$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
المواقع الهشة الشائعة (CFSs) هي مناطق كروموسومية كبيرة موجودة في كل كروموسوم بشري عرضة للكسر أثناء الطور. تحت إجهاد النسخ المتماثل ، يتأخر النسخ المتماثل في هذه المناطق بشكل كبير ، مما يمنع تكرارها الكامل قبل الدخول الانقسامي1 ، مما يؤدي في النهاية إلى فجوات وفواصل خاصة بالموقع. CFSs هي نقاط ساخنة لعدم استقرار الكروموسومات وهي سبب رئيسي لإعادة ترتيب الكروموسومات أثناء تطور السرطان المبكر. يمكن أن يؤدي إجهاد النسخ المتماثل ، الذي غالبا ما يكون موجودا في ظل ظروف الأورام ، إلى فقدان الجينات الكابتة للورم وتضخيم الجينات المسرطنة - يشار إليها مجتمعة باسم تباين رقم النسخ (CNV) 2،3،4،5،6. بالإضافة إلى ذلك ، فإن متلازمة التعب المزمن معرضة بشدة للتكامل الفيروسي ، مما يعزز تطور السرطان7،8،9،10. تم الكشف عن عمليات حذف متعددة متماثلة اللواقح للجينات مثبطة للورم في مناطق متلازمة التعب المزمن أثناء تحليلات السرطان للأورام الأولية. تشمل متلازمة التعب المزمن الأكثر شيوعا في السرطان FRA2F و FRA3B و FRA4F و FRA5H و FRA16D11. متلازمة التعب المزمن معرضة بشكل خاص للكسر في وجود عوامل خارجية مسرطنة12. ولتقييم الآثار الضارة المسببة للسرطان للملوثات البيئية، هناك حاجة إلى طريقة سريعة وموثوقة لقياس حدوث كسر متلازمة التعب المزمن.
فسفرة H2A. X في بقايا السيرين 139 (γH2A.X) بواسطة رنح توسع التلانجي والبروتين المرتبط ب Rad3 (ATR) أو الرنح توسع التلانجي المتحور (ATM) هو حدث رئيسي في توقف شوكة النسخ المتماثلللإشارة 13. يعمل γH2A.X كمؤشر على شوكات النسخ المتماثل المتوقفة قبل تكوين كسر الخيط المزدوج (DSB)13 ، مما يخلق بيئة كروماتين مواتية لتسهيل التوظيف الفعال لبروتينات الإصلاح في المواقع المتوقفة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تجنيد γH2A.X لكسر المواقع بعد انهيار الشوكة14،15 ، بما يتفق مع دورها الأساسي في إصلاح DSB. نظرا لأن فواصل متلازمة التعب المزمن ترتبط ارتباطا وثيقا بالانحرافات الكروموسومية التي تدفع تطور السرطان ، فإن اكتشاف هذه الفواصل يمكن أن يكون مفيدا في فهم المراحل المبكرة من تكوين الأورام. يمكن استخدام وجود γH2A.X في CFSs كمؤشر حيوي للكشف عن الأحداث المبكرة لعدم الاستقرار الجيني. يمكن أن تساعد هذه المعلومات في تحديد المواد المسرطنة المحتملة وتقييم المخاطر المرتبطة بالتعرض لعوامل خارجية مختلفة. من خلال قياس فواصل الحمض النووي في متلازمة التعب المزمن الناجمة عن العوامل الخارجية ، يمكن أن يوفر γH2A.X chromatin IP (ChIP) نظرة ثاقبة حول كيفية مساهمة هذه العوامل في الآليات الكامنة وراء تكوين الأورام.
