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 prostata è un tessuto eterogeneo composto da epitelio secernente disposti in acini ghiandolari circondato da stroma fibromuscolare composta principalmente da muscolatura liscia 1. Il vano epiteliale è composto da cinque diversi tipi di cellule, ma organizzati: cellule basali, cellule, cellule neuroendocrine secretoria, cellule amplificazione di transito e cellule staminali 2. Nel cancro della prostata (APC), che deriva dalle cellule epiteliali luminali, la crescita del adenocarcinoma provoca un evidente declino progressivo del vano stromale 3. Per queste ragioni, campioni di tessuto saranno chiare differenze nella proporzione di stromali e cellule epiteliali tipo basato sulla misura dei PCA. Queste differenze possono portare a ipotesi di parte dei dati di espressione genica acquisiti dai tessuti interi senza riguardo per microdissezione del tipo cellulare desiderato. Pertanto, per eliminare questa tendenza è indispensabile separare tipi cellulari prima dell'estrazione dell'RNA eanalisi di espressione genica.
Macrodissection o microdissezione possono essere utilizzati per separare fisicamente aree epiteliali ben caratterizzati dallo stroma circostante 4 -6. Macrodissection è tipicamente fatto con una lama di rasoio sotto un microscopio da dissezione e funziona bene per separare grande PCa noduli da stroma, ma non è in grado di rimuovere dell'epitelio benigna da stroma circostante (vedi esempio di iperplasia prostatica istologia in figura 1). Microdissezione con un laser (LCM) è significativamente più manodopera rispetto macrodissection, ma può sezionare molto preciso epitelio benigna 4.
Pubblicazioni recenti del nostro laboratorio hanno dimostrato che l'RNA può essere estratto con successo da LCM da entrambi inclusi in paraffina (FFPE) biopsie fissati in formalina o tessuti congelati 4,7-9. Le principali sfide a estrazione LCM-RNA sono 1) a sezionare con precisione le aree desiderate del tessuto, e 2) per preservare RIntegrità NA durante il 4,10 LCM e isolamento del processo. RNA isolato da popolazioni cellulari pure può essere utilizzato per l'analisi di espressione genica in diversi modi tra cui trascrizione inversa PCR quantitativa (RT-qPCR) 7,8, microarray 11, e profondo -sequencing 12-14.
L'obiettivo di questo protocollo è quello di isolare RNA totale da LCM prostatico epitelio dal tessuto congelato per le analisi di espressione genica a valle.
Tutti i tessuti umani usati per questi esperimenti sono stati acquisiti tramite un protocollo Institutional Review Board approvato e / o di esenzione presso University of Illinois a Chicago.
1. Sezione freschi congelati prostata su PEN-scivolo e sulla Charged vetrino
2. ematossilina e eosina-Y (H & E) Stain per istologico Mark-up
Nota: Questo se per il tessuto sul vetrino carica e NON la slitta PEN-cornice per LCM.
3. Toluidine Blu colorazione dei vetrini PEN-telaio
Nota: Thsi è fatto lo stesso giorno il LCM. Utilizzare depcH 2 O acqua per tutte le soluzioni. Completare tutti i passaggi zona di libero RNasi. Tutti coplins devono essere puliti con la soluzione RNase-decontaminazione.
4. laser-capture Micro-dissezione (LCM)
5. totale isolamento di RNA con un FilKit base ter-e analisi di qualità
6. Analisi di espressione genica
Nota: espressione genica delle specie di RNA lunghi (come mRNA e lncRNAs) è mostrato in Fase 6.1 e specie di RNA brevi (come microRNA) è mostrata in fase 6.2. Sono disponibili diversi kit per RT-qPCR e la quantità di RNA richiesta varia a seconda del kit (non più di 10 ng). RNA analisi di sequenziamento è descritto in 6.3.
In un precedente studio abbiamo dimostrato l'uso di LCM per raccogliere tessuti epiteliali e stromali confrontare profilo di espressione mediante RT-qPCR di mRNA e microRNA dai tessuti prostatici congelati e FFPE dallo stesso paziente 4. LCM richiede molto tempo, specialmente se grandi quantità di RNA è da raccogliere per l'analisi di sequenziamento di prossima generazione. Pertanto, è fondamentale per mantenere lo spazio di lavoro e strumenti RNase. Si raccomanda di controllare la qualità e cellula-specificità controlli nel RNA raccolta (discusso più in dettaglio nel paragrafo seguente). La Figura 1 mostra una sezione della prostata macchiato su un vetrino PEN-frame al microscopio prima e dopo-cattura laser epitelio benigna .
Una volta che il campione viene raccolto e l'RNA viene estratto con attenzione, è importante per valutare la qualità e la quantità di RNA come indicato nella Tabella 1. Non è raro osservare bassi rapporti 260/280 nm. Concentrando l'RNA simigliorare le 260/280 rapporti nm, ma può anche causare la perdita di piccole specie di RNA. Oltre ai controlli di qualità, è fondamentale esaminare controlli specifici del tipo di cellule per confermare la specificità della zona catturati laser del tessuto (Figura 1B - C). Ad esempio, nella Figura 1B l'espressione del gene AMACR stata misurata per confermare il cancro alla prostata tessuto epiteliale rispetto al tessuto epiteliale normale ,. In Figura 1C l'espressione NKX3.1 confermato l'assenza di stroma nel campione LCM-raccolto. La qualità del RNA nel campione può anche essere compareed a RNA di nota, RNA buona qualità. RT-qPCR valori Ct per RNA isolate dal tessuto LCM-collected- sono nella stessa gamma di RNA prelevato da cellule epiteliali primarie coltivate, confermando la qualità di lungo e piccoli RNA estratto (Tabella 2). Infine, tabella 3 mostra che questo RNA è di qualità sufficiente per la prossima generazione di RNA sequencing.
