BD FACSCalibur中文操作手册DNA分析.doc
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1、第七章 DNA分析7.1 概述流式细胞仪分析大量细胞的细胞周期和DNA倍体已经成为一种日益重要的肿瘤研究方法,并已广泛应用于肿瘤基础和临床研究中,为肿瘤的诊断,疗效评价和预后预测提供了重要的参考指标。7.1.1 细胞周期正常人静止体细胞有46条染色体,相当于7.10-12 pg DNA/细胞核,我们称之为二倍体细胞,而正常增殖细胞则存在不同的DNA含量。在细胞周期(G0,G1,S,G2 ,M)的各个时期,DNA的含量随各时相呈现出周期性的变化:在G1期,细胞开始RNA和蛋白质的合成,但DNA含量仍保持二倍体;进入S期后,DNA开始合成,这时细胞核内DNA的含量介于G1和G2期之间;当DNA复制
2、结束成为4倍体时,细胞进入G2期,G2期细胞继续合成RNA及蛋白质,直到进入M期,因此,单纯从DNA含量无法区分G2期和M期;一旦有丝分裂发生,细胞分裂成两个子细胞,这两个子细胞或者进入下一个细胞周期,或者进入静止期(G0期),而G0期从DNA含量上同样无法与G1期区分。因此,整个复制周期可以描述为G0/G1,S,G2/M期。通过核酸染料标记DNA,并由流式细胞仪进行分析,可以得到细胞各个时期的分布状态,计算出G0/G1%,S%及G2/M/%,了解细胞的增殖能力,在肿瘤病理学研究中,通常以S期细胞比率作为判断肿瘤增殖状态的指标。正常细胞具有较恒定的DNA含量,而细胞癌变过程中结构和/或染色体的
3、异常是很常见的。这种变化在流式分析中以DNA倍体指数的形式表现出来,这一指数对于肿瘤的早期诊断,交界瘤、间叶组织肿瘤的良恶性判断提供了重要的辅助指标。应该注意的是,只有在染色体数目的变化带来的DNA含量差异可被检测时,才可能有DNA异倍体的检出。因此DNA含量的不异常不能除外恶性或染色体异常的存在。另外,正常细胞在衰老过程中的多倍体化以及肿瘤治疗后导致的DNA含量的增加、凋亡和坏死导致的DNA含量降低都是在分析DNA直方图时需要考虑的因素。7.1.2 DNA检测的常用术语Coefficient of Variation(CV):变异系数。不同细胞群体DNA含量的细微差别可能有生物学上的重要意义
4、,因此DNA含量的流式分析中分辨率或精确度尤为关键。通常检测分辨率或精确度由G0/G1峰的CV来反映。 %CV=(SD/mean)x 100。影响CV的因素主要包括两方面:仪器因素(如液流、光路、机器调试等)和样本制备及染色过程对标本的人为影响。所谓优化DNA分析条件就是指最大程度地减少这两大因素带来的变异。(参考附录1)DNA index(DI):DNA指数。DI指的是肿瘤样本G0/G1峰的平均道数与人正常二倍体G0/G1峰的平均道数之间的比值。DI为1 意味着二倍体(2c)。Ploidy:倍体。原指染色体数目。流式中用来描述总的DNA含量。二倍体细胞有正常细胞的DNA含量但不除外染色体异常
5、。DI为1.9-2.1 的细胞为四倍体(CV为5%时)。在二倍体和四倍体区域之外的统称异倍体。DI值应随着仪器线性度的任何变化而进行纠正(详见后述)。7.1.3 影响流式DNA分析的因素分辨率(CV)DNA流式分析中的分辨率(或精确性)非常重要,因为细胞群体之间DNA含量的细微差别可能有显著的生物学意义。通常,分辨率由标准微球DNA分布中的G0/G1峰的变异系数来反映。%CV=(SD/Mean)X100仪器因素(如液流、光路调试和光学元件等)、样本制备和染色过程带来的人为因素都可能影响检测的精确性。评估真正的生物学意义上的DNA含量差别因而具有更重要的价值。如何最大限度地减少样本制备和仪器因素
6、带来的变异是DNA分析条件最佳化的根本所在。DNA直方图中峰的CV越低,质量越好,从图中可能获得的信息越多。新鲜标本的CV常比石蜡包埋的标本好。新鲜标本的CV常=3%,而石蜡包埋的标本CV则取决于组织病理实验室的具体操作方法,通常可得到=5%。当G1峰的CV=8%时,不再合适估计S期比例。线性度在DNA含量分析中,G2+M峰的道数值应该是G0/G1峰的两倍。G0/G1峰和G2+M峰的位置提供了比较其他峰位置的基准。若G2/M 与G1的比值不是1.95-2.05, 放大器的线性度则需要检查。必要时应进行适当的调节(通常是放大器的offset调节有误)。碎片较多的碎片会干扰S期的计算,也会妨碍分析
