Methodenartikel

Immunhistochemische Nachweis von 5 Methylcytosine und 5-Hydroxymethylcytosine bei der Entwicklung und der postmitotischen Maus Retina

10.1K Ansichten

⸱

DOI:

10.3791/58274

⸱

29. August 2018

 ,  ,  , 
1BioTime, Inc

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Das Ziel dieses Berichts ist es, das Protokoll für robuste immunhistochemischen Nachweis von epigenetischen Markierungen beschreiben, 5-Methylcytosine (5mC) und 5-Hydroxymethylcytosine (5hmC) bei der Entwicklung und postmitotischen Maus Netzhaut.

Zusammenfassung

Die Epigenetik der retinalen Entwicklung ist eine gut untersuchte Forschungsfeld, das verspricht, bringen eine neue Ebene des Verständnisses über die Mechanismen der unterschiedlichsten menschlichen degenerativen Netzhauterkrankungen und neue Behandlungsansätze zu lokalisieren. Die nukleare Architektur der Maus Netzhaut gliedert sich in zwei verschiedenen Mustern: konventionelle und umgekehrt. Konventionellen Muster ist universell, wo Heterochromatin lokalisiert an der Peripherie des Zellkerns, während aktive Euchromatin im nuklearen inneren wohnt. Im Gegensatz dazu ist invertiert nuklearen Muster nur für die Erwachsenen Stab Photorezeptor Zellkerne Heterochromatin, das nukleare Zentrum lokalisiert, wobei Euchromatin befindet sich in der nuklearen Peripherie. DNA-Methylierung wird überwiegend im Chromocenters beobachtet. DNA-Methylierung ist eine dynamische kovalente Modifikation auf die Cytosin-Rückstände (5 Methylcytosine, 5mC) von CpG dinucleotid, die in den Regionen Förderer vieler Gene angereichert sind. Drei DNA-Methyltransferasen (DNMT1, DNMT3A und DNMT3B) in der Methylierung der DNA während der Entwicklung zu beteiligen. Erkennung von 5mC mit immunhistochemischen Techniken ist eine große Herausforderung, einen Beitrag zur Variabilität der Ergebnisse, da alle DNA-Basen, einschließlich 5mC geändert Basen innerhalb der doppelsträngigen DNA-Helix verborgen sind. Detaillierte Darstellung der 5mC Verteilung während der Entwicklung ist jedoch sehr informativ. Hier beschreiben wir eine reproduzierbare Technik für robuste immunhistochemischen Nachweis von 5mC und eine weitere epigenetische DNA-Marker 5-Hydroxymethylcytosine (5hmC), die mit der "offenen", transcriptionally aktiv Chromatin bei der Entwicklung von colocalizes und postmitotischen Maus Netzhaut.

Einleitung

Epigenetischen Regulation von Entwicklung und postmitotischen Homöostase der Maus Netzhaut ist ein spannender Bereich der Forschung, welche verspricht eine neuartige Verständnis der biologischen Mechanismen, die Steuerung von Retinogenesis und Zelle Schicksal Bestimmung, bringen Zelle typspezifischen Stoffwechselfunktionen sowie Zelle Pathologien, Zelltod und Regeneration1,2,3,4,5,6,7,8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13. Chromatin erfährt dynamische Veränderungen in der Entwicklung sowie als Reaktion auf Variable externe Signale, sei es stress, metabolischen oder Zelle Tod Reize6,14,15, 16 , 17 , 18. in Maus Kerne Chromatin gliedert sich in aktive Euchromatin und inaktive Heterochromatin6,19,20. In Interphase Nucleus wohnt Euchromatin im inneren Bereich des Kernes während Heterochromatin der nuklearen Peripherie und Nukleolus Linien. Dieses Muster wird als konventionelle und ist hoch konserviert in den Eukaryotes. Im Gegensatz dazu haben Stab Kerne in nachtaktive Tiere wie Maus und Ratte Muster invertiert, wo der Kern von Heterochromatin in der Mitte umgeben von Euchromatin bildet die äußerste Schale6,18besetzt ist, 20. Bei der Geburt haben die Rute Kerne konventionellen nuklearen Architektur. Umkehrung der Rute Kerne erfolgt während der Entwicklung durch Umbau von konventionellen und nuklearen Architektur. Während dieses Prozesses periphere Heterochromatin trennt von der nuklearen Peripherie und Chromocenters verschmelzen zu einer einzigen Chromocenter in der Mitte der Kern6,18.