Figura 1: raccolta di epitelio benigna, epitelio cancro alla prostata e stroma da prostata umana con il laser-capture micro-dissezione biopsia (A) della prostata colorato con blu di toluidina prima e dopo l'LCM-collezione dell'epitelio benigna.. (B - C) I tessuti raccolti da LCM da 45 pazienti esprimono adeguatamente i marcatori genetici dell'identità cellulare 7. (B) AMACR è un marcatore del cancro alla prostata ed è solo rintracciabile nei tessuti tumorali. (C) NKX3.1 è un marker dell'epitelio e non è rilevabile nei tessuti stromali. Questo dato viene modificato da Giangreco et al., 2015 JSBMB 7. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Tabella 1: la qualità e la quantità di RNA da tessuto prostatico LCM-raccolto.
Tabella 2: RT-qPCR da LCM raccolto prostata epitelio benigna.
Tabella 3: RNAseq da prostata tessuto LCM-raccolto.
Profilo di espressione genica da campioni umani può essere impegnativo, non solo per la qualità o la quantità di tessuto a disposizione, ma anche per le diverse entità istologiche presenti in un dato campione di tessuto. Ciò è particolarmente impegnativo nella prostata in cui tessuti benigni sono in gran parte i tessuti stromali e le aree di cancro sono privi di stroma. LCM facilita separazione fisica di stroma prostatico e l'epitelio RNA per una firma più accurata dei due diversi tipi di cellule (Figura 1A). In confronto a macrodissection o trasformazione tutto il tessuto, LCM può separare compartimenti cellulari nei tessuti benigni, ma è significativamente più costoso e laborioso.
Come in ogni tecnica sono possibili insidie. Ad esempio, la qualità RNA può essere parzialmente degradata durante il prelievo del campione iniziale o durante la procedura di LCM ed estrazione. Nel primo caso, l'espressione genica può essere ottenuto misurando breve ampl diversoIcone di qPCR. Nel secondo caso, scrupolosa RNase trattamento di tutti gli strumenti e il materiale deve essere assunto per prevenire la degradazione dell'RNA, nonché un utilizzo attento e trasformazione delle sezioni di tessuto. Inoltre, limitando il tempo speso su una diapositiva a meno di 90 minuti mantiene la qualità del RNA durante il processo di raccolta. La più grande limitazione della tecnica LCM è l'accesso a uno strumento LCM ed è il lavoro necessario per fare il LCM.
Ci sono diversi tipi di microscopi laser cattura microdissezione disponibile. Questo protocollo descrive l'uso di un LCM che utilizza il laser a circoscrivere le zone, che poi cade in un tappo di raccolta sottostante. Questo tipo di LCM è ideale per la separazione di epitelio e stroma in tessuto prostatico che contiene aree multicellulari discreti per raccogliere, ma questo tipo di LCM non è adatto per l'isolamento singole celle individuali da un tessuto. Ad esempio, questo protocollo non deve essere utilizzato per raccogliere macrofagi residentis, cellule neuroendocrine o linfociti infiltranti, che sono spesso presenti come singole cellule. Ci sono altri strumenti LCM e metodi che utilizzano un laser per "sparare" singole cellule da tessuto su un tappo con membrana, che facilita l'isolamento di questi altri tipi di cellule.
Accurato controllo qualità e la caratterizzazione del RNA non può essere trascurato. Assorbanza a 260 nm è adatto per quantificare l'RNA per gli studi RT-qPCR (Tabella 1), ma per-RNA sequenziamento un metodo a base di colorante più accuratamente quantifica l'RNA. Un altro aspetto importante in RT-qPCR è quello di evitare potenziali bias dalla contaminazione del DNA residuo. Ciò può essere realizzato utilizzando primer che si estendono introni. Vi è anche elevata eterogeneità paziente in genica governante, quindi utilizzare di geni multipli governante è suggerita e utilizzano in genere 3-5 4,7-9 (Figura 1B - C e Tabella 2).
La scelta del metodo di espressione genica profiling non si basa solo sulla quantità di RNA raccolti ma anche dal tipo di dati che si vogliono acquisire e confrontare. RT-qPCR regolare è più sensibile di sequenziamento di prossima generazione profonda, e richiede una quantità relativamente piccola di RNA riducendo così il tempo di procedura di LCM 4. Next-generation sequencing RNA è una tecnica efficace per quantificare l'espressione sia per le specie di RNA brevi e lunghi. Sequenziamento di prossima generazione consente anche di scoperta di nuovi specie di RNA 13. Fortunatamente, il costo del sequenziamento di prossima generazione è in declino.
In sintesi, questo protocollo permette di RNA isolamento delle popolazioni omogenee di cellule epiteliali o stromali da tessuto prostatico congelato. L'RNA può essere utilizzato per numerose tecniche di analisi a valle di fornire uno strumento per specifico tipo cellulare precisa espressione genica nella prostata benigna e malati. Questo tipo di dati contribuisce alla conoscenza und comprensione di come espressione RNA differisce in patologia malattia.
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 |
Richiedi autorizzazione per utilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE
Richiedi AutorizzazioneThis article has been published
Video Coming Soon