Summary

多重化された免疫組織化学染色およびマルチスペクトルイメージングを用いたタンパク質発現と共局在の定量

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

免疫組織化学(IHC)は、組織内のタンパク質の検出のための標準的な実験室の技術であり、IHCは、まだ広く研究および診断病理学の両方で使用されています。 IHC染色の評価は、結果の解釈に潜在的なバイアスを導入、多くの場合、半定量的です。多くの半定量的アプローチは、最終的な診断1-4に染色強度および染色程度の両方を組み込んだ開発されています。他のシステムは、より良い表現5をローカライズするために、スコアリング強度と細胞内局在を含みます。複数の視聴者からの平均スコアの組み込みは、多くの場合、単一のビューアバイアス6の影響を最小限にするために利用されます。 7染色の程度を評価する際に、これらの努力にもかかわらず、分析中の主観性はまだ特に、残っています。プロトコルの標準化と人間の入力から主観性を最小限に抑えるには、正確で再現性のIHCの結果を作成するための最も重要です。

コンテンツ">組織内のタンパク質の発現を決定するためのIHC以外の他のオプションがあります。そのような免疫ブロット法などの他の技術は、タンパク質の発現を調査するためのゴールドスタンダードとして見ている間に研究環境の中で、免疫組織化学は、伝統的に、タンパク質の局在8を検討するための手段と見られています。組織または細胞コンパートメント特異的な発現を決定することは、このような細胞分画またはレーザーキャプチャーマイクロダイセクション9,10などの高度な技術を組み込むことなく、困難である。組織スライド上の蛍光抗体の使用は、合理的な妥協点を提供していますが、NADPHによるバックグラウンド自己蛍光、リポフスチン、網状繊維、コラーゲン、およびエラスチンは11正確な定量が困難になることができます。

自動計算病理プラットフォームは病理染色12-15のより客観的な定量化のための有望な方向です。組織マイクロアレイを用いてマルチスペクトルイメージングを組み合わせます大きなサンプルサイズのタンパク質発現のハイスループット分析を容易にします。カテゴリ形式16ではなく、連続してデータを戻しながら、実質的に、固有のバイアスおよび分析のために必要な時間の両方を低減しながら、これらの技術を用いて、タンパク質の共局在化、染色不均一性、ならびに組織および細胞内局在の解析が可能です。したがって、この研究の目的は、マルチスペクトル画像化ソフトウェアを使用して、分析を多重免疫組織化学を実施するための有用性と方法論を実証することでした。

このプロトコルは、4つの最適化されたモノクローナル抗体を用いた単一の組織切片スライドのマニュアル、多重免疫組織化学染色のために書かれています。代表的な実験として、核抗ウサギエストロゲン受容体α(ERα)​​およびアンドロゲン受容体(AR)は、膜に結合した抗マウスCD147および膜に結合した抗マウスE-カドヘリンと多重化されています。選択した任意の抗体がsubstitutすることができます本明細書に記載された抗体について編が、抗体の各組合せは、別々の最適化を必要とします。すべての抗体のための前処理は同じでなければなりません。 ARとCD147抗体は、カクテルとして個別に、その後、最適化されなければなりません。各抗体は、ビオチンを含まないポリマー系と4ユニークな色原体のいずれかを使用して検出されます。

Protocol

注:プロトコルは、本明細書に組織マイクロアレイ(TMA)の染色および分析について説明し、以前12,17,18説明。 4μmの厚さのTMA部分は、標準的なミクロトームを使用して、パラフィンブロックから得ました。 注:4色原体と対比のためのスペクトルライブラリは、画像定量化のために作成する必要があります。これを行うために、各個々の抗体のための最適化されたプロトコルは、1スライドあた…

Representative Results

図1において、訓練は、非組織コンパートメントと共に、上皮および間質の部分に分割画像に前立腺組織上で行われます。上皮細胞膜マーカーE-カドヘリンを使用することにより、細胞分割は、 図2に示した核、細胞質、膜部分を分離するために行きました。 1つの実験において、我々は、 ?…

Discussion

タンパク質の発現を評価するための伝統的な免疫組織化学の使用は、分析22,23の主観的、半定量的な方法によって制限されます。アドバンス・プラットフォームは、バイオマーカーの発現と局在のハイスループット分析のために作成されています。組織および細胞内区画の両方の詳細なセグメンテーションは、ユーザーが関心のある他のマーカーとバイオマーカーの発現、局在化、お…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

著者は、その設備とサービスの利用のために、病理検査医学のUW省によってサポートされている部分とUWCCCグラントP30のCA014520で、病理検査室にウィスコンシントランスレーショナルリサーチの取り組みの大学に感謝します。

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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