Genomische DNA-Methylierung beteiligt sich bei der Kontrolle der lokalen Chromatin Konformation21. DNA-Methylierung tritt an der 5' Position von Cytosin Rückständen von CpG dinucleotid, die angereichert sind in der Promotorregion vieler Gene in der Maus Genome22,23,24,25,26 sowie in intergenetischer und Intron-Regionen, die regulatorische Elemente27tragen. Methylierung von CpG Inseln im proximalen Promotoren21,24 und CpG-Sequenzen in gen Enhancer27,28 ist wichtig bei der Regulation der dynamische Zustand des bivalenten Chromatin, mit vielen Developmental Gene/Transkription Faktoren spielen wichtige Rolle bei der Entwicklung, Krebs und Altern29,30,31,32,33,34 . DNA-Methylierung bei Maus Entwicklung35beteiligen sich drei DNA-Methyltransferasen (DNMTs). Alle drei DNMTs sind während Maus retinalen Entwicklung36 und Netzhaut-spezifische Änderungen in Dnmt Gene Auswirkungen retinalen Entwicklung2,7zum Ausdruck gebracht. Hydroxymethylcytosine (5hmC) resultiert oxidative Demethylierung 5-Methylcytosine (5mC). Die drei zehn-elf Translokation (TET) Enzyme beteiligt 5mC Demethylierung37,38,39. Hydroxymethyl-C Modifikation wird in Promotoren, gen Körpern und intergenetischer Genomsequenzen innerhalb gen reichen und aktiv transkribierten Regionen27,40bereichert.

Es gibt eine Vielzahl der beschriebenen Ansätze zur Bestimmung der veränderten Methylierungsmuster der DNA in Zellen41,42,43,44,45,46, einige davon ermöglichen Quantifizierung der globale Veränderungen der DNA-Methylierung, während andere mit Schwerpunkt auf präzise Änderungen in CpG-reiche Regionen Promotoren und Geschmacksverstärker. Methoden für die Erkennung und Quantifizierung von 5hmC wurden auch berichteten47, einschließlich von Immunohistochemistry13. Immunhistochemischen Techniken, die robuste Überwachung der 5mC und 5hmC Veränderungen in Kernen der Entwicklung ermöglichen und postmitotischen Zellen sind sehr informativ für die Abgrenzung Chromatin Dynamik in Situ in Reaktion auf externe oder interne Änderungen Auswirkungen auf die Zellen4,13,48,49. Dieser Ansatz ist jedoch anfällig für DNA-Methylierung und Hydroxymethylation Änderungen aufgrund technischer Probleme, verbunden mit Erkennung von Cytosin Änderungen in histologische Präparate zu unterschätzen. Deshalb, weil die unpolaren DNA-Datenbanken, einschließlich 5mC und 5hmC geändert Cytosin, in der Mitte der doppelsträngigen DNA-Helix50versteckt sind und erfordern entlarven. Dies ist eine besondere Herausforderung im gefrorenen histologische Präparate, die schnell informativ Organisation des ursprünglichen Gewebes verlieren können, wenn harte Behandlung angewendet wird.

Die Maus Netzhaut ist ein ausgezeichnetes Modell, den Beitrag der DNA-Methylierung neurale Entwicklung und postmitotischen Homöostase zu zergliedern. Es gibt nur 6 Arten von Neuronen (Stab und Zapfen-Photorezeptoren, amakrinen, Bipolarzellen, Horizontal "und" Ganglion), einem glialen Zelltyp (Muller Glia) und ein neuroepithelialer Zell-Typ (retinale Pigmentepithel)51. Netzhaut Zelltypen wurden berichtet, unterschiedliche Muster der DNA-Methylierung18,19, haben die vor kurzem bei Single-Base Auflösung1,5,9,12untersucht worden. Wir berichteten vor kurzem Immunohistochemistry Anwendung zur Abgrenzung 5mC Muster der Verteilung innerhalb der Kerne der netzhautzellen und Veränderungen in den Kernen der Erwachsenen Maus Netzhaut, wo alle drei DNA-Methyltransferasen durch bedingte gezielte entfernt wurden 7. im Vergleich zu einer Reihe von Berichten, wo das Vorhandensein von DNA-Methylierung in netzhautzellen konnte nur als positiv betrachtet werden oder negatives Signal in Hypermethylated Zellen in Apoptose, aktiviert unsere Vorgehensweise erkennen spezifische Chromatin Anordnung innerhalb der Netzhaut Zellkerne, die wir mehrere Gruppen berichtet und erläuterten5,6,7,18,19,36 , 52. hier beschreiben wir die immunhistochemische (IHC) Technik 5mC und 5hmC ebenso wie die Daten zeigen, die wir Ihnen aus unserer ursprünglichen Bericht7 reproduzieren konnten in gefrorenen Paraformaldehyd fixiert histologischen Abschnitten im Detail erkennen .

Protokoll

Alle Eingriffe mit Mäusen waren gemäß Protokollen durch die Kinder Hospital Oakland Research Institute Tier Pflege und Verwendung Committee genehmigt und der Association for Research in Vision and Ophthalmology (ARVO) Erklärung für die Nutzung eingehalten von Tieren in der Augenheilkunde und vision Forschung.

