在这里, 我们描述了原位杂交检测, 使敏感和特定的检测序列短于50核苷酸的单核苷酸分辨率在单细胞水平。该检测可以手动或自动执行, 可以在组织上下文中实现拼接变体、短序列和突变的可视化。
由于精密医学高度依赖于对生物标志物的精确检测, 越来越需要标准化和健壮的技术来检测临床标本中的 RNA 生物标志物。虽然像 RNAseq 和定量 rt-pcr 这样的研磨和结合检测能够使高度敏感的基因表达测量, 但它们也需要 RNA 提取, 从而防止在形态学组织上下文中有价值的表达分析。这里描述的原位杂交方法可以在单核苷酸分辨率和单细胞水平上检测出 RNA 靶序列短于50核苷酸。这项化验是补充以前开发的商业化验, 并使敏感和特定的原位检测的剪接变种, 短靶点, 并在组织内的突变。在本协议中, 探针设计为针对两个临床重要的剪接变体, EGFRvIII 和 METΔ14的独特的外显子结。通过对 Jurkat t 细胞系 t 细胞受体α和β CDR3 序列的特异检测, 证明了短靶序列的检测。还显示了这一方法的效用, 以区别 RNA 目标序列在单核苷酸分辨率 (点突变) 通过可视化 EGFR L858R 和 KRAS G12A 单核苷酸变化的细胞系使用自动染色平台。总之, 该协议显示了一个专门的 RNA 的测试, 使检测的拼接变形, 短序列和原位突变的手工性能和自动 stainers。
高通量 transcriptomic 技术, 如微阵列和下一代 RNA 测序 (RNAseq) 已成倍地提高了发现 RNA 生物标志物的诊断, 预后和预测临床价值的各种疾病, 包括癌症1,2。为了促进这些生物标志物在精密医学中的应用, 需要标准化和健壮的技术来测量临床样品的组织环境中的 RNA 生物标志物。尽管广泛建立了像 RNAseq 和定量 rt-pcr 这样的研磨和结合检测技术, 使高度敏感的基因表达测量, 所需的组织均匀化和 RNA 分离意味着体内细胞型特异性的丧失和形态学信息3。传统的原位RNA 检测方法缺乏可靠测量组织环境4中稀有或低表达 rna 生物标志物所需的灵敏度和特异性。
一种商业化的原位杂交 (RNAscope) 检测技术是解决这些挑战的一项新技术, 同时也使单个 RNA 分子的高度敏感和特异的可视化程度大于300核苷酸在组织形态学上下文中。这种类型的检测使用一个独特的寡核苷酸探针设计约6–20双 Z 探针对结合先进的杂交为基础的信号放大5。
本研究描述了一种专门的 rna 测试, BaseScope, 补充了以前设计的商业技术, 可以检测 RNA 目标序列短于50核苷酸在单核苷酸分辨率。这种分析解决了复杂的转录, 适用于准确检测外显子结, 短靶序列, 和点突变的组织上下文 (表 1) 使用尽可能少的一个双 Z 探针对。本报告说明了完整的检测协议及其在检测剪接变种、T 细胞受体克隆的 CDR3 序列以及 FFPE 细胞系和肿瘤组织中的单核苷酸突变方面的应用。
在本报告中, 详细讨论了新的检测协议及其应用。该方法可以直接可视化外显子结, 短靶和高度同源序列, 和点突变的组织背景。该检测基于 RNAscope 技术5 , 因此能够进行单分子检测。然而, 由于一个先进的放大系统, 信号可以检测到, 探头包含多达一个双 Z 对或与目标模板长度只有50核苷酸。由于探头的长度可能短于单个双 Z, 因此可以检测外显子连接、短目标和高度同源序列以及点突变 (表 1)。
为了成功地进行化验, 有几个技术建议。首先, 组织应固定在新鲜的10% 中性缓冲福尔马林 (NBF) 室温16–32个 h10。Underfixation ( 32 h) 将损害化验的性能, 可能需要额外的优化。第二, 为了确保对鲁棒探针杂交和信号放大所需的温度和湿度进行最佳控制, 应将滑动处理系统和杂交烤箱用于协议步骤2.3 至 5 (蛋白酶预处理、探针杂交、信号放大和信号检测)。第三, 多余的剩余缓冲器应该在整个协议的每一步之前正确排水 (但不要太多, 以使组织切片干燥)。如果幻灯片干燥, 重要的非特定信号将会发展。第四, 根据组织类型, 预处理优化可能是必要的。使用错误的蛋白酶或表现为一个不理想的时间长度可能导致在或过度消化, 并会对信号产生负面影响。最后, 必须始终使用测试探头运行正向和负控制。负控制探头确保没有背景信号, 正向控制探头确保检测结果正确无误, 样品中的 RNA 质量是最佳的解释测试探针效果的方法。如果在正控探针上没有信号, 则样本中的 RNA 质量可能是次优, 而测试探针可能无法看到信号。
除了手工化验, 还证明了在自动 stainers 上进行化验的能力 (图 6)。这种自动化的检测产生高信噪比, 适用于相同的应用如表 1所示;然而, 自动化化验的好处包括化验条件的标准化、用户间变异性的最小化和实际使用时间, 以及以可靠的方式对组织样本进行高通量筛选的津贴。
虽然免疫组化 (IHC) 和 qRT PCR 检测的剪接变种 (特别是 EGFRvIII), 在 FFPE 临床标本, 这些技术可能缺乏必要的特异性, 并没有提供洞察的空间分辨率的拼接变体表达式, 分别为11、12。该方法的一个关键优点是它对剪接结的高度敏感和特异的可视化, 同时保持形态学组织的上下文。在这里, 该化验的能力, 精确目标的独特的外显子连接的几个剪接变体, 包括 EGFRvIII 和 METΔ14, 被证明 (图3和 6)。此外, 该检测结果显示, 检测前列腺癌的剪接变异 AR-V7, 脑中 ErbB4 的多重亚型, 并确认在小鼠脑3,13,14的圆形 RNA Cdr1as 的挖空。
通过这种方法进行短目标序列检测, 可以直观地显示 RNA 序列的长度为50核苷酸, 这是从 Jurkat 细胞中提取的 CDR3 序列的检测结果 (图 3)。该检测还可以检测与其他家庭成员或物种高度同源的基因序列, 如 Revêchon 所示, 后者使用短靶检测方法检测在小鼠皮下白脂肪组织中表达的人 progerin15。此外, 小核仁 RNA (snoRNA), CRISPR 介导的基因编辑, 和前体-microRNA 可以检测原位与短靶检测。最近, 傅等人将这一方法与 IHC 相结合, 以确定视网膜上的精确细胞, 表达前 miRNA mir125b16。
肿瘤的突变分析是研究肿瘤进展和发展靶向治疗的关键。虽然通过高通量测序可以实现突变分析, 但这种技术不能完全解决肿瘤的异质性, 也不能将基因改变与细胞形态学17,18联系起来。使用这种方法检测点突变可以区分 RNA 目标序列在单基分辨率, 这是通过检测 EGFR L858R 和 KRAS G12A 单核苷酸变化的细胞系 (图 5) 验证的。此外, 贝克等人用点突变法对大肠癌 BRAF、KRAS 和 PIK3CA 癌基因中的多项突变进行了靶向分析18。他们能够识别和空间地映射罕见的肿瘤细胞突变体 subclones, 最终显示它们是如何促进肿瘤内异质性的。
总之, 研制了一种专门的 RNA 检测方法。这种方法允许检测拼接变形, 短序列和原位突变。它是敏感的, 具体的, 可量化的, 并适用于性能的手动方法和自动 stainers。
The authors have nothing to disclose.
HybEZ Oven (110 or 220 VAC) or HybEZ II Oven (110 or 220V) | ACD | 310010 or 310013 (HybEZ™), 321710 or 321720 (HybEZ™ II) | |
HybEZ Humidity Control Tray (with lid) | ACD | 310012 | |