في ChIP التقليدي (أي ChIP المتشابك ، X-ChIP) ، يتم تثبيت ارتباط γH2A.X بتسلسلات الحمض النووي المستهدفة عن طريق التشابك القابل للانعكاس. يتم قص الكروماتين لاحقا إلى شظايا من حوالي 500 زوج أساسي (bp) من خلال صوتنة ، ويتم تطهير المحلول الناتج من الحطام عن طريق الترسيب16،17،18. ثم يضاف جسم مضاد من الدرجة ChIP γH2A.X إلى جزء الكروماتين الذي تم تطهيره ، متبوعا بإضافة حبات الاغاروز البروتين A / G لإثراء مناطق الكروماتين المرتبطة ب γH2A.X16،17،18. يتم غسل المجمعات المناعية (أي مركب الحمض النووي المستهدف بالخرز والأجسام المضادة γH2A.X) عدة مرات باستخدام مخازن غسيل صارمة لإزالة شظايا الحمض النووي غير المرتبطة على وجه التحديد16،17،18. بعد الغسيل ، يتم مسح الحمض النووي المرتبط على وجه التحديد من المجمعات المناعية. ثم يتم عكس الروابط المتقاطعة للفورمالديهايد ، متبوعا بهضم البروتين باستخدام البروتيناز K ، وبعد ذلك يتم تنقية الحمض النووي المخصبوتركيزه 16،17،18. لتقييم المناطق المرتبطة ب γH2A.X ، يتم استخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل أو تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي (qPCR) أو التسلسل المباشر16،17،18. يتم تحديد إشغال γH2A.X في مناطق محددة ، مثل CFS ، من خلال شدة إشارة PCR أو qPCR ، والتي تتناسب مع كمية γH2A.X المرتبطة في هذا الموقع ، مما يوفر رؤى حول تلف الحمض النووي الخاص بالموقع وأحداثالإصلاح 16،17،18.
على الرغم من كونه نهجا تجريبيا قويا ، إلا أن X-ChIP له العديد من القيود المهمة: (أنا) يتطلب عددا كبيرا من الخلايا ، عادة في حدود 1 × 107 إلى 5 × 107 ، بسبب عدم كفاءة ترسيب الأجسام المضادة المرتبطة بالتثبيت ، مما يزيد من التكلفة الإجمالية للتجربة19 ؛ (2) إن عملية عكس الروابط المتقاطعة للفورمالديهايد وتنقية الحمض النووي اللاحقة تستغرق وقتا طويلا وتتطلب عمالة مكثفة ، مما يجعل من الصعب الحفاظ على الاتساق والموثوقية في النتائج ؛ و (ثالثا) قد لا يتم تمييز تفاعلات γH2A.X-DNA ذات الأهمية الوظيفية الثانوية عن تلك ذات الأهمية الأكبر لأن خطوة الربط المتقاطع يمكن أن تعمل على استقرار التفاعلات العابرة ، مما يؤدي إلى اكتشاف التفاعلات التي قد لا تكون ذات صلة بيولوجيا19.
الترسيب المناعي للكروماتين الأصلي (Native ChIP أو N-ChIP) هو تقنية كيميائية حيوية أساسية تستخدم لدراسة تفاعلات البروتين والحمض النووي في سياق الكروماتين الأصلي في ظل ظروف الملح الفسيولوجية. لقد كان له دور فعال في توضيح التنظيم المكاني والزماني للكروماتين ، وربط عامل النسخ ، وتعديلات الهيستون. يلعب Native ChIP دورا طويل الأمد في المجال الأوسع لبيولوجيا الكروماتين وعلم التخلق ، مما يوفر مزايا وقيودا فريدة مقارنة ب X-ChIP. تتضمن هذه الطريقة ، التي تم تقديمها في أواخر الثمانينيات20 ، عزل الكروماتين عن الخلايا بطرق تحافظ على بنيته الأصلية ، مثل الهضم باستخدام نوكلياز المكورات الدقيقة (MNase) 21. هذا يحافظ على اتصالات البروتين والحمض النووي والهيستون والحمض النووي المتأصل ، مما يجعل Native ChIP مناسبا بشكل خاص لدراسة تعديلات الهيستون ووضع النيوكليوسوم في إعداد الكروماتين الطبيعي22. أظهرت دراسات ChIP الأصلية عالية الدقة استخدام هضم MNase لتقليل الكروماتين إلى النيوكليوسومات الفردية ، مما يسهل رسم خرائط تعديلات الهيستون بدقة أكبر23. علاوة على ذلك ، نظرا لعدم وجود ارتباط كيميائي متقاطع ، يتم تقليل خطر إدخال التحيزات أو القطع الأثرية التي قد تشوه تمثيل تفاعلات البروتين والحمضالنووي 24.
