Summary

Het opbouwen van een High-throughput Screening Platform te beoordelen van de heterogeniteit van de HER2-gen Amplification in kanker van de borst

Published: December 05, 2017
doi:

Summary

Heterogene verdeling van de HER2-positieve cellen kan worden waargenomen in een subset van kanker van de borst en genereert klinische dilemma’s. Hier introduceren we een betrouwbare en voordelige protocol definiëren, meten en vergelijken van HER2 intra-tumor genetische heterogeniteit in een groot aantal ongelijkmatig verwerkte borstkankers.

Abstract

Gerichte therapieën tegen de menselijke epidermale groeifactor receptor 2 (HER2) hebben de uitkomst van patiënten met kanker van de borst van de HER2-positieve radicaal veranderd. Een minderheid van de gevallen wordt echter een heterogene verdeling van de HER2-positieve cellen, die grote klinische uitdagingen genereert weergegeven. Tot op heden hebben geen betrouwbare en gestandaardiseerde protocollen voor de karakterisering en de kwantificering van de heterogene gen HER2 versterking in grote cohorten voorgesteld. Hier presenteren we een high-throughput methodologie om te beoordelen gelijktijdig de HER2-status over verschillende topografische gebieden van meerdere kanker van de borst. In het bijzonder, illustreren we de procedure laboratorium voor de bouw van verbeterde weefsel microarrays (TMAs) integratie van een gerichte toewijzing van de tumoren. Alle parameters van de TMA zijn speciaal geoptimaliseerd voor het zilver in situ hybridisatie (SISH) van formaline-vaste paraffine-ingebedde (FFPE) borstweefsels. Analyse van Immunohistochemical van de prognostische en voorspellende biomarkers (dat wil zeggen, ER, PR, Ki67 en HER2) moet worden uitgevoerd met gebruikmaking van geautomatiseerde procedures. Een aangepaste SISH protocol is geïmplementeerd zodat een moleculaire analyse van hoge kwaliteit over meerdere weefsels die onderging verschillende procedures voor fixatie, verwerking en opslag. In deze studie bieden wij een bewijs-van-principe dat specifieke opeenvolgingen van DNA gelokaliseerde gelijktijdig op topografische vlakken van meerdere en ongelijkmatig verwerkte borstkankers met behulp van een efficiënte en kosteneffectieve methode zou kunnen zijn.

Introduction

HER2 is een oncogen dat overexpressie en versterkt in 15-30% van alle invasieve borst kanker1,2. HER2 overexpressie is afgeleid door de aanwezigheid van > 10% cellen met sterke membraan immunohistochemische (IHC) kleuring (3 +), terwijl de versterking van het gen kan worden beoordeeld wanneer de verhouding van de HER2/centromeer ≥2 is ofwel dat het exemplaaraantal gene ≥6, op te tellen bij minste 20 cellen door in situ hybridisatie (ISH)3.

Intra-tumor genetische heterogeniteit is wijd beschreven in kanker van de borst, wordt een potentieel negatieve bijdrage aan de evaluatie van biomarkers en behandelingen reactie4. Volgens het College van Amerikaanse pathologen (GLB), HER2 heterogeniteit bestaat als HER2 wordt versterkt > 5% en < 50% van het infiltreren van tumor cellen5. Helaas, de werkelijke incidentie van HER2 ruimtelijke heterogeniteit in kanker van de borst blijft een onderwerp van controverse tussen de pathologen, met sommige auteurs onderhouden dat het is een uiterst zeldzaam evenement en anderen suggereren dat tot 40% van de gevallen zijn HER2-heterogene1,5,6,7,8,9,10. Ondanks de biologische mechanismen die ten grondslag liggen aan deze voorwaarde zijn niet nog volledig opgehelderd, de prognostische en klinische effecten van intra-tumor HER2 heterogeniteit zijn cruciaal voor borst kanker patiënten11.

