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靶點科技(北京)有限公司

Covaris 超聲打斷技術助力FFPE樣本蛋白質組學

時間:2024-5-24閱讀:587

FFPE樣本,即福爾馬林固定石蠟包埋組織樣本。在臨床研究中組織離體后,其原有的形態功能很難完整地保存,因此通過甲醛固定以及石蠟包埋的方式可以最大限度地保存樣本的完整性以及生物大分子的完整性,因此FFPE樣本也成為了臨床蛋白質組學研究的寶貴資源。但是目前FFPE樣本蛋白組學樣本制備仍存在著標準化程度低、效率低、重復性低和擴展性差等問題,靶點科技給您介紹一種FFPE樣本蛋白組學樣本制備新方法 ---Covaris 自動聲波聚焦技術。


Covaris AFA聚焦超聲+S-Trap 方法-FFPE樣本蛋白提取新方法

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近期,Dylan M. Marchione等人在Journal of Proteome Research上發表了題為“HYPERsol: High-Quality Data from Archival FFPE Tissue for Clinical Proteomics"的文章,該文章報道了一種高產蛋白質提取和直接溶解回收的方法-HYPERsol,是一種Covaris AFA超聲和S-Trap樣品處理的優化工作流程,能夠使FFPE樣品的蛋白質組覆蓋率和量化程度達到與新鮮冰凍組織相當的水平。

FFPE樣品蛋白質提取的工作流程分為三個基本步驟:提取、組織均質化和蛋白質回收。評估了兩種可選擇的組織提取策略:二甲苯-乙醇脫蠟(用 "X "表示),直接溶解于5%的SDS水溶液(用 "D "表示);比較了兩種均質化技術:探針超聲處理(用 "P "表示)和AFA超聲處理(用 "U "表示);比較了兩種下游分析的蛋白質回收技術:甲醇-氯仿沉淀(以 "M "命名)和S-Trap樣品處理(以 "S "命名)。進行多種處理組合實驗(圖1)。
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圖1. 多種處理組合實驗表。FFPE處理,傳統:二甲苯-乙醇,探頭,甲醇-氯仿;HYPERsol:SDS溶解,AFA超聲,S-Trap。新鮮冰凍處理,FPS:冰凍,探頭,S-Trap;FUS:冰凍,超聲,S-Trap。




Covaris AFA聚焦超聲+S-Trap 方法提高了FFPE樣品的覆蓋深度

      首先,作者用質譜檢測了多種處理組合的人類肝臟樣品,發現相較于傳統(“XPM")的FFPE樣品處理,HYPERsol (“DUS")的結果是多識別11211種(37%)肽類和644種(24%)蛋白質組,接近于新鮮冰凍樣品檢測深度(“FPS")。相較于傳統工作流程,DPS和HYPERsol的平均蛋白質序列覆蓋率均有顯著提高,從20.0%到23.9%(圖2)。

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圖2. 相較于傳統的工作流程,HYPERsol提高了FFPE樣本的蛋白覆蓋深度。a 新鮮肝臟樣品被制作成新鮮冰凍樣品或FFPE樣品。b 實驗條件表。c、d 不同條件下的肽類和蛋白質組數量鑒定。e 不同條件下蛋白質序列覆蓋率的密度圖。星號:與FPS相比;n = 3;* :p < 0.05,** :p < 0.01,*** :p < 0.001。




Covaris AFA聚焦超聲+S-Trap 方法提取FFPE蛋白質與新鮮冰凍組織相媲美

      接下來,作者評估了FFPE樣本中提取的蛋白質與冰凍組織中提取的蛋白質的差異程度。蛋白質組數據集的皮爾遜相關系數顯示,HYPERsol(FFPE)數據集與FUS(冰凍)數據集非常相似,平均相關系數達0.936,顯著高于傳統方法與FUS相似性(0.852)。火山圖表明,“HYPERsol與FUS處理"的蛋白質組的相對豐度差異顯著小于“傳統和FUS處理"蛋白質組的相對豐度差異,HYPERsol法處理FFPE樣本更能真實還原原始組織的組成(圖3)。總體而言,利用HYPERsol法從FFPE樣本中提取蛋白質與從冰凍組織中提取蛋白質的水平相媲美!