(1) Gewebe Vorbereitung Immunostaining

  1. Einschläfern C57 BL/6J Mäuse an embryonalen Tag (E) 16, postnatale (P) 0, P15 und P90 durch Kohlendioxid (CO2) gefolgt von Enthauptung (E16 und P0 Mäuse).
  2. Augen sofort Einatmung Maus punktiert mit 29 1/2 Nadel an der dorsalen Seite des Auges. 5 Minuten (min) in 1 mL 4 % Paraformaldehyd (PFA) Phosphat-gepufferte Kochsalzlösung (1 X PBS) pH 8.0 bei Raumtemperatur inkubieren.
  3. Um Augenmuscheln aus P0, P15 und P90, sezieren, Hornhaut und Linse mit feinen ophthalmologischen Schere während Augen in den 4 % PFA.
    Hinweis: Überspringen diesen Schritt für E16 Augen wie die Augen sind zu klein.
  4. Befestigen Sie die Augenmuschel (P0, P15 und P90) und die ganze Augen (E16) in 4 % PFA für 20 min bei Raumtemperatur. Dann waschen Sie die Augenmuscheln und ganze Augen zweimal in 1 mL 1 X PBS für 10 min bei Raumtemperatur.
  5. Cryoprotect das Auge Tassen und Augen ganz in 1xPBS pH 8.0 enthält 10 % Saccharose für 1 Stunde. Halten Sie in 20 % Saccharose mit 1 X PBS-Puffer für 1 Stunde und dann sättigen Sie, in 30 % Saccharose in 1 X PBS über Nacht bei 4 ° C.
  6. Am nächsten Tag die Augenmuschel und die ganze Augen in optimale Temperatur Verbindung (OCT), (500 µL) in Cryomolds einzubetten, Snap-Freeze in einem Trockeneis/Ethanol-Bad und bei-80 ° c Lagern
  7. Entfernen Sie die Formen mit eingebetteten Augenmuscheln und ganze Augen von-80 ° C und-20 ° c für 1 Stunde vor Kryoschneiden equilibrate lassen.
  8. Schneiden von retinalen Querschnitte (12 µm dick) Parallel zur Temporonasal Achse durch den Sehnerv Kopf mit einem Kryostaten bei-20 ° C.
  9. Montieren Sie retinalen Abschnitte auf Mikroskop Folien53 und Store bei-80 ° C.

(2) Immunostaining mit 5-mC und 5-HmC Antikörper

  1. Umschließen Sie die Netzhaut Abschnitte auf Folien mit einem Stift hydrophobe Barriere montiert. Die hydrophobe Barriere Stift reduziert die Lautstärke des Antikörpers erforderlich, um das Gewebe zu färben.
  2. Waschen Sie die Netzhaut Abschnitte einmal mit 200 µL 1 X PBS 10 min. lang.
  3. Permeabilize der Netzhaut Abschnitte mit 200 µL 0.1 % Triton x-100 mit 1 X PBS-Puffer (PBS-T) für 10 min bei Raumtemperatur.
  4. Denaturieren Sie retinalen Abschnitte für 30 min mit 200 µL frisch gemacht 2 N Salzsäure (HCl) und mit 1 X PBS-Puffer in einem Inkubator 37 ° C.
    Hinweis: Sorgfältige Titration von HCl Behandlung ist notwendig, um das 5mC Signal zu optimieren.
  5. Immer auch biologische Wiederholungen (3-4) bei gleichzeitiger Optimierung 5mC Signal54.
    Hinweis: Wir haben Antigen-Retrieval zu 4 Zeitpunkten (15 min, 30 min, 1 h und 2 h) und gefunden 30 min Inkubation ist optimal für 5mC Signal. Längere Inkubation mit HCl verschlechtert sich die Struktur der Atomkerne führt zur Unfähigkeit, 5mC Signal in den Zellkern zu lokalisieren.
  6. Nach Denaturierung, neutralisieren retinalen Abschnitte durch Zugabe von 100 µL der 0,1 M Tris-HCl (pH 8,3) auf Netzhaut Abschnitte 10 min. lang.
  7. Inkubieren Sie die Abschnitte in 500 µL Lösung zu blockieren (5 % preimmune normalem ziegenserum in 0,1 % Triton x-100 mit 1 X PBS-Puffer) für 1 h bei Raumtemperatur in einer feuchten Kammer.
  8. Fügen Sie nach der Blockierung, Anti-5mC; Anti-5hmC Antikörper verdünnt 1: 500 in blocking-Lösung für die Netzhaut Abschnitte.
  9. Inkubieren Sie der Netzhaut, die Abschnitte über bei 4 ° C in feuchten Kammer Nacht.
  10. Der nächste Tag waschen, retinale Abschnitte 3 mal (10-15 min jedes Mal) mit 0,1 % PBS-T und dann in blocking-Lösung mit den entsprechenden Sekundärantikörper inkubieren (Goat Anti-Kaninchen und Goat Anti-Maus IgG, verdünnt; 1: 1000), mit DAPI (4', 6 - Diamidino-2-Phenylindole) Lösung (1 µg/mL) bei Raumtemperatur für 1 h in blocking-Lösung.
    Hinweis: Vermeiden Sie Trocknen von Abschnitten in allen Phasen des Immunodetection.
  11. Waschen Sie die Folien drei Mal mit 1 mL 0,1 % PBS-T.
  12. Nach dem letzten waschen die Abschnitte mit wässrigen Eindeckmedium unter einem deckgläschen montieren und mit farblosen Nagellack versiegeln.

