MALDI Guided SpatialOMx uncovers proteomic profiles in tumor subpopulations of breast cancer

Význam tématu

MALDI Guided SpatialOMx představuje inovativní přístup kombinující zobrazovací MALDI analýzu s hlubokou proteomikou. Umožňuje zachovat prostorové informace o heterogenních nádorových subpopulacích a identifikovat molekulární charakteristiky přímo v tkáňových řezech. Tento přístup je důležitý pro biomarkerový výzkum a přesnější cílení léčebných intervencí.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyvinout a demonstrovat workflow SpatialOMx na modelu karcinomu prsu. Autoři si stanovili za cíl:

• Definovat regiospecifické oblasti zájmu (ROI) pomocí lipidového MALDI Imaging.
• Propracovat obrazovou segmentaci k vymezení tří tumorových subpopulací.
• Prozkoumat proteomické profily každé subpopulace pomocí laserové mikrodisekce a PASEF technologie.

Použitá metodika a instrumentace

Workflow zahrnovalo následující kroky:

1. Příprava tkáňových řezů karcinomu prsu ve formě 12 µm tenkých sekcí na PEN membránových skleách.
2. Nanesení norharmanu jako MALDI matrix a lipidová obrazová analýza na timsTOF fleX s 50 µm prostorovým rozlišením.
3. Unsupervised segmentace spektrálních dat v SCiLS Lab pomocí k-means algoritmu a vyhlazení segmentačních hranic v MATLABu.
4. Koreference MALDI obrazu s optickým snímkem H&E barvení a přesné vyříznutí ROI pomocí laserové mikrodisekce (Leica LMD7000).
5. Proteinová extrakce, redukce, alkylace a tryptická digesce mikrodisekovaných oblastí (~2000 buněk).
6. Peptidová analýza na timsTOF fleX v režimu PASEF s nanoElute LC, gradient 100 minut.
7. Bioinformatická identifikace proteinů v PEAKS X a funkční analýza biologických procesů v PANTHER V.13.1.

Hlavní výsledky a diskuse

• Segmentace zobrazovacích dat odhalila tři variabilní subpopulace nádoru.
• Proteomická analýza identifikovala v průměru 3500 proteinů na subpopulaci z pouhých 160 ng materiálu.
• Různé subpopulace vykazovaly odlišné zastoupení biologických procesů podle ontologie: např. regulace biologických procesů, buněčná komponentní organizace či organismusální procesy.
• Metoda umožnila detailní molekulární charakterizaci heterogenity karcinomu prsu in situ.

Přínosy a praktické využití metody

• Umožnění regiospecifického průzkumu proteomu v komplexních tkáňových vzorcích.
• Zachování prostorové informace pro korelaci zobrazovacích a proteomických dat.
• Vysoká citlivost a efektivita PASEF technologie pro malé vzorky.
• Jedno zařízení (timsTOF fleX) pokrývá MALDI Imaging i LC-MS/MS proteomiku.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření na další typy tkání a onemocnění pro detailní charakterizaci heterogenity.
• Integrace s multiomickými přístupy (metabolomika, lipidomika, genomika) pro komplexní biologický obraz.
• Využití umělé inteligence pro automatizovanou segmentaci a interpretaci dat.
• Aplikace v farmaceutickém vývoji pro lokalizovanou identifikaci cílových biomarkerů.

Závěr

SpatialOMx představuje inovativní jednotný přístup pro zobrazovací a hloubkovou proteomickou analýzu heterogenních nádorových subpopulací. Díky kombinaci MALDI Imaging, laserové mikrodisekce a PASEF technologie umožňuje detailní in situ charakterizaci proteinových profilů s vysokou citlivostí a zachováním prostorových souvislostí, což otevírá nové možnosti pro biomarkerový výzkum a personalizovanou medicínu.

Reference

• Meier F et al., 2015, J. Proteome Res., 14, 5378–5387
• Longuespée R et al., 2016, Methods, 104, 154–162
• Dewez F et al., 2019, Anal. Bioanal. Chem., 411, 5647–5633