RNAベースのアプローチを使用して、固形腫瘍組織の定量的免疫プロファイルを決定し、免疫腫瘍学バイオマーカー探索のための臨床コホートを活用することは、分子および情報学的プロトコルを介して記述されています。
免疫療法は腫瘍学患者の治療において約束を示すが、腫瘍微小環境の複雑な不均一性は治療応答の予測を困難にする。腫瘍組織とその周辺に存在する免疫細胞の相対的集団を解決する能力は、臨床的に理解応答に関連することが示されているが、フローサイトメトリーおよび免疫組織化学などの伝統的な技術によって制限されている(IHC)は、必要な組織の大量性、正確な細胞型マーカーの欠如、および多くの技術的および物流上のハードルのために。1つのアッセイ(例えば、免疫プリズムプロファイリングアッセイ)は、少量のRNAと高度に分解されたRNAの両方に対応することによってこれらの課題を克服し、臨床的にアーカイブされた固形腫瘍組織から抽出されたRNAの共通の特徴である。このアッセイは、試薬キットとクラウドベースのインフォマティクスを介してアクセスされ、Illuminaシーケンシングプラットフォーム向けのエンドツーエンドの定量的、ハイスループットな免疫プロファイリングソリューションを提供します。研究者は、ホルマリン固定パラフィン埋め込み(FFPE)組織の2つのセクションまたは(サンプルの品質に応じて)総RNAの20〜40ngから始まり、プロトコルは8つの免疫細胞タイプと10の免疫脱出を定量化する免疫プロファイルレポートを生成します遺伝子は、腫瘍微小環境の完全なビューを捕捉する。得られたデータを利用するために追加のバイオインフォマティクス分析は必要ありません。適切なサンプルコホートを使用すると、プロトコルはまた、関心のある患者集団内の統計的に有意なバイオマーカーを識別するために使用され得る。
ホルマリン固定およびパラフィン埋込み(FFPE)のヒト組織サンプルにおける腫瘍浸潤リンパ球(TILs)および他の免疫関連分子の定量化は、臨床研究1、2、3において示された値を示している。フローサイトメトリーや単細胞リボ核酸(RNA)シーケンシングなどの一般的な技術は、新鮮な組織および血液4に有用であるが、生存可能な細胞懸濁液を作ることができないため、FFPE材料の分析には適さない。FFPE組織においてこれらの細胞を定量化するために使用されている現在の方法は、大きな課題に苦しんでいます。免疫組織化学(IHC)および他の同様のイメージングワークフローは、細胞表面タンパク質を検出するための特異的抗体を必要とし、再現性定量を可能にするために実験室間で標準化することは困難である可能性があります 5。nCounterシステムのようなプラットホームは、検出の感度および特異性を制限する主要な免疫細胞6を定義するために単一の遺伝子の発現に依存する。スタンドアロンのソフトウェアツールと組み合わせたより一般的なRNAシーケンシング方法は、利用可能ですが、7、8、9、10、11、12を使用する前に、大幅な最適化と検証が必要です。レーザー捕捉マイクロ解剖(LCM)とFFPE組織のRNAシーケンシングを組み合わせた最近の進歩は、約束を示しています。しかし、より高いスループット、ターンキーソリューションは、堅牢なバイオマーカー13、14を同定することを目的としたトランスレーショナル研究に必要とされる。多次元バイオマーカーを生成する方法は、予測免疫モデリング、治療応答者、癌サブタイプ、または高い予測精度および統計的有意性を有する生存結果を含む患者コホートを定義する15、16の精密医療の時代においてますます重要になってきている。
このニーズに対応するために、標準化されたRNAシーケンシング試薬および雲ベースのインフォマティクスを使用して、固形腫瘍FFPE組織における免疫細胞の感受性および特異的定量を可能にする免疫プロファイリングアッセイが開発されました。FFPE組織から分解されたRNAを収容することに加えて、プロトコルは、コア針生検、針吸引、およびミクロまたはマクロ解剖組織などの制限組織サンプルから得られるRNAを収容することができる。各サンプルからのRNAデータは、免疫細胞の遺伝子発現モデルのデータベースと比較され、免疫健康発現モデルと呼ばれ、免疫細胞をサンプル中に存在する全細胞の割合として定量する。簡単に言えば、これらのモデルは、機械学習法を用いて構築され、精製免疫細胞集団(正規細胞表面マーカーを用いて単離された)から生成された全トランスクリプトームデータからユニークな多原性発現パターンを同定した(正規細胞表面マーカーを用いて分離された)17,18。この技術の基礎となる多次元健康発現モデルにより、アッセイは異種混合物中に存在する全細胞のパーセントとして各免疫細胞を定量化することができます。これにより、研究者は、臨床値19、20を有することが示されているインターおよびイントラサンプル免疫細胞比較を生成することができます。その他の用途としては、代表的な結果に記載されているように、治療前および後の免疫応答の定量が挙げられる。アッセイは、8種類の免疫細胞型(遺伝子発現モデル由来)の絶対割合を含む腫瘍および腫瘍微小環境の免疫コンテクスチャの複数の特徴について報告する:CD4+ T細胞、CD8+ T細胞、CD56+ナチュラルキラー細胞、CD19+B細胞、CD14+単球、Tregs、M1マクロファージ、およびM2マクロファージ。 さらに、アッセイは、10個の免疫脱出遺伝子(PD-1、PD-L1、CTLA4、OX40、TIM-3、BTLA、ICOS、CD47、IDO1、およびARG1)の発現(100万回当たりのトランスクリプト、またはTPM)を報告する。