(3) konfokale Immunohistochemistry

  1. Richten Sie die Abschnitte die retinalen Pigment Epithel Seite des Optik-Cup immer mit Blick auf einen Weg (z. B. oben), für Konsistenz zu haben.
  2. Führen Sie Bilderfassung von Immunostained Netzhaut Abschnitte bei 63 X (Vergrößerung von einem Objektiv) mit 2 X oder 3 X zoom.
  3. Generieren Sie mehrere optische Abschnitte auf jedes ausgewählte Bild (Z-Stapel) in allen 3 Kanälen (rot, grün und blau, RGB) mit 0,35 µm Schritt.
    Hinweis: Die letzte Vergrößerung einer Probe bei 10-20 X visualisiert (Vergrößerung von einem Objektiv) werden 63 X, jeweils in Kombination mit einem (in der Regel verwendeten) 10-fach Okular.
    Visualisieren Sie komprimierte optische Stack um das 5mC und 5hmC Signal zu finden

Ergebnisse

Um die Verteilung von 5-Methylcytosine (5mC) und 5-Hydroxymethylcytosine (5hmC) während der retinalen Entwicklung und in postmitotischen Netzhaut bestimmen wir Immunostained C57BL/6J Maus retinalen Abschnitt von E16, P0, P15 und P90 mit spezifischen Antikörpern nach 5mC und 5hmC.

E16 war die 5mC Färbung stark in Chromocenters von den Zellkernen während schwache Färbung in der gesamten Zellkerne (Abbildung 1a) beobachtet wurde. Die 5hmC Färbung beschränkte sich auf die Zellkerne und abwesend war von der Chromocenters (Abb. 1 b).

In P0 Netzhaut wurde das 5mC-Signal an den Chromocenters der Zellkerne und nukleare Peripherie (Abb. 2a, Pfeil und Pfeilspitze) lokalisiert. Wir beobachteten auch schwache Färbung des 5mC zwischen den Chromocenters der Zellkerne. Das 5hmC-Signal war stark in den Zellkernen mit Ausnahme der Chromocenters (Abb. 2 b). Wir fanden, dass mehr Kerne mit 5mC und 5hmC im Inneren Neuroblast Schicht (INBL) (Abbildung 2 c, gepunktete Linie) gefärbt sind

P15 Netzhaut fanden wir starke Färbung des 5mC und 5hmC in nuklearen Außenschicht (ONL), nukleare Innenschicht (INL) und Ganglion Zellschicht (GCL) (Abbildung 3). Im ONL (Stab Photorezeptoren) war das 5mC Signal in den Chromocenters der Zellkerne und nukleare Peripherie (Abbildungen 3a-3 c, 3 g). Das 5hmC-Signal wurde in der gesamten Zellkerne mit Ausnahme der Chromocenters (Figuren 3d-3f) gefunden. Die Transmissions-Elektronenmikroskopie getan auf P15 Netzhaut zeigt die Verteilung der heterochromatischen Domänen im Stab Zellkerne ähnlich wie mit 5mC Antikörper Signal (Abbildungen 3 h und 3i).

Die 5mC Färbung im INL und GCL war stark in der Chromocenters der Zellkerne und schwache Färbung wurde auch im ganzen Zellkerne (Zahlen 3j-3 l und 3r-3 t) beobachtet. Im Gegensatz zu 5mC wurde das 5hmC Signal an die ganze Zellkerne mit Ausnahme der Chromocenters in INL und GCL (Zahlen 3 m-3o und 3u-3w) lokalisiert. Wir beobachteten starken 5hmC Signal an der Peripherie der GCL Zellkerne.

