5.12
التهجين في الموقع (ISH) هو أسلوب يستخدم لاكتشاف وتوطين جزيئات معينة من الحمض النووي الريبي (DNA) أو الحمض النووي الريبي (RNA) في الخلايا أو الأنسجة أو…
التهجين في الموقع هو تقنية تستخدم لتحديد موقع الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي في الخلايا المستنبتة أو في أقسام الأنسجة المحفوظة كيميائيا.
يستخدم تهجين الحمض النووي الريبي في الموقع لمراقبة مكان التعبير عن الجين عن طريق اكتشاف وتحديد نصوص الرنا المرسال المحددة.
يتم الكشف عن mRNAs المستهدفة بواسطة مجسات الحمض النووي الريبي التكميلية أحادية الشريطة والتي يتم إنشاؤها عن طريق النسخ المختبري لقالب الحمض النووي أو تصنيعها بواسطة تفاعل كيميائي.
يتم تصنيف المجسات بالنظائر المشعة أو الفلوروفورات أو جزيئات المراسل الأخرى ، مثل البيوتين أو الديجوكسيجينين ، والتي يمكن ربطها واكتشافها بواسطة جسم مضاد مسمى.
يتكون تهجين الحمض النووي الريبي في الموقع من أربع خطوات رئيسية: تثبيت الأنسجة ، والنفاذية ، والتهجين ، والكشف.
للبدء ، يتم حصاد الأنسجة الطازجة ومعالجتها كيميائيا لوقف أي تفاعلات كيميائية حيوية داخل الأنسجة والحفاظ على سلامتها الهيكلية. تسمى تقنية الحفظ هذه تثبيت الأنسجة.
بعد ذلك ، يجب إزالة البروتينات والدهون في الأنسجة حتى يتمكن المسبار من الوصول إلى الحمض النووي الريبي المستهدف وربطه.
لتحلل البروتينات واختراق غشاء الخلية ، تتم معالجة العينة بحمض الهيدروكلوريك 0.2 مولار والإنزيمات مثل البروتينات ، بينما تستخدم المنظفات لتكسير الدهون.
ثم يتم تهجين الحمض النووي الريبي المستهدف مع المجسات عند درجة حرارة أقل بقليل من نقطة انصهار هجين مسبار الحمض النووي الريبي. هذا يساعد المجسات على التلدين باستخدام mRNAs التكميلية. تتم إزالة المجسات غير المقيدة والمربوطة بشكل فضفاض عن طريق إجراء عدة غسلات.
تعتمد طريقة الكشف عن المجسات المهجنة على نوع الملصق. تتعرض المجسات المشعة لأفلام فوتوغرافية ، بينما تظهر مجسات الفلورسنت تحت المجاهر الفلورية.
بالنسبة للملصقات الأخرى ، يتم تمييز الأجسام المضادة ضد جزيء المراسل بصبغة فلورية أو لونية.
يكشف الكشف عن المجسات المهجنة عن توزيع mRNAs محددة تشير إلى مكان التعبير عن الجينات ذات الأهمية.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is in situ hybridization used for in molecular biology?
In situ hybridization is a technique that detects and localizes specific DNA or RNA molecules in cultured cells or preserved tissue sections. RNA in situ hybridization specifically monitors where genes are expressed by detecting and quantifying mRNA transcripts using complementary RNA probes labeled with radioactive isotopes, fluorophores, biotin, or digoxigenin for visualization.
Q2: What are the four main steps of RNA in situ hybridization?
The four main steps are tissue fixation, permeabilization, hybridization, and detection. Tissue fixation chemically preserves structural integrity. Permeabilization removes proteins and lipids using hydrochloric acid, proteinases, and detergents to allow probe access. Hybridization anneals probes to complementary mRNAs at controlled temperatures. Detection reveals mRNA distribution using methods suited to the probe label type.
Q3: How do different probe labels affect detection in in situ hybridization?
Detection methods depend on the probe label type. Radioactive probes are exposed to photographic films via autoradiography. Fluorescent probes are visualized under fluorescent microscopes. For other labels like biotin or digoxigenin, antibodies tagged with fluorescent or colorimetric dyes bind the reporter molecule for visualization, enabling flexible detection strategies.
Q4: What types of probes are used in in situ hybridization?
Multiple probe types are employed, including single-stranded DNA probes, double-stranded DNA probes, antisense RNA probes (riboprobes), and synthetic oligodeoxynucleotide probes. Probe selection depends on sensitivity, specificity, stability, and tissue penetration ability. These probes are complementary strands that bind to corresponding nucleotide sequences in cells or tissue samples.
Q5: Why is tissue permeabilization necessary in in situ hybridization?
Tissue permeabilization removes proteins and lipids that block probe access to target RNA. The sample is treated with hydrochloric acid and proteinases to degrade proteins and permeabilize cell membranes, while detergents break down lipids. This step ensures probes can penetrate tissue and successfully anneal with complementary mRNA sequences.
Q6: What are the advantages of in situ hybridization for gene expression analysis?
In situ hybridization can be applied to frozen tissues, maximizing use of difficult-to-obtain samples. It can be combined with other techniques like immunohistochemistry to detect both protein and active mRNA simultaneously. However, samples with low DNA and RNA copy numbers may present challenges for target identification.
Q7: How are probes labeled and detected in in situ hybridization?
Probes are labeled using radioisotopes (3H, 35S, 32P), non-radioactive labels (biotin, digoxigenin, fluorescein), or fluorescent dyes attached via end-labeling, nick-translation, or random primer synthesis. These labeled probes enable detection through reporter genes or antibodies tagged with fluorescent or colorimetric dyes, allowing visualization of hybridized target sequences.