Onlangs, helder-veld moleculaire technieken, zoals chromogenic ISH (CISH) en zilveren ISH (SISH), opgedoken als betrouwbare methoden voor het detecteren van HER2 heterogeniteit in FFPE weefsels, met een aantal voordelen ten opzichte van TL ISH (vis)12. Helaas blijft de bulk analyse van individuele gevallen onpraktisch in groot-cohort onderzoeken. Verschillende groepen hebben gesuggereerd dat de combinatie van histochemie, IHC en ISH met TMA technologieën een waardevolle strategie in de studie van biologie van kanker13,14,15,16 vertegenwoordigen kan. Met deze wijd goedgekeurde methode kunnen weefselmonsters van verschillende patiënten worden geanalyseerd gelijktijdig, minimaliseren van de weefsels en reagentia werkzaam en daardoor de bevordering van de uniforme analyse van een groot aantal gevallen14. Er zijn echter geen protocollen beschikbaar voor de gelijktijdige hoog-productie moleculaire karakterisering van meerdere weefselmonsters die onderging verschillende verwerking in termen van reagentia, fixatie tijden en conserveringsmethoden werknemer, bijvoorbeeld als archivering blokken.

Gezien de prognostische en klinische implicaties van HER2 tot ruimtelijke heterogeniteit in borstkanker, ontwikkelden we een geïntegreerde moleculaire platform om te beoordelen in grote reeks ongelijkmatig verwerkte gevallen. Hier, schilderen we de laboratorium-strategieën om te genereren en analyseren van de intra-tumor heterogeniteit van versterking van de HER2 in high yield TMAs van borstkanker door middel van SISH. Het volgende protocol is ontwikkeld voor tumoren meten van > 5 mm (> pT1b volgens het TNM-2017)17. Voor kleinere letsels, is het aan te raden de analyses uitvoeren met full-face seriële secties. Onze procedure zorgt voor de gelijktijdige IHC en SISH analyse van maximaal 30 kanker van de borst, met een gemiddelde van 6 vlakken (bereik 4-8) voor elk geval. Over het geheel genomen zal 180 weefsel kernen van 1 mm in diameter, met 500 µm tussen de kernen, en 2 mm tussen het raster en de randen worden gegenereerd voor elk TMA-blok.

Protocol

Deze studie werd goedgekeurd door de institutionele evaluatie Boards uit IRCCS Ca’ Granda Foundation, Policlinico ziekenhuis, Milan, Italië. 1. de selectie van patiënten en weefsel Specimens Ophalen van de archivering slides van alle gevallen te worden geanalyseerd, met inbegrip van alle beschikbare haematoxyline en eosine (H & E) en IHC dia’s uit de oorspronkelijke diagnose en, indien aanwezig, een H & E van niet-neoplastische borstweefsel (b.v., chirurgische marge) evene…

Representative Results

Globaal, 444 invasieve borst kanker in 15 TMAs specifiek geoptimaliseerd voor ISH analyses zijn opgenomen. Onder de 2,664 plekken bemonsterd, 2,651 (99,5%) waren van de vertegenwoordiger van de eerder geselecteerde gebieden en daarom vatbaar voor latere analyses. Intra-tumor heterogeniteit werd bepaald door middel van IHC en SIH, met een nadruk op de heterogene distributies van HER2-positieve klonen in de topografische vlakken van de tumoren. Tabel 3 toont de biologische …

Discussion

We beschikken hier over de laboratorium-strategieën uit te voeren SISH analyses van het HER2 -gen en de bijbehorende centromeer in high yield TMAs van ongelijkmatig verwerkte borstkankers gedetailleerde. Deze methode is rendabel en in de meeste laboratoria voor de studie van HER2 gene amplificatie heterogeniteit in grote cohorten van borst kanker ontvangen formulier pathologie archieven kan worden uitgevoerd.

