概述
本文描述的反相蛋白質(zhì)微陣列 (RPPA) 平臺位于巴黎(法國)居里研究所內(nèi)。 該RPPA 平臺的總體目標(biāo)是通過信號通路分析提供關(guān)于蛋白表達(dá)水平及其活性的生物學(xué)新見解,最終目標(biāo)是改善癌癥患者的治療和療效。該平臺使用高通量自動化設(shè)備(包括 InnoScan 710-IR 掃描儀)對各種類型的微量樣品進(jìn)行個性化蛋白質(zhì)組學(xué)分析。 將介紹 RPPA 技術(shù)的基礎(chǔ)知識,并指出 InnoScan 710-IR 的日常使用如何成為該平臺工作流程的重要組成部分。最后將描述居里研究所進(jìn)行的癌癥研究應(yīng)用案例,以說明 InnoScan 710-IR 的易用性和可靠性。
正文
反相蛋白微陣列 (RPPA) 是一種高通量小型化斑點(diǎn)印跡和基于抗體的技術(shù)(圖 1A),可以分析蛋白表達(dá)水平和信號通路的激活狀態(tài)(通過研究磷酸化或總蛋白表達(dá))。它結(jié)合了高通量分析和消耗微量樣品的優(yōu)點(diǎn)。事實(shí)上,由于 RPPA 技術(shù)是一種多指標(biāo)檢測技術(shù),因此可以在同一張覆有硝酸纖維素的載玻片芯片(微陣列)上同時分析多達(dá)一千個樣本。RPPA 工作流程在圖 1,B 中進(jìn)行了描述。使用專用芯片點(diǎn)樣儀,每個樣品和每個點(diǎn)僅打印 1 至 2 ng 的細(xì)胞或組織裂解液。點(diǎn)樣的樣本可以是腫瘤樣本、異種移植物、細(xì)胞系或這些樣本的組合,并以連續(xù)稀釋和復(fù)制的方式系統(tǒng)性地點(diǎn)樣,使該技術(shù)具有高穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)可定量。然后,使用自動染色機(jī),將微陣列按序與抗體和熒光染料孵育以檢測感興趣的蛋白(圖 1A):
在居里研究所,RPPA 平臺測試了 2000 多種商業(yè)抗體,并驗(yàn)證了 640 種用于 RPPA 標(biāo)記的一抗,其中近 150 種抗磷酸化蛋白。這組抗體涵蓋了大多數(shù)細(xì)胞信號通路。對于每個項(xiàng)目,研究員從經(jīng)過驗(yàn)證的抗體中選擇感興趣的抗體。 RPPA 平臺不斷評估新抗體,并驗(yàn)證特定抗體以滿足合作者的要求。陽性和陰性對照使用標(biāo)有總蛋白染色 FCF(來自 Grace Biolabs 的方案)標(biāo)記的微陣列作為陽性對照,未標(biāo)記一抗的微陣列作為陰性對照。在量化和數(shù)據(jù)分析之前(圖 1C),用InnoScan 710-IR檢測每個樣品點(diǎn)的紅外熒光。掃描儀有兩個激發(fā)激光:785nm 和 670nm。得益于實(shí)時自動對焦和自動進(jìn)樣器,可以連續(xù)自動掃描 24 張芯片。10µm/像素掃描精度,在 4 分鐘時間內(nèi)完成一張載玻片芯片的掃描。載玻片上的硝酸纖維素在紅色光譜中具有自發(fā)熒光。研究人員選擇使用近紅外熒光來降低硝酸纖維素的背景熒光,提高信噪比。 InnoScan 710-IR 規(guī)格完全符合需提供可靠數(shù)據(jù)的要求,其靈敏度與比色檢測相似,但線性范圍更寬。
圖 1:反相蛋白質(zhì)微陣列工作流程說明。 A. RPPA 的原理,小型化高通量斑點(diǎn)印跡。在使用熒光標(biāo)記抗體檢測蛋白質(zhì)之前,將蛋白質(zhì)打印到硝酸纖維素膜載玻片上。 B. 從蛋白質(zhì)提取到通過 InnoScan 710-IR采集圖像的工作流程。 C. 使用 PARYS 軟件對圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
癌癥研究的應(yīng)用:
該RPPA 平臺參與了多種項(xiàng)目,涵蓋臨床試驗(yàn)評估相關(guān)基本問題,對合作者提供的樣本提供個性化的高通量蛋白質(zhì)組學(xué)分析,允許:
- 蛋白表達(dá)水平分析