7、较小的亚二倍体峰。若较多碎片成为一个常规问题,应重新评估样本采集和制备过程。有时,大量的坏死或凋亡细胞也会带来过多碎片。细胞双粘体双粘体是指一起通过激光照射区而被错误地记录为一个细胞的两个细胞或颗粒。在DNA 分析中,两个具有2N DNA含量的细胞同时通过激光照射区,即被记录成一个4N的荧光信号,造成4N的细胞增多的假象。BD公司通过专利的双粘体辨别模式(Doublet Discrimination Module,DDM)来有效地区分单个细胞和聚集细胞,用设门来排除聚集细胞的干扰。大量的细胞聚集体是较差的样本制备的指征。应在样本制备时尽量避免。7.2DNA质量控制(DNA QC Particl
8、es)BD的DNA质量控制试剂盒为FACS系列和其他品牌的流式细胞仪提供了一种检测和评价仪器性能的方法,尤其适用于DNA检测时的质量控制要求。这个试剂盒包括4种试剂:试剂A是小鸡红细胞核(CEN),用于建立测试条件,例如PMT的电压和放大器的放大倍数,同时提供有关仪器线性度和分辨率的信息。CEN试剂经过特殊处理而成,包括单个核,双联体核,三联体核和更大的聚集体,用来检测仪器的线性度和分辨率。PI染色后,由于这些细胞核聚集程度的不同,在FL2-A或FL2-H的直方图中会出现至少4个峰,而前4个峰分别代表单个核,双联体核,三联体和四联体。若染色正常,仪器的线性度良好,则后三个峰所在道数的平均值与第
9、一个峰值的比值应接近于2,3,4。试剂B是小牛胸腺细胞核(CTN),它具有一个完整的细胞周期,因此不仅可以检查DDM或脉冲处理器是否工作正常,还可作为细胞周期统计分析的质控。CTN具有细胞周期的各个时期,大部分核处于G0/G1期,小部分处于S期和G2/M期。两个粘连起来的G0/G1期细胞核可以通过DDM与单个G2/M期细胞核区分开来,DDM的功能就是将双联体细胞核或其它聚集体与单个细胞核区分开来,以确保G2/M期的比值有意义。试剂C是2um的荧光微球,作为一种稳定的非生物标准品来确认仪器的CV。2um的荧光微球在FL1和FL2两个通道都可接受到光信号,因此它可脱离开染色和样本制备的过程来检测仪
10、器的性能,如果CEN和CTN的信号峰的CV值大于我们的建议值,最好做2um的微球来确定是生物样本的问题还是仪器本身的问题。试剂D是核酸染料PI。7.2.1 样本制备CEN轻轻摇匀后,吸取40ul CEN到1mL的PI中,混匀,室温避光放置10分钟,即可上机。CTN大力震荡试剂瓶,吸取40ul CTN到1mL PI中,混匀,室温避光放置10分钟即可上机检测。2-um微球大力震荡试剂,挤一滴微球到1mL 0.2um滤膜滤过的PBS中,混匀后即可上机。7.2.2 上机检测1) 双击DNA Experiment Document file这是一个3页的Document file,第一页包括一个散点图(
11、FL2-WFL2-A),两个直方图(FL2-A和FL2-W),两个直方图统计框,用来获取分析CEN;第二页包括一个散点图(FL2-WFL2-A),一个直方图(FL2-A)和一个直方图的统计框,用来获取分析CTN;第三页是个简单说明,指导您如何建立获取DNA的条件。需要指出的是,在DNA Experiment Document file中所有的图都是AcquisitionAnalasis模式的图,即获取一旦结束,自动进入分析模式。如果您找不到DNA Experiment Document file,可以在CellQuest中按照上面的描述自己建立。2) 在Acquire菜单下选择Connect
12、to Cytometer3) 在Cytometer菜单下选择Instrument Setting,下载合适的获取条件。路径为:HDBD ApplicationDNA QC4) 确定文件名及保存位置5) 上CEN管,保持低速跑样,注意观察FL2-A的直方图,调节FL2的电压,使得CEN单个细胞核的DNA峰位于2005的道数上;再看FL2-W的直方图,调节FL2-W放大器的倍数,使得CEN单个核峰也为与2005的道数上。6)收集10000个粒子,取下CEN管,放回蒸馏水。7) 调节FL2-A直方图中M1,M2的位置,使其刚好位于前两个峰,通过FL2-A直方图统计框中M1,M2的平均值来计算M2/M
13、1的比值,应在1.95-2.05之间;而M1的CV值应小于或等于3.00%。8) 同样条件收集10000个CTN细胞核,注意观察FL2-WFL2-A散点图,单个细胞核与双联体细胞核能否区分,以此来判断DDM是否工作正常。由于CTN有完整的细胞周期,因此对于不同批号的CTN,我们都附有各个时期的参考标准值,您可用ModFit来分析您获取的CTN,将得出的各个时期的比例与参考值做一比较,样本的制备,条件的设置和分析方法的不同,都可能带来结果的差异。9) 如果您得到的任何一个峰的CV值都超过了标准,我们建议您用2-um的微球来检测仪器的CV是否正常。在CellQuest中建立一个FL2-A的直方图(
