próxima generación está disminuyendo.
En resumen, este protocolo permite el aislamiento de ARN de poblaciones homogéneas de células epiteliales o estromales de tejido de la próstata congelado. El ARN se puede utilizar para numerosas técnicas de análisis de aguas abajo para proporcionar una herramienta para tipo de células específicas precisa de la expresión génica en la próstata benigna y enfermo. Este tipo de datos contribuye a un conocimientod comprensión de cómo la expresión del ARN difiere en patología de la enfermedad.
The authors have nothing to disclose.
We thank Dr. Vicky Macias, Angeline Giangreco and Avani Vaishnav for assistance with optimizing this methodology over the years and Yang Zhang and Dr. Jian Ma at the University of Illinois at Urbana-Champaign for the RNA seq analysis. This work was supported by NIH/NCI R01 CA166588-01 (Nonn), American Cancer Society Research Scholar 124264-RSG-13-012-01-CNE (Nonn), NIH/NCI R03 CA172827-01 (Nonn), DOD-CDMPR PRCP Health Disparities Idea Award PC121923 (Nonn) and a Prevent Cancer Foundation grant (Zhou).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
RNase-AWAY | MBP | 7005-11 | |
PEN-membrane 4.0 mm slides | Leica | 11600289 | |
Glass slides, Superfrost Plus | FisherBrand | 12-550-15 | |
Ethanol 200 proof | Decon labs. | 2701 | |
DEPC (diethyl pyrocarbonate) | Sigma | D-5758 | |
Cryostat | Leica | CM3050 | |
Coplins (Staining jar) | IHCWORLD | M900-12 | |
Coplins (Staining rack) | IHCWORLD | M905-12 | |
Aperio ScanScope | Aperio(Leica) | ScanScope® CS | |
Toluidine Blue | Fluka | 89640-5G | |
Laser Microdissection System | Leica | LMD7000 | |
0.5 ml Thin-walled Tubes for LCM | Thermo Scientific | AB-0350 | |
RNAqueous®-Micro Total RNA Isolation Kit | Ambion | AM1931 | Thermo Fisher Scientific Brand |
NanoDrop | Thermo Scientific | ND-1000 | |
Qubit 2.0 Fluorometer | Life Technologies | Q32866 | Thermo Fisher Scientific Brand |
High-Capacity cDNA Reverse Transcription Kit | Applied Biosystems | 4368814 | Thermo Fisher Scientific Brand |
Universal cDNA Synthesis Kit II, 8-64 rxns | Exiqon | 203301 | |
TaqMan microRNA RT kit | Applied Biosystems | 4366597 | Thermo Fisher Scientific Brand |
Hematoxylin stain | Ricca Chemical Company | 3536-16 | |
Eosin-Y | Richard Allan Scientific | 7111 |
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