Vanwege het klinische belang van HER2 in borstkanker en de uitdagi…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Geen.

Materials

Surgipath Paraplast Leica Biosystems, Wetzlar, Germany, EU 39601006 Tissue embedding medium, 56 °C melting point
Eosin Y  1% water solution Bio Optica, Milan, Italy, EU 510002 Eosin yellowish, water-soluble
Carazzi’s hematoxylin Bio Optica, Milan, Italy, EU 506012 Alum hematoxylin ripened using potassium iodate
Diamond quality Laboindustria, Arzergrande, Italy, EU 33533 26×76 mm microscope slides
Leica CV Mount Leica Biosystems, Wetzlar, Germany, EU 14046430011 Mounting medium, with no monomers, based on polymers of butylmethacrylate in xylene
FLEX IHC microscope slides Agilent Technologies (Dako),  Santa Clara, CA, USA K8020 Coated microscope slides for adhesion of FFPE for use in IHC
BenchMark ULTRA Ventana medical system, Tucson, AZ, USA N750-BMKU-FS Slide staining system
CONFIRM anti-Estrogen Receptor (ER) (SP1) Rabbit Monoclonal Primary Antibody Ventana medical system, Tucson, AZ, USA 790-4324 Primary antibody, ready-to-use
CONFIRM anti-Progesterone Receptor (PR) (1E2) Rabbit Monoclonal Primary Antibody Ventana medical system, Tucson, AZ, USA 790-2223 Primary antibody, ready-to-use
CONFIRM anti-Ki-67 (30-9) Rabbit Monoclonal Primary Antibody Ventana medical system, Tucson, AZ, USA 790-4286 Primary antibody, ready-to-use
PATHWAY HER2 (4B5) Rabbit Monoclonal Primary Antibody Ventana medical system, Tucson, AZ, USA 790-4493 Primary antibody, ready-to-use
ultraView Universal DAB Detection Kit Ventana medical system, Tucson, AZ, USA 760-500 Indirect, biotin-free system for detecting mouse IgG, mouse IgM and rabbit primary antibodies
INFORM HER2 Dual ISH DNA Probe Cocktail Ventana medical system, Tucson, AZ, USA 780-4422 INFORM HER2 Dual ISH assay – Dual color in situ hybridization FDA approved automated assay for determining HER2 gene status in breast cancer patients 
ultraView Silver ISH DNP Detection Kit Ventana medical system, Tucson, AZ, USA 800-098
ultraView Red ISH DIG Detection Kit Ventana medical system, Tucson, AZ, USA 800-505
ISH Protease 3 Ventana medical system, Tucson, AZ, USA 780-4149 Used in the ISH process to remove protein that surrounds the target DNA sequences of interest
Hematoxylin Ventana medical system, Tucson, AZ, USA 760-2021 Modified Gill's hematoxylin counterstain reagent
Hematoxylin II Counterstaining Ventana medical system, Tucson, AZ, USA 790-2208 Modified Meyer's hematoxylin counterstain reagent
Bluing reagent Ventana medical system, Tucson, AZ, USA 760-2037 Aqueous solution of buffered lithium carbonate for bluing hematoxylin stained sections on glass slides
HybReady Ventana medical system, Tucson, AZ, USA 780-4409 Formamide-based buffer for ISH assays
EZ Prep (10x) Ventana medical system, Tucson, AZ, USA 950-102 Concentrate solution for paraffin removal from tissue samples during IHC and ISH reactions, and to dilute 1:10.
SSC Buffer (10X) Ventana medical system, Tucson, AZ, USA 950-110 Sodium Chloride Sodium Citrate buffer solution is used for stringency washes and to rinse slides between staining steps and provide a stable aqueous environment for the in situ hybridization reactions. Dilute 1:5.
ULTRA LCS Ventana medical system, Tucson, AZ, USA 650-210 Prediluted (ready-to-use) coverslip solution used as a barrier between the aqueous reagents and the air to prevent evaporation in the IHC and ISH reactions
Reaction Buffer (10x) Ventana medical system, Tucson, AZ, USA 950-300 Tris based buffer solution (pH 7.6 ± 0.2) to rinse slides between staining steps during IHC and ISH. Dilute 1:10.
ULTRA Cell Conditioning (ULTRA CC2) Ventana medical system, Tucson, AZ, USA 950-223 Pretreatment steps in the processing of tissue samples during IHC and ISH. Ready to use.
ULTRA Cell Conditioning (ULTRA CC1) Ventana medical system, Tucson, AZ, USA 950-224
ultraView Silver Wash II Ventana medical system, Tucson, AZ, USA 780-003 Ready-to-use solution to rinse slides between IHC and ISH staining steps
Microtome Leica Biosystems, Wetzlar, Germany, EU RM 2255 Automated rotary microtome
Multistainer Leica Biosystems, Wetzlar, Germany, EU ST 5020 Workstation for automated staining and coverslipping
Minicore 1 Alphelys, Plaisir, France, EU 00-MICO-1 Semi-automatic arrayer for TMA contruction with TMA Designer 2 embedded software
Aperio ScanScope CS2 Leica Biosystems, Wetzlar, Germany, EU K080254 Image capture device – digital pathology scanner
Tissue-Tek III Uni-Cassette Sakura Finetek Europe B.V 4135 Cassette
Tissue-Tek Paraform Standard Base Mold Sakura Finetek Europe B.V 7055 Stainless-Steel base metal mold

