ديسمبر 13, 2012
يوصف أسلوب للمراقبة الفردية جزيئات الحمض النووي في الخلايا الحية. ويستند هذا الأسلوب على الربط من البروتين الموسومة fluorescently قامع أمريكا اللاتينية والكاريبي لتصميم مواقع الربط DNA في المصالح. ويمكن تكييف هذه الطريقة لمتابعة السلطات الوطنية المعينة المؤتلف كثيرة في الخلايا الحية على مر الزمن.
الهدف العام من هذا الإجراء هو مراقبة تقسيم الجينومات الفيروسية في الخلايا المنقسمة. يتم تحقيق ذلك عن طريق صنع البلازميد أولا الذي يمكن تصوره عن طريق الفحص المجهري الفلوري. هنا تم تصميم البلازميد ليشمل تكرارات ترادفية لتسلسل مشغل اللاكتوز أو LAC O.الخطوة الثانية هي إدخال البلازميد في الخلايا المنقسمة ، متبوعا بإصابة الخلايا بفيروس قهقري يشفر مثبط اللاكتوز أو عين لاك مدمجة في بروتين الفلورسنت.
ستربط بروتينات اندماج مثبط اللاكتوز على وجه التحديد تسلسل مشغل اللاكتوز في فرع البلازميد. تتم مراقبة الخلايا عن طريق المجهر الفلوري لتتبع البلازميدات الفردية من خلال دورات خلوية متعددة. في النهاية ، تتم معالجة الصور التي تم الحصول عليها لتحديد كيفية الحفاظ على الجينومات الفيروسية في الخلايا المنقسمة.
الميزة الرئيسية لهذه التقنية على الطرق الحالية مثل النشاف الكمي PCR الجنوبي أو التألق في الموقع ، هي أن هذه التقنية تسمح بملاحظة البلازميدات الفردية في نقاط زمنية متعددة. لتمكين تصور البلازميد عن طريق الفحص المجهري الفلوري ، يتم استخدام تقنيات الاستنساخ الجزيئي القياسية لإدخال جزء من الحمض النووي يحتوي على ما يقرب من 250 نسخة من تسلسل مشغل اللاكتوز أو LAC O في البلازميد. في هذا المثال ، البلازميد عبارة عن منتصف خلفي يبلغ حوالي 170 زوجا من الكيلوبايس يحتوي على الجينوم الكامل لفيروس الهربس المرتبط بساركوما الغطاء أو KSHV ويشفر مقاومة الهيجروميسين.
أدخل الحمض النووي البلازميد المحتوي على LAC O في خلايا الثدييات hela و SLK عن طريق التعداء في أطباق 60 ملم ، احتضن الخلايا ب 10 ميكروغرام من البلازميد المنقى ، والحمض النووي 25 ميكرولتر ، واستئصال الدهون ، و 2000 0.5 مليلتر ، و Optum ، و 3.5 ملليلتر. DMEM لمدة أربع ساعات. قم بتغيير الوسيط إلى DMEM باستخدام مصل بقري جنيني بنسبة 10٪ واسمح للخلايا بالتعافي لمدة 48 ساعة.
بعد ذلك ، قم بتقطيع الخلايا المنقولة بكثافة منخفضة في أطباق كبيرة ومزرعة لمدة ثلاثة أسابيع في DMEM مع مصل بقري للجنين بنسبة 10٪ و 300 ميكروغرام لكل مليلتر من hygromycin لاختيار البلازميد الذي تم إدخاله ، واستخدم قطعا من الرحلات المعقمة وورق الترشيح المنقوع لنقل المستعمرات المقاومة للهيجروميسين إلى أطباق استزراع جديدة. ضع الأطباق في الحاضنة بعد أسبوع إلى أسبوعين عندما تنمو المستنسخة المنقولة لملء الطبق ، وعزل الحمض النووي للتقييد والهضم والنشاف الجنوبي للتأكد من أن بوليمر بلازميد LAC O متجانس والحجم المتوقع. توضح لطخة المثال هذه أن بوليمر LAC O في استنساخ واحد متجانس ومطابق لتلك الخاصة بالتحكم الإيجابي.