ACD EZ-Batch Slide Rack (20 slide capacity) 1 rack 310017 | ACD | 310017 | |
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ImmEdge Hydrophobic Barrier Pen (required) | Vector Laboratory | H-4000 | |
SuperFrost Plus Slides (required) | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
10% neutral-buffered formalin (NBF) | MLS | / | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
Paraffin wax | MLS | / | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
Microtome | MLS | / | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
Gill’s Hematoxylin I | American Master Tech Scientific/MLS | HXGHE1LT | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
Xylene | Fisher Scientific/MLS | X3P-1GAL | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
Tissue-Tek Vertical 24 Slide Rack | American Master Tech Scientific/MLS | LWSRA24 | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
Tissue-Tek Staining Dishes | American Master Tech Scientific/MLS | LWT4457EA | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
Tissue-Tek Clearing Agent Dishes, xylene resistant | American Master Tech Scientific/MLS | LWT4456EA | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
100% alcohol (EtOH) | American Master Tech Scientific/MLS | ALREACS | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
VectaMount Permanent Mounting Medium (required) | Vector Labs | H-5000 | |
Cover Glass, 24 x 50 mm | Fisher Scientific/MLS | 12-545-F | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
Ammonium hydroxide, 28–30% | Sigma-Aldrich/MLS | 320145-500mL | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
Carboy (>3L) | MLS | / | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
Oster Steamer Model 5712, Black and Decker Steamer HS3000, or the Braun Multiquick FS 20 Steamer | / | / | |
Digital thermometer | MLS | / | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
Water bath or incubator, capable of holding temperature at 40 +/– 1°C | MLS | / | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
Pipettors and tips, 1–1000 μL | MLS | / | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
Distilled water | MLS | / | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
Tubes (various sizes) | MLS | / | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
Fume hood | MLS | / | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
Graduated cylinder | MLS | / | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
Parafilm | MLS | / | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
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Microscope and accessories | MLS | / | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
Drying oven, capable of holding temperature at 60 +/– 1°C | MLS | / | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
Formaldehyde | MLS | / | MLS Major Laboratory Supplier in North America. For other regions, please check Catalog Numbers with your local lab supplier. |
Histogel | Fisher Scientific/MLS | 22-110-678 | |
BaseScope Reagent Kit – RED | Advanced Cell Diagnostics | 322900 | |
BaseScope Hs-EGFR-E1E2 | Advanced Cell Diagnostics | 701701 | |
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BaseScope Control Probe Pack Human | Advanced Cell Diagnostics | 322975 |