- 細(xì)胞信號通路激活狀態(tài)及動態(tài)分析
- 預(yù)后或預(yù)測性生物標(biāo)志物的鑒定
- 鑒定潛在治療靶點(diǎn)
- 基于蛋白質(zhì)譜的樣品分類
- 藥效學(xué)研究
宮頸癌 (CC):RAIDs 聯(lián)盟歐洲項(xiàng)目
宮頸癌 (CC) 仍然是女性中第二大最常見的癌癥。大多數(shù)宮頸癌是由高危型人乳頭瘤病毒 (HPV) 的持續(xù)感染引起的。事實(shí)上,它們通過病毒蛋白 E6 和 E7 使正常細(xì)胞控制失效,導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定、分子改變的積累、抑癌基因失活和癌基因激活。 RAIDs 歐盟 (EU) 資助的研究在 2013 年至 2017 年間收集了前瞻性宮頸癌樣本(腫瘤和血液)和臨床數(shù)據(jù)集,涉及來自七個歐盟國家 18 個中心的 419 名參與患者。到目前為止,已經(jīng)進(jìn)行了下一代測序(NGS),能夠解析顯性遺傳改變,并且應(yīng)用反相蛋白質(zhì)微陣列(RPPA)研究細(xì)胞信號通路。
居里研究所RPPA 平臺處理了 280 個樣本,包括基線和非基線腫瘤和細(xì)胞系。如前所述(Scholl S, et al., EBioMedicine 2019, PMID: 30952619)進(jìn)行樣品處理(蛋白質(zhì)提取、定量、連續(xù)稀釋、陣列點(diǎn)印、標(biāo)記、掃描、定量和分析)。
采用 194 種特異性一抗對蛋白質(zhì)反向微陣列進(jìn)行檢測。使用 InnoScan 710-IR (INNOPSYS) 掃描了355張載玻片微陣列 ,785 nm波段用于檢測抗體或陰性對照,670nm波段用于檢測陽性對照。
RPPA 蛋白表達(dá)數(shù)據(jù)的無監(jiān)督聚類揭示了三個患者群,分別為富含 EMT(上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化)、DNA 損傷信號和 MAPK(Map激酶)/ PI3K(PI3 激酶)通路,見圖 2。與其他兩個集群組合相比,“EMT”集群中的患者顯示出更短的無進(jìn)展生存期 (PFS), 見圖 3(p=0.03)。
圖 2:在基線腫瘤中,鑒定了具有不同蛋白質(zhì)表達(dá)譜的三個主要簇。表征每個簇的蛋白質(zhì):簇 1富含EMT、ErbB 信號,簇 2富含DNA 損傷信號,簇 3富含p38 MAPK 和 PI3K 信號。
圖 3:由 RPPA 分析定義的宮頸癌患者亞組無進(jìn)展生存期(n=136)。 “EMT”簇(紅色)與 DNA 損傷和 MAPK/PI3K 信號(藍(lán)色)蛋白表達(dá)簇的結(jié)果比較表明,腫瘤顯示 EMT 相關(guān)蛋白表達(dá)的患者無進(jìn)展生存期較差。
此外,來自簇 1 樣本的特征不僅在于 EMT,還在于 PD-L1(程序性死亡配體 1 或 B7-H1)和 B7-H4(或 VTCN1,對于含有 V 組結(jié)構(gòu)域的 T 細(xì)胞激活抑制劑 1)的上調(diào)表達(dá)。見圖 4。
PD-L1 屬于 B7 蛋白家族。它是一種在抗原呈遞細(xì)胞(和一些癌細(xì)胞)表面表達(dá)的蛋白質(zhì),與在T 細(xì)胞上的PD1 受體結(jié)合,當(dāng)它與其受體連接時,通過抑制 T 細(xì)胞活化來調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)。
B7-H4 也屬于 B7 蛋白家族,抑制 T 細(xì)胞活化、增殖、細(xì)胞因子產(chǎn)生和細(xì)胞毒性形成,負(fù)向調(diào)節(jié) T 細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)。這就是為什么,在未來EMT 生物標(biāo)志物有可能鑒定出能受益于免疫檢查點(diǎn)抑制劑 (ICI) 療法的患者。最后,基于 RPPA 技術(shù),在三個簇中觀察到 DNA 修復(fù)蛋白的表達(dá)和激活差異。這一結(jié)果可能會引起臨床對 PARP 抑制劑治療的興趣。