في الممر السابع ، إذا لم يتم تصميم البلازميد للتعبير عن اندماج مثبط اللاكتوز ، فإن عين لاك تصيب المستنسخة المناسبة بفيروس قهقري يشفر عين لاك مدمجة في بروتين فلوري أحمر مثل عين لاك ، طماطم TD ، يتم اختيار طماطم TD بدلا من البروتينات التي تتألق بالقرب من اللون الأخضر لتقليل السمية الضوئية التي قد تحدث من التعرضات المتعددة على مدى فترات طويلة. بمجرد إدخال بروتين اندماج العين LAC ، والثقافة ، والخلايا في وجود 200 ميكروغرام لكل مليلتر IPTG لمنع بروتينات الاندماج من ربط الحمض النووي. أحد أهم جوانب هذا الإجراء هو الحصول على المستنسخة ذات الشدة المضان المناسبة.
يجب فحص عدد كبير من المستنسخة لتحديد أولئك الذين لديهم ثقافة مضان مثالية. الخلايا لمدة ثلاثة أيام على الأقل للسماح بالتعبير عن استنساخ شاشة بروتين الطماطم TD العين LAC لأولئك الذين لديهم مستويات مثالية من عين لاك ، طماطم TD التي تكشف عن إشارات مميزة مع الحد الأدنى من مستويات الخلفية من بروتين الاندماج غير المرتبط ، قبل 24 إلى 48 ساعة من تصوير طماطم LAC I TD التي تعبر عن الخلايا في طبق قاع زجاجي مقاس 35 ملم بكثافة أقل من 10٪ التقاء. سيسمح ذلك لأزواج الخلايا بالتقسيم إلى مستعمرات من ثماني إلى 16 خلية دون التداخل قبل ساعة إلى ثلاث ساعات من بدء التصوير.
اشطف الطبق ثلاث مرات بوسط مزرعة يفتقر إلى كل من الأدوية الانتقائية و IPTG. هذا يغسل الخلايا غير القابلة للحياة ويسمح لبروتينات اندماج العين اللاكية بربط خلايا لاك في البلازميدات. استبدل وسط الاستزراع بملليلترين ، واحتضان DMEM بمصل بقري جنيني بنسبة 10٪ و 25 ملليمولار من الهيبيين لمدة ساعة إلى ثلاث ساعات قبل التصوير مباشرة ، واستبدل الجزء العلوي من طبق الاستزراع بورق عبادة ممتد في حلقة تثبيت لطبق 35 ملم.
سيمنع هذا الغطاء تبخر وسط الاستزراع ، مما يزيد من تركيز الملح بمرور الوقت ويقتل الخلايا. يتكون نظام التصوير المستخدم في هذه التجربة من مجهر مقلوب Zeiss Axio 200 M ، مزود بمرحلة آلية وكاميرا EM CCD للكشف الحساس عن الإشارات. يتم توفير ضوء الإثارة الفلورية بواسطة مصباح LED الأبيض المحايد لنظام Collibra.
يتم التحكم في نظام التصوير بواسطة برنامج للاستحواذ الآلي على الصور على فترات طويلة مع حزم Z متعددة. تستخدم حاضنة المرحلة العلوية للحفاظ على الخلايا عند 37 درجة مئوية ، من خمسة إلى 10٪ من ثاني أكسيد الكربون في غرفة مرطبة. استخدم طوقا ساخنا لهدف الزيت لمنع الهدف من الانسحاب.
تتيح الحرارة من العينة وقتا كافيا للنظام للوصول إلى درجة حرارة مستقرة. لتقليل القطع الأثرية للحركة أثناء التجربة ، يجب أن يجلس نظام التصوير على طاولة هوائية ليتم عزله عن الاهتزازات. لبدء إجراء تصور الحمض النووي المسمى ، استخدم تصوير DIC لعرض الخلايا وتحديد المستوى البؤري للأعلى والسفلي من الخلايا في مجالات رؤية متعددة في كل حقل ، انتقل إلى مستوى بؤري حوالي ثلث الطريق لأسفل من أعلى الخلية ، وحفظ x ، إحداثيات y ، Z في قائمة مواضع المرحلة المحفوظة.
سيكون كل من هذه المواضع المحفوظة مركزا لمجموعة من الصور لالتقاط الخلية في برنامج التحكم في المجهر ، وتحديد Zack من الصور التي سيتم إجراؤها في كل موضع مرحلة محفوظ ، وتحديد شرائح كافية بحيث يتم التقاط الخلية بأكملها جنبا إلى جنب مع شرائح إضافية أعلى وأسفل الطائرات التي توجد فيها الخلايا. اختر حجم خطوة Z من 0.35 إلى 0.50 ميكرون للسماح بأخذ عينات nyquist التقريبية في البعد Z. تسمح هذه الشرائح بالكشف عن حركات الخلية التالية أثناء دورة الخلية وتستخدم أيضا في المعالجة اللاحقة لمكدسات الصور.