In Erwachsenen Stab Photorezeptoren war das 5mC Signal auf die Chromocenter und nukleare Peripherie der Zellkerne (Abbildungen 4a-4 c) beschränkt, während 5hmc Signal an die nuklearen Peripherie (Abbildungen 4 d-4f) beschränkt war.

figure-results-1
Abbildung 1. Lokalisierung von 5 Methylcytosine und 5-Hydroxymethylcytosine in Maus Netzhaut an embryonalen Tag 16.
Immunostaining C57BL/6J Netzhaut mit Antikörpern gegen 5mC (rot (a) und 5hmC (grün, b). E16 ist 5mC Signal sehr stark in Chromocenters von den Zellkernen und auch in der gesamten Zellkerne auf deutlich niedrigerem Niveau vorhanden. 5hmC Färbung beschränkte sich ausschließlich auf die Zellkerne. Panel-c steht für zusammengeführte 5mC und 5hmC Bild. Kerne sind mit DAPI (blau, c) counterstained. Einsätze sind Vergrößerung des Bereichs mit Sternchen in den Bildern gezeigt. Maßstab: 5 µm. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

figure-results-2
Abbildung 2. Immunhistochemische Färbung des 5-Methylcytosine und 5-Hydroxymethylcytosine in Maus Netzhaut auf postnatale Tag 0.
Immunolabeling der C57BL/6J Netzhaut mit Antikörpern gegen 5mC (rot (a) und 5hmC (grün, b). In P0 Netzhaut sind 5mC und 5hmC in äußeren Neuroblast Schicht (ONBL) und innere Neuroblast Schicht (INBL). (a) 5mC Signal ist stark in die Chromocenters (Pfeil) und nukleare Peripherie der Zellkerne (Pfeilspitze). Schwache Färbung des 5mC wird auch zwischen den Chromocenters von Zellkernen beobachtet. (b) 5hmC Färbung beschränkt sich auf den Zellkern und starkes Signal in INBL (gestrichelte Linie im Panel c) eingehalten wird. Panel-c steht für zusammengeführte 5mC und 5hmC Bild. Kerne sind mit DAPI (blau, c) counterstained. Einsätze sind Vergrößerung des Bereichs mit Sternchen in den Bildern gezeigt. Maßstab: 5 µm. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

figure-results-3
Abbildung 3. 5-Methylcytosine und 5-Hydroxymethylcytosine Verteilung in Maus Netzhaut postnatale Tag 15.
Immunostaining C57BL/6J Netzhaut mit Anti-5mC und 5hmC Antikörper (a-g, j-y). In nuklearen Außenschicht (ONL) (Stab Photorezeptoren), 5mC Signal (rot, (a) in der Regel deckt sich mit den Chromocenters der Zellkerne (Pfeilspitze, b) und auch an die nuklearen Peripherie (Pfeil, b) lokalisiert. Gruppe b (rot) und c (grau) repräsentieren Vergrößerung des Bereichs mit Sternchen in der Abbildung gezeigt ein. Das 5hmC-Signal (grün, d) beschränkt sich auf die gesamte Zellkerne mit Ausnahme der Chromocenters. Gruppe e (grün) und f (grau) repräsentieren Vergrößerung des Bereichs gezeigt in Bild d. Panel mit Sternchen, g zusammengeführten 5mC und 5hmC Bild darstellt. Kerne sind mit DAPI counterstained. H und ich sind Übertragung elektronenmikroskopische Aufnahme der Photorezeptor Kerne postnatale 15.Tag zeigt Verteilung von heterochromatischen Domains. Schwarze Pfeilspitze im Panel h verweist auf einzelne Rute Photorezeptor Kern im Panel i. erweitert roten Pfeilspitzen im Bedienfeld ", die ich auf heterochromatischen Domänen innerhalb Stab Photorezeptor Kern verweisen, während rote Pfeile auf Heterochromatin in der nuklearen Peripherie. In INL (j-Q) und GCL Zellkerne (R-y) das 5mC-Signal (rot) ist auf der Chromocenters in der Peripherie vorhanden lokalisiert und schwache Färbung wird auch in den Rest der Zellkerne erkannt. Gruppe k (rot) und ich (grau) vertreten Vergrößerung des Bereichs in der Bild-j mit Sternchen angezeigt. Die 5hmC Färbung (grün) im INL und GCL Zellkerne beschränkt sich auf den gesamten Zellkern. Beachten Sie die starke 5hmC Färbung in der nuklearen Peripherie der GCL Zellen. Panel p und x stellen zusammengeführte 5mC und 5hmC Bild, während Panel Q und y Vergrößerung der Fläche mit Sternchen im Bild p und x bzw. darstellen. Kerne sind mit DAPI counterstained. Maßstab: 5 µm. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

figure-results-4
Abbildung 4. 5-Methylcytosine und 5-Hydroxymethylcytosine Distribution in Stab Photorezeptor Kernen C57BL/6J Maus Netzhaut bei postnatalen Tag 90.
Die 5mC Färbung (rot, ein) ist in der Chromocenter der Zellkerne und auch schwach Gegenwart in der nuklearen Peripherie stark vertreten. Gruppe b (rot) und c (grau) repräsentieren Vergrößerung des Bereichs mit Sternchen in der Abbildung gezeigt ein. Die 5hmC Färbung (grün, d) beschränkt sich ausschließlich auf die nukleare Peripherie Panel e (grün) und f (grau) repräsentieren Vergrößerung des Bereichs gezeigt in Bild d. Panel mit Sternchen, g zusammengeführten 5mC und 5hmC Bild beim Panel h darstellt ist die Vergrößerung der Fläche mit Sternchen Sie in das Bild, das g. Kerne mit DAPI (blau) counterstained sind. Maßstab: 5 µm. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Diskussion

