利用气液界面系统建立葡萄膜黑色素瘤患者来源类器官用于转化研究

Establishment of Uveal Melanoma Patient-Derived Organoids Using an Air-Liquid Interface System for Translational Research

作者信息Leticia Ussem, Karin U Loeffler, Verena Tischler, Marieta Toma, Natalie Pelusi, Frank G Holz, Anne Gulbins, Daniela Süsskind, Roberta Noberini, Tiziana Bonaldi, Martina C Herwig-Carl
PMID42820802
发布时间2026-10-01
DOI10.1167/iovs.67.12.1

实验完整度

高

包含体外类器官模型、DNA/RNA测序、质谱HPTM分析和药物功能验证,涉及多层级证据。

主要模型

5例葡萄膜黑色素瘤患者来源的ALI PDOs 新鲜和冷冻保存的原发UM组织 UM ALI PDOs用于quisinostat药物筛选

重点核对

PDOs保留了原发肿瘤的免疫表型(MART-1、HMB-45、SOX10阳性)和遗传变异(如GNAQ/GNA11、BAP1等驱动突变) RNA-seq显示PDOs与原发肿瘤基因表达高度相似(16,657个基因中仅494个差异表达) MS分析显示PDOs保留了患者特异性的HPTM聚类模式,但部分乙酰化标记降低 quisinostat处理(100 nM和200 nM,72小时)导致细胞活力变化、转录重编程和组蛋白乙酰化增加 使用5例患者样本,其中4例新鲜组织成功建立,5例冷冻组织均成功建立

摘要

目的:葡萄膜黑色素瘤(UM)是成人最常见的原发性眼内恶性肿瘤,具有独特的遗传和表观遗传特征以及高转移风险。由于缺乏能够复现肿瘤生物学(包括其表观遗传景观)的实验模型,转化研究的进展受到限制。近年来,患者来源类器官(PDO)模型已成为包括UM在内的多种肿瘤建模的有前景工具。本研究旨在建立UM的气液界面(ALI)PDO培养系统,评估其与原发肿瘤的相似性,并评估其用于药物筛选的实用性。方法:使用先前在其他恶性肿瘤中验证过的方案,对5例原发性UM患者的新鲜和冷冻保存组织样本进行培养。随后对ALI PDOs进行表征,包括组织学和免疫组织化学评估、DNA和RNA测序以及组蛋白翻译后修饰(HPTM)分析。通过用组蛋白去乙酰化酶抑制剂quisinostat处理ALI PDOs并比较其与对照组的反应,评估该模型的药物筛选潜力。结果:成功建立UM ALI PDOs,并保留了原发肿瘤的免疫表型和遗传变异。基因表达谱显示PDOs与原发肿瘤相似,主要差异在于微环境相关信号。表观遗传分析证实整体HPTM景观保持稳定。用quisinostat处理PDOs导致转录重编程和预期的表观遗传反应,乙酰化标记增加。结论:UM ALI PDO模型再现了原发UM的遗传和表观遗传特征,有望作为未来分子研究和个性化治疗策略测试的平台。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
能否建立一种气液界面患者来源类器官模型来复现葡萄膜黑色素瘤的遗传和表观遗传特征,并用于药物筛选?
核心机制
ALI PDO模型保留了原发UM的遗传变异、基因表达谱和组蛋白翻译后修饰景观;HDAC抑制剂quisinostat处理导致组蛋白乙酰化增加和转录重编程。
主要证据
来自5例UM患者的ALI PDOs在组织学、免疫组化、DNA测序、RNA测序和MS-based HPTM分析中与原发肿瘤高度相似;quisinostat处理引起细胞活力降低、基因表达改变和乙酰化标记增加。
研究意义
ALI PDO模型有望作为未来UM分子研究、表观遗传调控研究和个性化治疗策略测试的平台。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