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圖3. HYPERsol產生的蛋白質組學數據與新鮮冰凍組織相似。b、c不同條件下肽類和蛋白質組的數量鑒定。n = 3;星號:與HYPERsol相比;* :p < 0.05,** :p < 0.01,*** :p < 0.001。d 散點圖描述了每個實驗條件的蛋白質組數據與FUS數據之間的相關性,R值:皮爾遜相關系數。e 相關矩陣描述了所有成對運行比較中的皮爾遜相關系數。f、g 火山圖比較了傳統和FUS條件下、HYPERsol和FUS條件下檢測到的蛋白質的相對豐度差異。




FFPE存檔樣本蛋白質組學鑒定成為可能

      以上,作者證實了HYPERsol法在FFPE樣本的蛋白質提取中占據重要優勢。此外,作者對以往難以診斷的惡性外周神經鞘膜瘤(MPNST),以及與其難以區分的黑色素瘤和滑膜肉瘤進行分析,發現HYPERsol法特別適合于鑒定新的免疫組織化學(IHC)標記,以促進組織形態學非特異的腫瘤診斷。


作者利用HYPERsol法提取32個存檔的FFPE腫瘤樣本,質譜分析共鑒定到6123個蛋白質組,分析顯示,近90%在3種腫瘤中均被檢測到,數字統計上表現出鑒定標志物區分類似腫瘤的困難,當然每類腫瘤中也均檢測到特異性的蛋白質,這些蛋白質與已知的蛋白質表達特征基本一致。
研究還發現了其余幾種腫瘤類型特異性的蛋白質(MPNST中有103種,黑色素瘤中有114種,滑膜肉瘤中有43種),其中包括已知的黑色素瘤標志物酪氨酸酶,僅在黑色素瘤(9/10)中被檢測到,以及ICAM5蛋白僅在滑膜肉瘤(9/9)中檢測到,其他腫瘤中未被檢測到,新發現的這些標志物,有望作為診斷中具有挑戰性腫瘤的有效IHC標記(圖4)!


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圖4. HYPERsol使FFPE存檔組織樣本的蛋白質組學鑒定成為可能。a?c 惡性外周神經鞘膜瘤、黑色素瘤和滑膜肉瘤的H&E染色。d 3種腫瘤類型中識別的蛋白質組數箱圖。e 3種腫瘤類型之間檢測到的蛋白質重疊維恩圖。f 散點圖,描繪標本的儲存期與已確定的蛋白質組數之間的關系。虛線表示具有95%可信區間的最佳擬合線;R值和P值基于皮爾遜與乘積矩相關性。g、h MPNST和黑色素瘤、黑色素瘤和滑膜肉瘤中差異蛋白表達的火山圖。I-k TYR、TLE1和ICAM5在3種腫瘤中的豐度表達。* : p<0.001,** :  p<0.0001。


總結



HYPERsol法對FFPE組織進行高度可重復的蛋白質提取,將蛋白提取結果提升至新鮮冰凍組織的水平。該法先將樣品直接溶于SDS中,避免了去石蠟化的需要,從而提高了樣品的產量;后通過Covaris S220 聚焦超聲處理,裂解組織樣品,充分釋放蛋白質,保護其生物大分子活性不被破壞,同時也消除了樣品與超聲處理探針接觸而造成交叉污染的可能性;最后,使用S-Traps進行蛋白質回收和下游樣品制備遠優于用甲醇-氯仿沉淀,因其不需要沉淀和溶解蛋白質。這種結合Covaris AFA超聲處理的新穎方法,能更好的裂解組織細胞,釋放豐富的蛋白種類及數量,更加釋放了科學研究的無限可能!


隨著Covaris AFA超聲處理和S-Trap樣品處理的96孔板的出現,HYPERsol將適用于臨床標本的自動化、高通量分析。HYPERsol工作流程有望使豐富的臨床注釋和組織學特征的FFPE生物庫中的新發現成為可能,從而幫助開創一個臨床蛋白質組學的新時代!


參考文獻:Dylan M. Marchione, et al. HYPERsol: High-Quality Data from Archival FFPE Tissue for Clinical Proteomics. J. Proteome Res. 2020, 19(2): 973-983.

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