DNA-Methylierung und Hydroxymethylation sind dynamisch und reversible DNA-Modifikationen, welche Modulatethe vielfältigen biologischen Mechanismen in einem Entwicklungsland ebenso wie in postmitotischen Zellen. Hier beschreiben wir eine reproduzierbare Technik zur Erfassung von 5mC und 5hmC DNA-Modifikationen in Situ durch immunhistochemische Technik (mit Anti-5mC und Anti-5hmC Antikörper) in Paraformaldehyd fixiert Gefrierschnitte Maus Netzhaut, und bieten Richtlinien für die Verbesserung und Standardisierung der Ergebnisse, vor allem, wenn mehrere verschiedene Proben zu vergleichen. Wir früher verwendet diese Methode, 5mC Veränderungen der Netzhaut Maus mit Netzhaut-spezifische Ausrichtung der Dnmt1, Dnmt3a und Dnmt3b DNA Methyltransferase Gene abzugrenzen, und berichtet von der (voraussichtlichen) Erschöpfung der 5mC Marken in ihre Netzhaut7 .

Der entscheidende Schritt in 5mC immunhistochemischen Nachweis ist die Optimierung der Behandlung von histologischen Schnitten mit HCl: weniger als 15 min Vorbehandlung voraussichtlich nicht reproduzierbaren Ergebnissen, während übermäßige Behandlung mit HCl die nukleare zerstört Architektur. Wir fanden beste Ergebnis nach 30 min Inkubation mit HCl. Wir empfehlen, immer frisch verdünnte HCl und frisch zubereiteten 4 % PFA Lösung für DNA Denaturierung und retinalen Gewebes Fixierung verwenden.

Um die Ergebnisse zu beheben, wird empfohlen, drei bis vier biologischen Wiederholungen bei gleichzeitiger Optimierung 5mC Signal aufzunehmen. Während jeder einzelne von Satz kann immunhistochemische Färbung leicht unterschiedliche Ergebnisse (mehr oder weniger hellen heterochromatischen Regionen), erzeugen die immunhistochemische Methode und der 5mC 5hmC nuklearen Verteilung innerhalb der einzelnen erwartet der Abschnitte werden voraussichtlich für sehr reproduzierbar sein, solange das Protokoll gefolgt ist.

Diese Technik hat auch Einschränkung, da wir konsequent Variabilität in 5mC Verteilung in der Photorezeptor Zellkerne innerhalb des gleichen Abschnitts zu beobachten. Wir fanden einige Kerne zeigte starke 5mC Signal während angrenzenden Zellkerne kein 5mC Signal zeigte. Dies ist aufgrund der Einschränkung in Demaskierung 5mC Antigen durch HCl Behandlung in Gefrierschnitte.

Die Bedeutung dieser Technik ermöglicht 5mC Lokalisierung ohne DNase und Proteinase K-Behandlung führt zu besseren Schutz der Chromocenters. Diese Technik ist robust auf alle Abschnitte von allen Wirbeltieren tierischen Geweben, tragenden 5mC, 5hmC Marken arbeiten und mit einen ähnlichen Ansatz, nicht nur Maus Netzhaut für verarbeitet, solange das Protokoll gefolgt ist.

Offenlegungen

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Danksagungen

Diese Arbeit wurde unterstützt durch einen SBIR Zuschuss (1R44EY027654-01A1).

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Supplies
29G1/2 ULTRA-FINEBD Biosciences329461
Ophthalmic ScissorFine Science tools, Inc. 15000-03
PAP PenRPICORP.com195505
Microslide Superfrost plusVWR48311-703
Reagenz
ParaformaldehydElektronenmikroskop Science15710
1x PBSCorning21-031-CV
SaccharoseSigmaS9378
Tissue-Tek Optische Schneidpaste (OCT)VWR4583
Triton X 100SigmaT9284
6 N HClVWR analytisch BDH7204-1
Tris-HCl pH 8,3TeknovaT1083
ZiegenserumJackson Immunoresearch005-000-121
5mCGenway Biotech GWB-BD5190
5hmCActive Motif39791
LaminB1AbcamAB16048
Cy2 AffiniPure Ziege Ameisen-Kaninchen IgGJackson Immunoresearch111-225-1444
Cy3 AffiniPure Ziege Ameisen-MausIgG Jackson Immunoresearch115-585-166
DAPIThermo Fisher ScientificD1306
Prolong Gold Antifade MediumThermo Fisher ScientificP36930
Equipment
MICRM HM 550Thermo Fisher Scientific388114
KonfokalmikroskopZeiss