圖 4: RPPA 技術(shù)揭示的 PD-L1 和 B7-H4 的相對表達(dá)水平。 PD-L1 的高表達(dá)水平和 簇1 - EMT 的低表達(dá)水平。
肝細(xì)胞癌 (HCC) 項(xiàng)目
肝細(xì)胞癌 (HCC) 是異質(zhì)性和侵襲性腫瘤。由于這種腫瘤分子機(jī)制的復(fù)雜性,目前的治療方案在晚期階段不是很有效,在生存方面的益處有限。
該項(xiàng)旨在發(fā)現(xiàn)可能對肝細(xì)胞癌有效的新化合物或分子和發(fā)現(xiàn)治療反應(yīng)生物標(biāo)志物。該平臺研究人員使用 RPPA(Caruso S 等人, Gastroenterology 2019,PMID:31063779)研究了 400 個樣本(包括 360 個人類肝腫瘤和非腫瘤組織以及 40 個肝癌衍生細(xì)胞系 (LCCL))的生物活性。并分析了涉及各種信號通路的 126 種蛋白質(zhì); 82 種總蛋白和 44 種磷酸化蛋白,總共 215 張載玻片微陣列。在 LCCL 數(shù)據(jù)中,RPPA 結(jié)果的無監(jiān)督聚類將 LCCL 分為 3 個亞組,這些亞組反映了轉(zhuǎn)錄組亞群和細(xì)胞分化狀態(tài)(見圖 5)。
圖 5:LCCL 蛋白質(zhì)圖譜的分層聚類以及與轉(zhuǎn)錄組亞群的關(guān)聯(lián)(c2 檢驗(yàn))。第 1 簇:祖細(xì)胞亞類,第 2 組:混合上皮間充質(zhì),第 3 組:間充質(zhì)樣細(xì)胞
在簇 1(祖細(xì)胞亞類)中,肝特異性基因和胎/祖細(xì)胞標(biāo)記物(ALDH1A1、E-鈣粘蛋白、p190A、RSK2、Her3、FGFR4、細(xì)胞角蛋白 19)表達(dá)良好,而它們在簇 3(間充質(zhì)樣細(xì)胞)中下調(diào).
簇 2(混合上皮、間充質(zhì))和簇 3 有高表達(dá)水平的 TGF-β,沒有典型的 β-連環(huán)蛋白和 EMT 蛋白,這表明這些細(xì)胞的 WNT 和 TGF-β 通路被激活,見圖 6 。
圖 6:RPPA方法LCCL 蛋白質(zhì)的相對表達(dá)水平。 LCCL 轉(zhuǎn)錄組亞組之間差異表達(dá)的 19 種蛋白質(zhì)的箱線圖(Mann-Whitney 檢驗(yàn))。
細(xì)胞系和腫瘤的 RPPA 數(shù)據(jù)結(jié)合基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)表明,肝癌細(xì)胞系的蛋白質(zhì)譜似乎代表了來自患者的最具侵襲性肝細(xì)胞癌,是了解肝癌發(fā)展和藥物反應(yīng)的好工具。摘要如圖 7 所示。
圖 7:肝細(xì)胞癌分子分型。先前建立的肝細(xì)胞癌分子分型及其相應(yīng)的肝癌衍生細(xì)胞系亞組與本研究中發(fā)現(xiàn)的主要藥物與生物標(biāo)志物的關(guān)聯(lián)總結(jié)。從以前研究總結(jié)的肝細(xì)胞癌分子分型和相關(guān)特征。 Ampl,放大; mut,突變。
結(jié)論:
反相蛋白質(zhì)微陣列是一種基于抗體的微型高通量技術(shù),可以從少量生物樣品中檢測數(shù)百種蛋白質(zhì)和磷酸化蛋白質(zhì)。 RPPA 的靈敏度與 InnoScan 710-IR掃描儀相結(jié)合是完美的組合,可以為您的研究項(xiàng)目提供將磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)方法與其他組學(xué)方法相結(jié)合的機(jī)會。這一強(qiáng)大的研究工具可幫助您研究信號通路,了解藥物的作用機(jī)制,并為預(yù)后或治療目標(biāo)尋找新的生物標(biāo)志物。
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