14、AcquisitionAnalasis模式)及直方图的统计框,调节FL2的电压,使得单个微球的峰值在2005的位置,收集10000个微球,取下bead管,放上蒸馏水;将M1放在第一个峰上,检查CV是否小于或等于2.3%。10) DNA质控做完后,您可将仪器的设置及所用的图或统计框都保存起来,以便下一次使用。7.2.3 常见错误排除问题原因解决方法 计数率太低仪器堵塞;仪器没有调试好;样本过于稀释实施每日维护;参考仪器使用手册;准备新的样本无法设置PMT的电压和放大器的倍数CEN太多或太少;PI染料变质;CEN单个细胞核的门太宽重新制备CEN;更换PI染料;重复调节屏幕以获得一个新的门CV值增加
15、样本或PI 变质;流速设成HI;液流中有气泡制备新的样本;将流速改回LO;除去空气泡从FL2-W上看不到单个核与双联体的分界FL2-W太低;样本或PI变质重新调节FL2-W的放大倍数;制备新的CEN,CTN或更换PI染料7.3 用CellQuest 软件获取DNA 数据7.3.1样本制备l 样本收集和制备细胞悬液 从组织培养或体液中获得的细胞悬液也可用于DNA分析1. 将细胞悬液装入17100-mm的管中2. 室温300g离心5分钟3. 吸去上清夜,加入1ml缓冲液重悬细胞4. 室温300g离心5分钟5. 重复步骤3,46. 吸去上清夜,加入1ml缓冲液重悬细胞,调整细胞浓度到1.0106细胞
16、/ml7. 染色,上机分析;或冷冻以待日后检测实体组织 (若是冰冻组织,先复温到室温)准备样本收集管,做好标记,每管加入1ml柠檬酸盐缓冲液1. 对于小于0.5cm的样本:将肿瘤组织样本放入透析袋中,折叠两次或以上,折叠时注意侧线平行,然后将四角折叠用针头或不锈钢大头针固定于聚苯乙烯泡沫塑料盒中。这时肿瘤组织已固定封闭,可以进行抽吸了。2. 对于大于0.5cm的样本:将肿瘤组织直接黏附于聚苯乙烯泡沫塑料盒中即可。细针穿刺技术在病理学家的指导下选择适用于细针穿刺的肿瘤组织,对于每一种不同的组织请用新的注射器和针头以免交叉污染。若样本不立即处理,请冰冻保存。1. 将注射器安装在支持物上,并连上25
17、-gauge1.5-inch的针头。2. 将针尖插入到肿瘤组织中,安置好后,将注射器的活塞轻轻向后拉形成一段真空。对于大的组织,应尽可能多地使针头穿过组织的不同部位,以保证能收集到不同种类的细胞;而对于小的组织块,应尽可能多地吸取样本。3. 当针头中(不是注射器筒)可看到有物质出现时,抽出针头。4. 小心地将细胞注入1ml缓冲液中,清洗针头,尽可能多的回收细胞。清洗时注意缓冲液不要吸入到针筒中。5. 针头中残余足够多的细胞悬液(大约2滴)可用于制作细胞切片,若样本量允许,还可制作组织病理切片。6. 重复步骤2-4,计数细胞,使得柠檬酸缓冲液中的细胞浓度达到1.0106细胞/ml,以保证足够制备
18、测试管和对照管样本。冷冻技术若样本不是立即进行染色分析,请将细胞悬液转移到耐低温的聚丙烯管中,用带螺纹的盖子盖紧,在干冰和99%酒精的混合物中迅速冷冻,保存于-80中。下次分析时,将样本取出,37水浴解冻,注意不要让样本直接接触37。l DNA 试剂盒组成:试剂A(10ml)含有胰蛋白酶,四氢氯化精胺去污剂,可用于分离实体组织片段,消化细胞膜及细胞骨架。试剂B(8ml)含有胰蛋白酶抑制剂,RNA酶,柠檬酸盐缓冲液,四氢氯化精胺。用于抑制胰蛋白酶的作用并消化RNA。试剂C(8ml)含有PI染液,四氢氯化精胺,柠檬酸盐缓冲液。PI作用时的最终浓度至少有125ug/ml。缓冲液(3瓶,50ml/vi
19、al)含有柠檬酸钠,DMSO用于收集和(或)冷冻细胞悬液l 染色过程1 染色时要求样本的细胞浓度为5.0105,同时应制备一管待测样本和外周单个核细胞(PBMC)的混合管作为对照管,肿瘤细胞和PBMCs的比率至少是2:1;2室温离心细胞悬液,400g,5分钟,除去上清夜;3每一管加入250ul A液,轻轻混匀,不要震荡,室温静置10分钟;4每一管加入200ul B液,轻轻混匀,不要震荡,室温静置10分钟;5每一管加入200ul C液,轻轻混匀,不要震荡,低温(2-8)避光静置10分钟;6用50um尼龙网膜或35um细胞过滤器过滤细胞;7低温避光放置以待上机检测。建议在加入C液后3小时内上机,上
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