Referenzen

  1. Merbs, S. L., et al. Cell-specific DNA methylation patterns of retina-specific genes. PLoS One. 7 (3), e32602(2012).
  2. Nasonkin, I. O., et al. Conditional knockdown of DNA methyltransferase 1 reveals a key role of retinal pigment epithelium integrity in photoreceptor outer segment morphogenesis. Development. 140 (6), 1330-1341 (2013).
  3. Rhee, K. D., Yu, J., Zhao, C. Y., Fan, G., Yang, X. J. Dnmt1-dependent DNA methylation is essential for photoreceptor terminal differentiation and retinal neuron survival. Cell Death & Disease. 3, e427(2012).
  4. Wahlin, K. J., et al. Epigenetics and cell death: DNA hypermethylation in programmed retinal cell death. PLoS One. 8 (11), e79140(2013).
  5. Aldiri, I., et al. The Dynamic Epigenetic Landscape of the Retina During Development, Reprogramming, and Tumorigenesis. Neuron. 94 (3), 550-568 (2017).
  6. Eberhart, A., et al. Epigenetics of eu- and heterochromatin in inverted and conventional nuclei from mouse retina. Chromosome Research. 21 (5), 535-554 (2013).
  7. Singh, R. K., et al. Dnmt3a and Dnmt3b cooperate in photoreceptor and outer plexiform layer development in the mammalian retina. Experimental Eye Research. 159, 132-146 (2017).
  8. Farinelli, P., et al. DNA methylation and differential gene regulation in photoreceptor cell death. Cell Death & Disease. 5, e1558(2014).
  9. Mo, A., et al. Epigenomic landscapes of retinal rods and cones. Elife. 5, e11613(2016).
  10. Popova, E. Y., Barnstable, C. J., Zhang, S. S. Cell type-specific epigenetic signatures accompany late stages of mouse retina development. Advances in Experimental Medicine and Biology. 801, 3-8 (2014).
  11. Kim, J. W., et al. NRL-Regulated Transcriptome Dynamics of Developing Rod Photoreceptors. Cell Reports. 17 (9), 2460-2473 (2016).
  12. Wang, L., et al. Retinal Cell Type DNA Methylation and Histone Modifications Predict Reprogramming Efficiency and Retinogenesis in 3D Organoid Cultures. Cell Reports. 22 (10), 2601-2614 (2018).
  13. Perera, A., et al. TET3 is recruited by REST for context-specific hydroxymethylation and induction of gene expression. Cell Reports. 11 (2), 283-294 (2015).
  14. Mimura, I., et al. Dynamic change of chromatin conformation in response to hypoxia enhances the expression of GLUT3 (SLC2A3) by cooperative interaction of hypoxia-inducible factor 1 and KDM3A. Molecular and Cellular Biology. 32 (15), 3018-3032 (2012).
  15. Nair, N., Shoaib, M., Sorensen, C. S. Chromatin Dynamics in Genome Stability: Roles in Suppressing Endogenous DNA Damage and Facilitating DNA Repair. Int J Mol Sci. 18 (7), (2017).
  16. Mekhail, K., Moazed, D. The nuclear envelope in genome organization, expression and stability. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 11 (5), 317-328 (2010).
  17. Misteli, T., Soutoglou, E. The emerging role of nuclear architecture in DNA repair and genome maintenance. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 10 (4), 243-254 (2009).
  18. Solovei, I., et al. Nuclear architecture of rod photoreceptor cells adapts to vision in mammalian evolution. Cell. 137 (2), 356-368 (2009).
  19. Solovei, I., et al. LBR and lamin A/C sequentially tether peripheral heterochromatin and inversely regulate differentiation. Cell. 152 (3), 584-598 (2013).
  20. Solovei, I., Thanisch, K., Feodorova, Y. How to rule the nucleus: divide et impera. Current Opinion in Cell Biology. 40, 47-59 (2016).
  21. Jaenisch, R., Bird, A. Epigenetic regulation of gene expression: how the genome integrates intrinsic and environmental signals. Nature Genetics. 33, Suppl . 245-254 (2003).
  22. Cross, S. H., Charlton, J. A., Nan, X., Bird, A. P. Purification of CpG islands using a methylated DNA binding column. Nature Genetics. 6 (3), 236-244 (1994).
  23. Antequera, F., Bird, A. Number of CpG islands and genes in human and mouse. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 90 (24), 11995-11999 (1993).
  24. Antequera, F., Boyes, J., Bird, A. High levels of de novo methylation and altered chromatin structure at CpG islands in cell lines. Cell. 62 (3), 503-514 (1990).