References

  1. Allison, K. H., Dintzis, S. M., Schmidt, R. A. Frequency of HER2 heterogeneity by fluorescence in situ hybridization according to CAP expert panel recommendations: time for a new look at how to report heterogeneity. Am J Clin Pathol. 136 (6), 864-871 (2011).
  2. Montemurro, F., Scaltriti, M. Biomarkers of drugs targeting HER-family signalling in cancer. J Pathol. 232 (2), 219-229 (2014).
  3. Wolff, A. C., et al. Recommendations for human epidermal growth factor receptor 2 testing in breast cancer: American Society of Clinical Oncology/College of American Pathologists clinical practice guideline update. J Clin Oncol. 31 (31), 3997-4013 (2013).
  4. Ng, C. K., Pemberton, H. N., Reis-Filho, J. S. Breast cancer intratumor genetic heterogeneity: causes and implications. Expert Rev Anticancer Ther. 12 (8), 1021-1032 (2012).
  5. Vance, G. H., et al. Genetic heterogeneity in HER2 testing in breast cancer: panel summary and guidelines. Arch Pathol Lab Med. 133 (4), 611-612 (2009).
  6. Murthy, S. S., et al. Assessment of HER2/Neu status by fluorescence in situ hybridization in immunohistochemistry-equivocal cases of invasive ductal carcinoma and aberrant signal patterns: a study at a tertiary cancer center. Indian J Pathol Microbiol. 54 (3), 532-538 (2011).
  7. Ohlschlegel, C., Zahel, K., Kradolfer, D., Hell, M., Jochum, W. HER2 genetic heterogeneity in breast carcinoma. J Clin Pathol. 64 (12), 1112-1116 (2011).
  8. Chang, M. C., Malowany, J. I., Mazurkiewicz, J., Wood, M. ‘Genetic heterogeneity’ in HER2/neu testing by fluorescence in situ hybridization: a study of 2,522 cases. Mod Pathol. 25 (5), 683-688 (2012).
  9. Bartlett, A. I., et al. Heterogeneous HER2 gene amplification: impact on patient outcome and a clinically relevant definition. Am J Clin Pathol. 136 (2), 266-274 (2011).
  10. Seol, H., et al. Intratumoral heterogeneity of HER2 gene amplification in breast cancer: its clinicopathological significance. Mod Pathol. 25 (7), 938-948 (2012).
  11. Hanna, W. M., et al. HER2 in situ hybridization in breast cancer: clinical implications of polysomy 17 and genetic heterogeneity. Mod Pathol. 27 (1), 4-18 (2014).
  12. Sanguedolce, F., Bufo, P. HER2 assessment by silver in situ hybridization: where are we now?. Expert Rev Mol Diagn. 15 (3), 385-398 (2015).
  13. Fusco, N., et al. The Contrasting Role of p16Ink4A Patterns of Expression in Neuroendocrine and Non-Neuroendocrine Lung Tumors: A Comprehensive Analysis with Clinicopathologic and Molecular Correlations. PLoS One. 10 (12), e0144923 (2015).
  14. Albanghali, M., et al. Construction of tissue microarrays from core needle biopsies – a systematic literature review. Histopathology. 68 (3), 323-332 (2016).
  15. Navani, S. Manual evaluation of tissue microarrays in a high-throughput research project: The contribution of Indian surgical pathology to the Human Protein Atlas (HPA) project. Proteomics. 16 (8), 1266-1270 (2016).
  16. Fusco, N., et al. HER2 in gastric cancer: a digital image analysis in pre-neoplastic, primary and metastatic lesions. Mod Pathol. 26 (6), 816-824 (2013).
  17. Amin, M. B., et al. . AJCC Cancer Staging Manual. , (2017).
  18. Lakhani, S. R., Ellis, I. O., Schnitt, S. J., Tan, P. H., van de Vijver, M. J. . WHO Classification of Tumours of the Breast. , (2012).
  19. Kononen, J., et al. Tissue microarrays for high-throughput molecular profiling of tumor specimens. Nat Med. 4 (7), 844-847 (1998).
  20. Fusco, N., et al. Resolving quandaries: basaloid adenoid cystic carcinoma or breast cylindroma? The role of massively parallel sequencing. Histopathology. 68 (2), 262-271 (2016).
  21. Fusco, N., et al. Genetic events in the progression of adenoid cystic carcinoma of the breast to high-grade triple-negative breast cancer. Mod Pathol. 29 (11), 1292-1305 (2016).
  22. Fusco, N., et al. Recurrent NAB2-STAT6 gene fusions and oestrogen receptor-α expression in pulmonary adenofibromas. Histopathology. 70 (6), 906-917 (2017).
  23. Hammond, M. E., et al. American Society of Clinical Oncology/College Of American Pathologists guideline recommendations for immunohistochemical testing of estrogen and progesterone receptors in breast cancer. J Clin Oncol. 28 (16), 2784-2795 (2010).
  24. Fusco, N., Bosari, S. HER2 aberrations and heterogeneity in cancers of the digestive system: Implications for pathologists and gastroenterologists. World J Gastroenterol. 22 (35), 7926-7937 (2016).
  25. Dowsett, M., et al. Assessment of Ki67 in breast cancer: recommendations from the International Ki67 in Breast Cancer working group. J Natl Cancer Inst. 103 (22), 1656-1664 (2011).
  26. Dekker, T. J., et al. Determining sensitivity and specificity of HER2 testing in breast cancer using a tissue micro-array approach. Breast Cancer Res. 14 (3), R93 (2012).
  27. De Sio, G., et al. A MALDI-Mass Spectrometry Imaging method applicable to different formalin-fixed paraffin-embedded human tissues. Mol Biosyst. 11 (6), 1507-1514 (2015).

Play Video

Cite This Article
Ercoli, G., Lopez, G., Ciapponi, C., Corti, C., Despini, L., Gambini, D., Runza, L., Blundo, C., Sciarra, A., Fusco, N. Building Up a High-throughput Screening Platform to Assess the Heterogeneity of HER2 Gene Amplification in Breast Cancers. J. Vis. Exp. (130), e56686, doi:10.3791/56686 (2017).

View Video