この試薬キットは、図 1に示すように、ハイブリッド キャプチャ ベースのライブラリ準備方法に従って、高品質のライブラリを、イユミナ プラットフォームでシーケンス処理の準備を整えるために使用します。研究者が実験室にIlluminaシーケンシングプラットフォームを持っていない場合、彼らはシーケンシングのためにコアラボにサンプルを提出することができます。生成されると、シーケンスデータは、自動化された分析のためにPrism Portalにアップロードされ、個々のサンプルに対する包括的で定量的なプロファイルを、免疫レポート(図2A)の形でユーザに返されます。ユーザーは、プリズムポータルでサンプルグループを定義してバイオマーカーレポート(図2B)を生成し、2つの患者コホートを区別する統計的に有意なバイオマーカーを強調することもできる。重要なことに、試薬キットによって生成されたデータは研究用のみであり、診断目的で使用することはできません。
図1:ワークフローの概要このプロトコルでは、RNAはまずcDNAに変換される。シーケンシングアダプタは、リゲーションされ、アダプター-リゲーテッドcDNAを増幅し、PCRによってバーコード化してプリキャプチャライブラリを作成します。ビオチン化プローブは、特定のcDNA標的にハイブリダイズされ、ストレプトアビジンビーズを使用して捕捉されます。非結合、非標的cDNAは洗浄によって除去される。最終的な PCR エンリッチメントにより、キャプチャ後のライブラリをシーケンス処理の準備ができます。*総RNAはヒトサンプルからのものでなければなりません。無傷または分解(FFPE)RNAである可能性があります。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図2:代表免疫報告ワークフローは、処理された各サンプルに対する個別の免疫レポート(A)と、定義された患者コホートのバイオマーカーレポート(B)の2つのレポートを生成します。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
このプロトコルは、約16時間の準備時間(全RNAからシーケンシングの準備ができたライブラリまで)を必要とします。ただし、プロトコルに記載されているように、いくつかのオプションの停止点があります。このアッセイは、トランスクリプトミクスの豊かでダイナミックな性質を利用して、従来の単一分析体バイオマーカーを超えて多次元遺伝子発現モデルに移行し、標準化された組織サンプルの包括的な生物学的特徴付けを可能にします。試薬および使いやすいソフトウェア用具。機械学習と健康発現モデルのデータベースを活用して、貴重な臨床サンプルのより正確で定量的な免疫プロファイルを導き出し、発見することで、研究者は自分の研究室で現代的な技術を活用することができます。完全な統計解析を用いて多次元RNAバイオマーカー。
このプロトコルには、20 ng の無傷または 40 ng の高度に分解された RNA (FFPE) が必要です。RNAサンプルは、DNA、塩(例えば、Mg2+、またはグアニジン塩)、二価カチオンキレート剤(例えば、EDTA、EGTA、クエン酸塩)、または有機物(例えば、フェノールおよびエタノール)を含まないべきである。DV200 <20%を持つ RNA サンプルを続行することはお勧めしません。これらの制御は、ライブラリの準備から分析まで、プロトコル全体を通してパフォーマンスを評価する手段を提供するので、キット内コントロールRNAの使用が強く推奨されます。
プロトコルは0.2 mL PCRストリップ管を使用して行われるように設計されています。好ましい場合、プロトコルは96ウェルPCRプレートのウェルを用いて行うこともできます。PCRチューブまたはストリップチューブのすべてのリファレンスの代わりに、96ウェルPCRプレートのウェルを使用してください。ビーズの精製や洗浄工程の間にビーズの完全な再懸濁を視覚的に確認することが重要であるため、透明な井戸のみを使用してPCRプレートを使用してください。
プロトコル全体を通して、特に指定がない限り、試薬を凍結または氷上に保管してください。完全に解凍されるまで試薬を使用しないでください。使用前に、すべての試薬を完全に混ぜるようにしてください。
使用後は、すぐに-20°Cに戻るまで、酵素を-20°Cに保ちます。分子グレードのヌクレアーゼフリー水のみを使用します。DEPC 処理水を使用することは推奨されません。ピペットを混ぜるときは、溶液がよく混ざるまで、穏やかに吸引し、全体の体積の少なくとも50%を分配する。ピペットは酵素を含むすべてのマスターミックスを混合します。渦を使用して酵素を混合すると、変性を引き起こし、その性能を損なう可能性があります。ビーズ精製の際には、分子グレードのエタノールから作ったての80%エタノール溶液を使用します。新鮮ではないエタノール溶液を使用すると、収率が低下する可能性があります。これは溶出効率を低下させることができるので、ビーズを過度に乾燥しないでください(過乾燥するとビーズはひび割れたように見えます)。
ステップ10で説明したように、一意のインデックスプライマーが各反応に追加されます。これらのインデックスのシーケンスに基づいて、低レベル多重化のために、特定のインデックスの組み合わせが最適です。これらのインデックスのシーケンスは、データのシーケンス後の変換を解除するために必要です。シーケンスと推奨される多重化の組み合わせは、補足表 3に記載されています。この同じステップでは、推奨されるPCRサイクルの数は、使用されるRNAの品質によって異なり、PCRの過剰増幅を防ぐためにいくつかの最適化が必要な場合があることに注意することが重要です。免疫プリズムインタクトコントロールRNAおよびその他の高品質RNAについては、10 PCRサイクルで最適化を開始します。免疫プリズム FFPE コントロール RNA およびその他の高度に分解/FFPE RNA の場合、15 PCR サイクルで最適化を開始します。PCRサイクルを最適化するために、解析する材料を代表するRNAを用いた試験ライブラリの作成をお勧めします。プリキャプチャー・ライブラリーの収量が一貫して得られる PCR サイクルの最小数 (>200 ng) を使用する必要があります。バイオアナライザのトレースで1000bp前後の二次ピークは、過剰増幅を示しています(図4)。過剰増幅は最小限に抑えるべきであるが、小さい二次ピークの存在はアッセイ結果を妨げない。
サンプル損失を最小限に抑え、チューブのスイッチングを回避するために、真空濃縮器で可能な場合、ステップ13はPCRチューブ、ストリップチューブ、または1.5 mLマイクロチューブの代わりに96ウェルPCRプレートで実行できます。ローターは多くのコンセントレーターで取り外すことができる。これにより、ストリップチューブまたはプレートが真空中に収まります。真空濃縮は、遠心分離無しの水性乾燥を使用して実行することができます。手順については、真空濃縮器のマニュアルを参照してください。サンプルをストリップチューブまたは96ウェルプレートで乾燥させた場合、ハイブリダイゼーション工程は同じ容器内で行うことができる。
ステップ17の間、ビード捕獲効率を高めるために10-12分ごとにボルテックスするようにしてください。チューブが開くのを防ぐために混合するときは、慎重に暖かいストリップチューブのキャップを保持します。
ステップ18で説明したワッシュは、高い非特異的汚染を避けるために重要であり、密接に従わなければなりません。洗浄のたびにビーズを完全に再懸濁し、洗浄バッファを完全に取り除き、洗浄バッファ2洗浄中にサンプルを新鮮なストリップチューブに移します(ステップ18.6.5)。ストレプトアビジンビーズが完全に再懸濁され、全体のインキュベーション中にサスペンションに残っていることを確認してください。チューブキャップに飛び散ってキャプチャに悪影響を与えるわけではありません。室温の洗い上がりの間、マイクロプレート渦ミキサーは、より容易な再懸濁のために2分間のインキュベーション期間全体のサンプルをボルテックスするために使用され得る。ストレプトアビジンビーズを乾燥させないでください。必要に応じて、ビーズの乾燥を避けるためにバッファー内のインキュベーションを拡張します。複数のストリップチューブを使用する場合は、一度に1つのストリップチューブを使用して、他のストリップチューブがサーモサイクラーに座っている間、各洗浄のために一度に作業します。これは、ビーズの乾燥や急いで過ぎないようにし、再懸濁液の不良や他の最適でない技術を生じさせるのに役立ちます。初めてのユーザーの場合は、一度に 8 つ以上のライブラリの反応を処理することはお勧めしません。
現在の免疫プロファイリング技術は、重要な解釈(RNAシーケンシング)を必要とする何千ものデータポイントから個々の離散データポイント(単一プレックスIHC)まで、連続した情報を提供します。ここで説明するプロトコルは、高感度を可能にする焦点を当てたスコープを持つ真ん中のどこかにあるアプローチを表しますが、臨床的に関連する転写データのサブセットのみをキャプチャします。バルクRNA抽出の性質上、このプロトコルは免疫細胞と腫瘍微小環境との間の空間的関係に関する情報を提供しないが、結果はこの情報を追加するイメージング技術と補完され得る。このプロトコルによって生成されたデータには、がんの生物学を病気として学び、治療を行うための治療法について学ぶ必要があります。代表的な結果に示すように、個々の免疫報告は、患者の免疫プロファイルが疾患の進行または治療などの事象に応答してどのように変化するかを理解するのに有用である。ここで示した結果はいくつかのユースケースを提供しますが、治療の作用機序を調査し、進行フリーおよび全体的な生存などの臨床結果の推定バイオマーカーを特定するなど、他のアプリケーションも同様です実用的。バイオマーカー発見用途にこのプロトコルを使用する場合、均質な集団が分析され、統計的な力のために十分なサンプルが含まれ、偏りの源が考慮されるように、良い研究設計を実践することが重要です。アッセイの焦点を絞った合理化された性質のために、一度発見されたこれらのバイオマーカーの臨床検証および下流適用への道を想像することは可能である。