  25. Fouse, S. D., et al. Promoter CpG methylation contributes to ES cell gene regulation in parallel with. Oct4/Nanog, PcG complex, and histone H3 K4/K27 trimethylation. Cell Stem Cell. 2 (2), 160-169 (2008).
  26. Elango, N., Yi, S. V. DNA methylation and structural and functional bimodality of vertebrate promoters. Molecular Biology and Evolution. 25 (8), 1602-1608 (2008).
  27. Lister, R., et al. Global epigenomic reconfiguration during mammalian brain development. Science. 341 (6146), 1237905(2013).
  28. Colwell, M., et al. Evolutionary conservation of DNA methylation in CpG sites within ultraconserved noncoding elements. Epigenetics. 13 (1), 49-60 (2018).
  29. Lee, S. M., et al. Intragenic CpG islands play important roles in bivalent chromatin assembly of developmental genes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (10), E1885-E1894 (2017).
  30. Charlet, J., et al. Bivalent Regions of Cytosine Methylation and H3K27 Acetylation Suggest an Active Role for DNA Methylation at Enhancers. Molecular Cell. 62 (3), 422-431 (2016).
  31. Bernhart, S. H., et al. Changes of bivalent chromatin coincide with increased expression of developmental genes in cancer. Scientific Reports. 6, 37393(2016).
  32. Curry, E., et al. Genes Predisposed to DNA Hypermethylation during Acquired Resistance to Chemotherapy Are Identified in Ovarian Tumors by Bivalent Chromatin Domains at Initial Diagnosis. Cancer Research. 78 (6), 1383-1391 (2018).
  33. Rakyan, V. K., et al. Human aging-associated DNA hypermethylation occurs preferentially at bivalent chromatin domains. Genome Research. 20 (4), 434-439 (2010).
  34. Smith, Z. D., Meissner, A. DNA methylation: roles in mammalian development. Nature Reviews Genetics. 14 (3), 204-220 (2013).
  35. Chen, T., Li, E. Structure and function of eukaryotic DNA methyltransferases. Current Topics in Developmental Biology. 60, 55-89 (2004).
  36. Nasonkin, I. O., et al. Distinct nuclear localization patterns of DNA methyltransferases in developing and mature mammalian retina. The Journal of Comparative Neurology. 519 (10), 1914-1930 (2011).
  37. Scourzic, L., Mouly, E., Bernard, O. A. TET proteins and the control of cytosine demethylation in cancer. Genome Medicine. 7 (1), 9(2015).
  38. Gong, Z., Zhu, J. K. Active DNA demethylation by oxidation and repair. Cell Research. 21 (12), 1649-1651 (2011).
  39. Ito, S., et al. Tet proteins can convert 5-methylcytosine to 5-formylcytosine and 5-carboxylcytosine. Science. 333 (6047), 1300-1303 (2011).
  40. Pastor, W. A., et al. Genome-wide mapping of 5-hydroxymethylcytosine in embryonic stem cells. Nature. 473 (7347), 394-397 (2011).
  41. Suzuki, M. M., Bird, A. DNA methylation landscapes: provocative insights from epigenomics. Nature Reviews Genetics. 9 (6), 465-476 (2008).
  42. Kurdyukov, S., Bullock, M. DNA Methylation Analysis: Choosing the Right Method. Biology (Basel). 5 (1), (2016).
  43. Lisanti, S., et al. Comparison of methods for quantification of global DNA methylation in human cells and tissues). PLoS One. 8 (11), e79044(2013).
  44. Armstrong, K. M., et al. Global DNA methylation measurement by HPLC using low amounts of DNA. Biotechnology Journal. 6 (1), 113-117 (2011).
  45. consortium, B. Quantitative comparison of DNA methylation assays for biomarker development and clinical applications. Nature Biotechnology. 34 (7), 726-737 (2016).
  46. Bock, C., et al. Quantitative comparison of genome-wide DNA methylation mapping technologies. Nature Biotechnology. 28 (10), 1106-1114 (2010).
  47. Song, C. X., He, C. The hunt for 5-hydroxymethylcytosine: the sixth base. Epigenomics. 3 (5), 521-523 (2011).
  48. Abakir, A., Wheldon, L., Johnson, A. D., Laurent, P., Ruzov, A. Detection of Modified Forms of Cytosine Using Sensitive Immunohistochemistry. Journal of Visualized Experiments. (114), (2016).
  49. Santos, F., Dean, W. Using immunofluorescence to observe methylation changes in mammalian preimplantation embryos. Methods in Molecular Biology. 325, 129-137 (2006).
  50. Watson, J. D., