Summary

Quantification de l'expression protéique et co-localisation utilisant multiplexé Immuno-histochimie Coloration et multispectrale Imaging

Published: April 08, 2016
doi:

Summary

Immunohistochemistry is a powerful lab technique for evaluating protein localization and expression within tissues. Current semi-automated methods for quantitation introduce subjectivity and often create irreproducible results. Herein, we describe methods for multiplexed immunohistochemistry and objective quantitation of protein expression and co-localization using multispectral imaging.

Abstract

Immunohistochemistry is a commonly used clinical and research lab detection technique for investigating protein expression and localization within tissues. Many semi-quantitative systems have been developed for scoring expression using immunohistochemistry, but inherent subjectivity limits reproducibility and accuracy of results. Furthermore, the investigation of spatially overlapping biomarkers such as nuclear transcription factors is difficult with current immunohistochemistry techniques. We have developed and optimized a system for simultaneous investigation of multiple proteins using high throughput methods of multiplexed immunohistochemistry and multispectral imaging. Multiplexed immunohistochemistry is performed by sequential application of primary antibodies with secondary antibodies conjugated to horseradish peroxidase or alkaline phosphatase. Different chromogens are used to detect each protein of interest. Stained slides are loaded into an automated slide scanner and a protocol is created for automated image acquisition. A spectral library is created by staining a set of slides with a single chromogen on each. A subset of representative stained images are imported into multispectral imaging software and an algorithm for distinguishing tissue type is created by defining tissue compartments on images. Subcellular compartments are segmented by using hematoxylin counterstain and adjusting the intrinsic algorithm. Thresholding is applied to determine positivity and protein co-localization. The final algorithm is then applied to the entire set of tissues. Resulting data allows the user to evaluate protein expression based on tissue type (ex. epithelia vs. stroma) and subcellular compartment (nucleus vs. cytoplasm vs. plasma membrane). Co-localization analysis allows for investigation of double-positive, double-negative, and single-positive cell types. Combining multispectral imaging with multiplexed immunohistochemistry and automated image acquisition is an objective, high-throughput method for investigation of biomarkers within tissues.

Introduction

Immunohistochimie (IHC) est une technique de laboratoire standard pour la détection de la protéine dans le tissu, et IHC est encore largement utilisé dans la recherche et la pathologie de diagnostic. L'évaluation de la coloration IHC est souvent semi-quantitative, l'introduction d'un biais potentiel dans l'interprétation des résultats. De nombreuses approches semi-quantitatives ont été développés qui incorporent à la fois l' intensité de la coloration et de la portée de coloration dans le diagnostic final de 1-4. D' autres systèmes comprennent l' intensité de notation et localisation subcellulaire afin de mieux localiser l' expression 5. Incorporation des scores moyens de téléspectateurs multiples est souvent utilisé afin de minimiser les effets de polarisation unique spectateur 6. En dépit de ces efforts, la subjectivité dans l' analyse reste encore, en particulier lors de l' évaluation de la mesure de la coloration 7. Protocole de normalisation et de la subjectivité de l'entrée en minimisant humaine est primordiale pour créer des résultats précis et reproductibles IHC.

content "> Il existe d' autres options que IHC pour déterminer l' expression des protéines dans les tissus. Dans le cadre de la recherche, l' immunohistochimie a traditionnellement été considérée comme un moyen d'examiner la localisation des protéines 8, tandis que d' autres techniques telles que immunoblotting sont considérés comme l' étalon – or pour étudier l' expression des protéines . tissu Détermination ou une expression spécifique de compartiment cellulaire est difficile sans incorporer des techniques avancées telles que le fractionnement cellulaire ou microdissection laser 9,10. L'utilisation d'anticorps fluorescents sur des lames de tissus offre un compromis raisonnable, mais fond autofluorescence en raison de NADPH, lipofushines, réticulaire fibres, le collagène, l' élastine et peuvent rendre difficile une quantification précise 11.

Plates – formes de pathologie de calcul automatiques sont une voie prometteuse pour plus quantification objective de la pathologie coloration 12-15. La combinaison de l'imagerie multispectrale avec des microréseaux de tissusfacilite l'analyse à haut débit de l'expression des protéines dans les grandes tailles d'échantillon. Avec ces techniques, l' analyse des protéines co-localisation, l' hétérogénéité de coloration, et des tissus et la localisation subcellulaire est possible tout en réduisant sensiblement les préjugés et le temps nécessaire à l' analyse inhérents, tout en retournant les données d'une manière continue plutôt que le format catégorique 16. Par conséquent, le but de cette étude était de démontrer l'utilité de la méthodologie et pour effectuer des immunohistochimie multiplexé avec l'analyse, en utilisant un logiciel d'imagerie multispectrale.

Ce protocole est écrit pour le manuel, la coloration immunohistochimique multiplex d'une seule lame de coupe de tissu avec quatre anticorps monoclonaux optimisés. Comme expérience représentative, anti-lapin nucléaire récepteur alpha des œstrogènes (ERa) et du récepteur d'androgène (AR) sont multiplexés avec liée à la membrane anti-souris et CD147 lié à la membrane anti-souris de la E-cadhérine. Tout anticorps de choix peut être Substituted pour les anticorps énumérés ici, mais chaque combinaison d'anticorps nécessite une optimisation séparée. Prétraitement pour tous les anticorps doivent être identiques. Les anticorps AR et CD147 doivent être optimisés individuellement, puis comme un cocktail. Chaque anticorps est détecté en utilisant un système de polymère exempte de biotine et l'un des 4 chromogènes uniques.

Protocol

NOTE: Le protocole décrit ici coloration et analyse d'un microréseau tissulaire (TMA), décrit précédemment 12,17,18. La section TMA 4 um d'épaisseur a été obtenu à partir d'un bloc de paraffine à l'aide d'un microtome standard. NOTE: Une bibliothèque spectrale pour les 4 chromogènes et de contraste devrait être créé pour l'image de quantification. Pour ce faire, le protocole optimisé pour chaque anticorps individuel doit être exécuté avec un anticorps par diapositive, moins la co…

Representative Results

Sur la figure 1, la formation est effectuée sur des tissus de la prostate à des images de segments dans l' épithélium et du stroma des parties, ainsi que le compartiment non tissulaire. En utilisant le marqueur membranaire E-cadhérine épithéliale, la segmentation des cellules a été réalisée pour séparer le noyau, cytoplasme, et les parties de membrane, illustré à la figure 2. …

Discussion

L'utilisation d' une immunohistochimie traditionnelle pour l' évaluation de l' expression des protéines est limitée par des méthodes subjectives, semi-quantitative de l' analyse 22,23. plates-formes de Advance ont été créés pour l'analyse à haut débit de l'expression des biomarqueurs et de la localisation. segmentation détaillée des deux tissus et compartiments subcellulaires permet aux utilisateurs d'étudier l'expression des biomarqueurs, la localisation et la…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Les auteurs remercient l'Université du Wisconsin Initiatives de recherche translationnelle dans le laboratoire de pathologie, en partie soutenu par le Département UW de pathologie et de médecine de laboratoire et UWCCC subvention P30 CA014520, pour l'utilisation de ses installations et ses services.

Materials

Xylene Fisher Chemical X3F1GAL NFPA rating:Health – 2, Fire – 3 , Reactivity-0
Ethyl Alcohol-200 proof Fisher Scientific 4355223 NFPA rating:Health – 0, Fire – 3 , Reactivity-0
Tris Base Fisher Scientific BP152-500 NFPA rating:Health – 2, Fire – 0 , Reactivity-0
Tris Hydroxymethyl aminomethane HCl Fisher Scientific BP153-1 NFPA rating:Health – 2, Fire – 0 , Reactivity-0
Tween 20 Chem-Impex 1512 NFPA rating:Health – 0, Fire –1 , Reactivity-0
Phosphate-buffered saline Fisher Scientific BP2944-100 NFPA rating:Health – 1, Fire –0 , Reactivity-0
Peroxidazed Biocare Medical PX968 Avoid contact with skin and eyes. May cause skin irritation and eye damage.
Diva Decloaker  Biocare Medical DV2004 This product has been classified as non‐hazardous based on the physical  and/or  chemical nature and/or concentration of ingredients. 
Estrogen Receptor alpha Thermo Fisher Scientific-Labvision RM9101 Not classified as hazardous
Androgen Receptor SCBT sc-816 Not classified as hazardous
CD147 Biodesign P87535M Not classified as hazardous
E-cadherin Dako M3612 Not classified as hazardous
Renoir Red Andibody Diluent Biocare Medical PD904 It is specially designed to work with Tris-based antibodies
DeCloaking Chamber  Biocare Medical Model DC2002 Take normal precautions for using a pressure cooker
Barrier pen-Immuno Edge  Vector Labs H-4000
Denaturing Kit-Elution step Biocare Medical DNS001H Not classified as hazardous
Mach 2 Goat anti-Rabbit HRP Polymer Biocare Medical RHRP520 Not classified as hazardous
Mach 2 Goat anti-Rabbit AP Polymer Biocare Medical RALP525 Not classified as hazardous
Mach 2 Goat anti-Mouse HRP Polymer Biocare Medical M3M530 Not classified as hazardous
Betazoid DAB Chromogen Kit Biocare Medical BDB2004 1. DAB is known to be a suspected carcinogen.
2. Do not expose DAB components to strong light or direct sunlight.
3. Wear appropriate personal protective equipment and clothing.
4. DAB may cause sensitization of skin. Avoid contact with skin and eyes.
5. Observe all federal, state and local environmental regarding disposal
Warp Red Chromogen Kit Biocare Medical WR806 Corrosive. Acid that may cause skin irritation or eye damage. 
Vina Green Chromogen Kit Biocare Medical BRR807 Harmful if swallowed
Bajoran Purple Chromogen Kit Biocare Medical BJP807 Flammable liquid. Keep away from heat, flames and sparks. Harmful by ingestion or absorption. Avoid contact with skin or eyes, and avoid inhalation.
Cat Hematoxylin Biocare Medical CATHE Purple  solution  with  a  mild  acetic  acid  (vinegar)  scent.  May  be
 irritating  to  skin  or  eyes.  Avoid  contact  with  skin  and  eyes.  Avoid  ingestion.
XYL Mounting Media Richard Allen 8312-4 NFPA rating:Health – 2, Fire – 3 , Reactivity-0
1.5 Coverslips Fisher Brand 22266858 Sharp edges
Incubation (Humidity)Chamber obsolete obsolete Multiple vendors available
Convection Oven Stabil- Therm C-4008-Q
Background Punisher Blocking Reagent Biocare Medical BP974 This product is not classified as hazardous. 
inForm software PerkinElmer CLS135781 Primary multispectral imaging software used in manuscript
Nuance software PerkinElmer NUANCEEX Software used for making spectral libraries within manuscript
Vectra microscope and slide scanner PerkinElmer VECTRA Automated slide scanner and microscope for obtaining IM3 image cubes

Referências

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Bauman, T. M., Ricke, E. A., Drew, S. A., Huang, W., Ricke, W. A. Quantitation of Protein Expression and Co-localization Using Multiplexed Immuno-histochemical Staining and Multispectral Imaging. J. Vis. Exp. (110), e53837, doi:10.3791/53837 (2016).

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