The authors have nothing to disclose.
著者らは、TriStarテクノロジーグループが代表的な結果に生物学的標本を提供し、コファクターゲノミクスの分子、分析、製品、商業チーム全体を技術的専門知識のために提供し、かつサポート。
0.2 mL PCR 8 tube strip | USA Scientific | 1402-2700 | USA Scientific 0.2 mL PCR 8-tube strip |
200 Proof Ethanol | MilliporeSigma | EX0276-1 | Prepare 80% by mixing with nuclease-free water on the day of the experiment |
96-well thermal cyclers | BioRad | 1861096 | |
Solid-phase Reversible Immobilization (SPRI) Beads | Beckman-Coulter | A63882 | Agencourt AMPure XP – PCR Purification beads |
Digital electrophoresis chips and kit | Agilent Technologies | 5067-4626 | Agilent High Sensitivity DNA chips and kit |
Digital electrophoresis system | Agilent Technologies | G2939AA | Agilent 2100 Electrophoresis Bioanalyzer |
Streptavidin Beads | ThermoFisher Scientific | 65306 | Dynabeads M-270 Streptavidin |
ImmunoPrism Kit – 24 reaction | Cofactor Genomics | CFGK-302 | Cofactor ImmunoPrism Immune Profiling Kit – 24 reactions |
Human Cot-1 DNA | ThermoFisher Scientific | 15279011 | Invitrogen brand |
Magnetic separation rack | Alpaqua/Invitrogen | A001322/12331D | 96-well Magnetic Ring Stand |
Microcentrifuge | Eppendorf | 22620701 | |
Microcentrifuge tubes | USA Scientific | 1415-2600 | USA Scientific 1.5 mL low-adhesion microcentrifuge tube |
NextSeq550 | Illumina | SY-415-1002 | Any Illumina sequencer may be used for this protocol |
Nuclease-free water | ThermoFisher Scientific | AM9937 | |
Prism Extraction Kit | Cofactor Genomics | CFGK-401 | Cofactor Prism FFPE Extraction Kit – 24 samples |
Purified RNA | – | – | Purified from human tissue samples |
Fluorometer | ThermoFisher Scientific | Q33226 | Qubit 4 System |
Fluorometric Assay Tubes | Axygen | PCR-05-C | 0.5mL Thin Wall PCR Tubes with Flat Caps |
High Sensitivity Fluorometric Reagent Kit | Life Technologies | Q32854 | Qubit dsDNA HS Assay Kit |
Vacuum concentrator | Eppendorf | 22820001 | VacufugePlus |
Vortex mixer | VWR | 10153-838 | |
Water bath or heating block | VWR/USA Scientific | NA/2510-1102 | VWR water bath/USA Scientific heating block |