UM ALI PDOs的建立与培养

从原发UM组织建立可维持的类器官模型

将UM样本切碎、酶解消化,重悬于培养基和I型胶原混合物中,转移至Transwell插入物,培养于37°C、5% CO2,每3-4天换液,培养长达83天。

2

PDOs的组织学和免疫表型表征

验证PDOs是否保留原发肿瘤的形态和黑色素细胞标志物

对PDOs进行H&E染色和免疫组化检测MART-1、HMB-45、SOX10、CD68、CD8。

3

DNA测序验证遗传保真性

评估PDOs是否保留原发肿瘤的遗传变异

对匹配的肿瘤组织和PDOs进行靶向NGS,使用QiaSeq custom panel,在Illumina MiSeq平台测序。

4

RNA测序分析基因表达相似性

比较PDOs与原发肿瘤的基因表达谱

提取RNA,使用QuantSeq 3′ mRNA-Seq或Watchmaker RNA kit建库,在Illumina NovaSeq 6000测序,进行差异表达和GO分析。

5

MS-based HPTM分析

定量比较原发肿瘤和PDOs的组蛋白翻译后修饰景观

使用质谱分析组蛋白H3和H4的乙酰化和甲基化修饰,比较4对原发肿瘤和匹配PDOs。

6

药物筛选评估quisinostat反应

评估PDOs对HDAC抑制剂的反应

在PDO生长稳定期(14-30天)加入quisinostat(100 nM或200 nM,0.3% DMSO稀释),处理72小时,进行细胞活力检测、基因表达谱和HPTM分析。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
II型胶原酶----
DNase I----
Advanced DMEM/F12培养基----
I-A型胶原溶液----
Transwell插入物----
胎牛血清----
Maxwell RSC DNA FFPE试剂盒Promega--
DNeasy血液和组织试剂盒QIAGEN--
QiaSeq定制panelQiagen--
Illumina MiSeq测序平台Illumina--
RNeasy FFPE试剂盒Qiagen--
RNeasy Mini试剂盒Qiagen--
QuantSeq 3′ mRNA-Seq试剂盒Lexogen--
Watchmaker RNA试剂盒Watchmaker Genomics--
Illumina NovaSeq 6000测序平台Illumina--
quisinostatSelleck ChemicalsS10969
二甲基亚砜----
Cell Titer Glo 3D细胞活力检测试剂Promega--
SynergyH1酶标仪BioTek--
Gen5酶标仪软件BioTek--
Olympus CKX41倒置显微镜Olympus--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
UM ALI PDOs建立与培养
组织来源(新鲜或冷冻)、酶解条件(Collagenase Type II和DNase I浓度及消化时间30-60分钟)、Transwell插入物孔径(0.4 µm)、培养温度(37°C)和CO2浓度(5%)、换液频率(每3-4天)、培养时长(最长83天)
阅读提示:Methods中'Culture of Air–Liquid Interface Patient-Derived Organoids'小节及Supplementary Material
DNA测序
样本匹配情况(肿瘤与PDO配对)、DNA提取试剂盒(Maxwell RSC DNA FFPE Kit或DNeasy Blood & Tissue Kit)、文库构建panel(QiaSeq custom panel)、测序平台(Illumina MiSeq)
阅读提示:Methods中'DNA Sequencing'小节及Supplementary Material
RNA测序
RNA提取试剂盒(RNeasy FFPE Kit或RNeasy Mini Kit)、文库构建试剂盒(QuantSeq 3′ mRNA-Seq或Watchmaker RNA kit)、测序平台(Illumina NovaSeq 6000)、差异表达分析阈值(FDR <0.05)
阅读提示:Methods中'RNA Sequencing'小节及Supplementary Material
HPTM质谱分析
样本对数(4对原发肿瘤和匹配PDOs)、UKB01-03样本分析了两个不同时间点的PDO、统计方法(Student's t-test)
阅读提示:Methods中'Quantitative Histone Posttranslational Modification Analysis by Mass Spectrometry'小节及Supplementary Material
药物筛选
PDO培养时间窗口(14-30天,生长显著但稳定)、quisinostat浓度(100 nM和200 nM)、DMSO浓度(0.3%)、处理时间(72小时)、细胞活力检测试剂(Cell Titer Glo 3D)、样本数(3例:UKB01、UKB03、UKT01)
阅读提示:Methods中'Drug Screening'小节及Figure 4 legend