سينتج عن ذلك كومة من 40 إلى 60 صورة حسب سمك الخلايا. حدد تجربة سلسلة زمنية لجمع صورة ميدانية ساطعة ل Zacks على فترات 30 دقيقة وصور مضان على فترات تتراوح من 10 إلى 60 دقيقة. لا تستخدم تصوير DIC أثناء التجربة لأنه يتطلب ضوءا أكثر من التصوير القياسي للمجال الساطع ، والذي يمكن أن يعرض الخلايا دون داع للسمية الضوئية على مدار التجارب الطويلة.
ابدأ التجربة التي يتم التحكم فيها بالبرمجيات. تأكد من عدم إزعاج النظام أثناء التجربة. بعد الحصول على جميع الصور الخاصة بالتجربة ، راجع الصور لكل Zack ونقطة زمنية لاقتزاع أي مناطق غير ضرورية من الصور لتقليل وقت معالجة الكمبيوتر.
في الخطوة التالية لإعادة تعيين شدة الإشارة إلى بكسل المنشأ في كل مكدس Z. استخدم خوارزمية فك الالتفاف في برنامج الرؤية Axio بناء على وظيفة انتشار النقاط المقاسة لنظام التصوير. تظهر نتيجة الالتفاف هنا.
افحص الصور لتتبع شدة وتغيرات البلازميدات أثناء دورة الخلية وتقسيم البلازميدات إلى الخلايا الوليدة. تظهر هذه الصور التي تم إجراؤها حسابيا لتشمل طائرات Z متعددة توجد فيها الإشارات المختلفة ، أن نوى خلايا HELOC التي تعبر عن طماطم LAC العين TD هي فلورية بسبب إشارة التوطين النووي على بروتين الاندماج ، وتوطينها في النواة. في حالة عدم وجود جينومات I-P-T-G-K-S-H-V التي تشفر تسلسلات LAC O تجند العديد من النسخ من البروتين الفلوري وتبرز كإشارات ساطعة على شدة خلفية النواة.
في المقابل ، في وجود IPTG ، يتم منع بروتينات الفلورسنت في العين LAC من الارتباط بالتعرف عليها يفتقر إلى تسلسل O ، وإسقاطات الكثافة القصوى لزاك المكتسبة من دورة خلية في خمس مرات. يتم عرض النقاط في تجربة تمثيلية في هذا الشكل. يتم تصنيع الجينومات الفيروسية الموسومة بالفلورسنت في الخلية المرئية في اللوحة A في اللوحة B ، ثم يتم تقسيم الجينومات الفيروسية إلى خلايا وليدة أثناء انقسام الخلية كما لوحظ في اللوحة C و D و E. تستغرق دورة الخلية لخلايا HELOC السليمة حوالي 24 ساعة ، وعادة ما ترتبط الخلايا الوليدة بالقرب من بعضها البعض وتستمر في الانقسام في نفس الوقت في دورة الخلية التالية.
باستخدام هذا البروتوكول ، يمكن اتباع الجينومات الفيروسية في الخلية لأجيال متعددة أثناء محاولة هذا الإجراء. من المهم أن تتذكر مراقبة مورفولوجيا الخلية في وقت الجيل للتأكد من صحة الخلايا طوال التجربة.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
تصف هذه المقالة طريقة لمراقبة جزيئات الحمض النووي الفردية في الخلايا الحية باستخدام بروتين مثبط اللاك الموسوم بالفلورة. تسمح التقنية بتتبع الحمض النووي المؤتلف مع مرور الوقت، مما يوفر رؤى حول سلوكها في الخلايا المنقسمة.
Monitoring plasmid replication in live mammalian cells enables real-time observation of genetic element behavior across generations, addressing a key gap in understanding episomal maintenance in therapeutic contexts. This approach supports target validation by providing quantitative, single-cell resolution of synthesis and partitioning dynamics, which informs predictive confidence in vector design and transgene stability assessments. The method is particularly relevant for de-risking viral vector platforms and synthetic biology constructs where faithful inheritance impacts long-term expression and safety profiles.
The method fits within the discovery-to-preclinical continuum, particularly in early lead optimization where transgene stability and expression consistency are critical decision points.