Digital Spatial Profiler #

Digital Spatial Profiler 약칭 DSP는 nanoString 사에서 개발한 플랫폼이다. DSP는 조직의 형태, 구조에 대한 공간적 정보를 유지하면서 전사체 정보와 단백질 발현정보를 제공할 수 있다. 공간적 발현정보는 ISH 와 같이 Fluorescent antibody를 사용하여 단백질이나 RNA의 발현정보를 형광으로 확인할 수 있다. 공간적 발현정보는 이미지화하여 저장되며 이어서 Region of interest(ROI)라는 영역을 지정하여 nCounter나 NGS 기술을 사용해 유전자 발현 데이터 또한 생산할 수 있다.

DSP와 다른 플랫폼의 비교 #

1) Bulk RNA sequencing의 경우 상대적으로 저렴한 비용에 높은 data coverage를 가진 전사체 발현 데이터를 생산할 수 있으며 저렴한 비용 덕분에 많은 샘플에 대한 실험 진행이 가능하다.
하지만 Bulk sequencing은 Single cell RNA sequencing과 같이 샘플의 세포 조성을 고려한 데이터를 얻을 수 없으며 같은 이유로 각 세포 유형별로 다르게 발현하는 전사체 발현 정보를 확인할 수 없다.

2) Single cell RNA sequencing의 경우 각 세포의 유전자 발현정보를 확인할 수 있지만, 해당 세포가 조직의 어느 부분에서 왔는지를 정확하게 확인할 수 없는 단점이 있다.

3) Visium Spatial Gene Expression, 약칭 Visium의 경우 공간적인 정보를 확인할 수 있고 조직 슬라이드의 위에서 각 위치(Spot)별로 유전자 발현 정보를 확인할 수 있으나 55µm 정도의 resolution으로 확인할 수 있으므로 더 높은 resolution을 원하는 경우 플랫폼 전환이 필요하다.

위 세 가지 시퀀싱 방법은 Resolution이 떨어지거나 공간적 해석을 할 수 없으나 DSP의 경우 RNA와 단백질에 대한 동시 분석이 가능하면서 이를 형광 분석을 통해서 single cell segment resolution으로 확인할 수 있다.
동시에 병리학자나 연구자가 시퀀싱을 수행하고자 하는 ROI라는 영역을 지정하여 해당 ROI 영역에 대한 전사체 시퀀싱이 가능하다는 장점이 있다.

DSP 실험 방법 #

DSP는 FFPE Tissue Block과 Fresh Frozen Tissue 모두 실험에 사용할 수 있다.
실험을 시작할 샘플은 Slide Mounted Tissue로 준비하여 아래 과정을 통해 실험이 진행된다.

1. 형광 이미지, 프로파일링용 프로브 또는 항체로 샘플을 염색한다.
2. GeoMx DSP에서 형광 이미지를 촬영하여 저장한 후 Region of Interest(ROI)를 선택합니다.
3. 선택한 ROI마다 UV를 조사하여 Index Oligonucleotide(Index-Oligo)를 유리시킨다.
4. Index-Oligo를 Micro Capillary tubes를 사용해 회수한다.
5. 회수한 Index-Oligo는 NanoString nCounter나 Illumina NGS System으로 시퀀싱을 수행한다.

Region Of Interest (ROI) #

DSP는 형광 이미지를 통해서 조직 슬라이드의 위치별 RNA 혹은 단백질 발현을 확인할 수 있다.
하지만 전사체 정보는 조직 슬라이드 이미지에서 지정된 ROI라는 영역에 대해서만 시퀀싱이 제한적으로 가능하다. 따라서 이 ROI 영역을 어떻게 지정하는지는 연구에 있어서 매우 중요한 요소 중 하나이다.

이렇게 지정한 ROI는 GeoMX 사의 시퀀싱 항목을 선택하여 해당 영역에 대한 전사체를 시퀀싱 할 수 있다.
첫 번째로 Cancer Transcriptome Atlas (CTA) 라는 항목을 선택한다면 암 연구를 위해 선정된 55개 pathway 들의 1,833개 유전자에 대한 RNA sequencing을 진행할 수 있다.
두 번째로 GeoMx Whole Transcriptome Atlas (Human/Mouse)를 선택한다면 18,000개 이상의 Protein coding gene에 대하여 Transcriptome sequencing 진행이 가능하다.

확인 가능한 결과 #

DSP에서 생산된 이미지는 A와 같이 조직 슬라이드에 형광 발현을 촬영한 이미지가 저장된다.
위 이미지에서는 melanoma tissue에서 MelanA(cyan), CD45(magenta), PanCk+ epithelial(green)이 염색되었으며 각 형광 마커로 표시된 결과는 B에서 cyan + 영역을 표시하여 MelanA cell을 보여주거나 C와 같이 cyan -, magenta + 영역을 표시하여 면역 세포가 위치하는 영역을 보여주도록 조정할 수 있다.

마지막으로 ROI로 지정된 영역에 대해서는 nCounter나 Illumina NGS system을 통해서 생산된 데이터를 함께 확인할 수 있다.

참고문헌 #

1. https://nanostring.com/wp-content/uploads/FL_MK0481_DSP_GrantPackage_May2020.pdf
2. https://axel.as-1.co.jp/contents/bio/genomics/geomx
3. https://nanostring.com/products/geomx-digital-spatial-profiler/geomx-dsp-overview/
4. https://nanostring.com/wp-content/uploads/WP_MK3469_GeoMx-_MorphologyMarkerGuidelines-V9.1.pdf
5. https://higherlogicdownload.s3.amazonaws.com/SITCANCER/2c19e5a6-3adb-4d01-b46c-c01e11745b3a/UploadedImages/GeoMx_overview.pdf