على عكس X-ChIP ، حيث يتم استخدام الفورمالديهايد أو عوامل الربط المتقاطع الأخرى لإصلاح تفاعلات البروتين والحمض النووي ، يوفر Native ChIP رؤية أكثر واقعية للكروماتين من خلال تجنب القطع الأثرية المحتملة للربط المتبادل. ومع ذلك ، في حين أن X-ChIP مناسب بشكل عام للكشف عن التفاعلات العابرة أو الديناميكية بين الحمض النووي والبروتينات التنظيمية25 ، فإن Native ChIP مثالي للتفاعلات المستقرة بين البروتين والحمض النووي ، مثل الهستونات أو البروتينات الأخرى المرتبطة بالكروماتين26،27. أحد القيود المشار إليها في Native ChIP هو عدم القدرة على التقاط أحداث الربط ذات التقارب المنخفض أو العابر ، والتي غالبا ما يتم تثبيتها من خلال الربط المتقاطع في X-ChIP25.
استفادت مجموعة كبيرة من الأعمال في علم التخلق من Native ChIP للكشف عن تعديلات هيستون في بيئات بيولوجية متنوعة28. كانت هذه الجهود حاسمة في تحديد شفرة هيستون - نمط تعديلات الهيستون التي تنظم التعبير الجيني وديناميكيات الكروماتين29. على الرغم من H2A. X هو هيستون رابط أقل ارتباطا ، H2A الأصلي. تم تطبيق طريقة X ChIP بنجاح في الخلايا الجذعية الجنينية30. في هذه الدراسة ، قمنا بتحسين إجراء استخراج الكروماتين لإجراء ChIP الأصلي ل γH2A.X في خلايا 293T البشرية (الشكل 1). يستخدم هيدروكسي يوريا وأفيديكولين على نطاق واسع في الأبحاث للتحقيق في إجهاد تكرار الحمض النووي والتلف وعدم الاستقرار الجيني31. في هذه الدراسة ، تم تطبيق هذه العوامل على الخلايا للحث على إجهاد النسخ المتماثل وتوليد فواصل الحمض النووي في CFS.
باستخدام مادة أولية من حوالي 1 × 106 إلى 5 × 106 خلايا ، يمكن تقسيم هذه الطريقة إلى أربع مراحل رئيسية: (أنا) التجزئة تحت الخلوية لعزل الكروماتين ، (ثانيا) هضم نوكلياز المكورات الدقيقة (MNase) لتفتيت الكروماتين ، (ثالثا) الترسيب المناعي والشطف ، و (رابعا) تحليل الحمض النووي بواسطة تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي (qPCR). يوفر إجراء ChIP بعد التجزئة الفرعية للخلايا العديد من الفوائد وقد تم توثيقه جيدا في العديد من الدراسات32،33،34،35. يسمح هذا النهج بإزالة البروتينات غير المرتبطة بالكروماتين وغيرها من الحطام الخلوي ، مما ينتج عنه جزء كروماتين عالي النقاء. من خلال عزل الكروماتين قبل الترسيب المناعي ، يساعد التجزئة تحت الخلوية في الحفاظ على تفاعلات الكروماتين الأصلية ويقلل من ضوضاء الخلفية من البروتينات غير المرتبطة بالكروماتين ، مما يؤدي إلى نتائج أكثر تحديدا وموثوقية ، حيث يتم الاحتفاظ فقط بالمجمعات المرتبطة بالكروماتين للتحليل. علاوة على ذلك ، يتيح التجزئة تحت الخلوية ظروفا أكثر اعتدالا لهضم الكروماتين ، وبالتالي الحفاظ على التفاعلات الفسيولوجية بين البروتين والحمض النووي وتقديم تمثيل أكثر دقة لديناميكيات الكروماتين داخل البيئة الخلوية الأصلية.
إن استخدام ChIP الأصلي ل γH2AX لقياس تأثير العوامل الخارجية على كسر الموقع الهش الشائع يحمل إمكانات كبيرة لأبحاث السرطان. تتيح هذه التقنية الكشف عن تلف الحمض النووي الناجم عن التعرض للمواد المسرطنة البيئية ، مما يوفر نظرة ثاقبة للآليات الجزيئية التي تساهم بها الملوثات في عدم الاستقرار الجيني وتطور السرطان. من خلال الحفاظ على سياق الكروماتين الأصلي ، تسهل هذه الطريقة التقييم الدقيق لأنماط تلف الحمض النووي المرتبطة بالتعرض للسرطان ، مما يساعد في تقييم المخاطر البيئية ودراسة تكوين الأورام الناجمة عن التلوث.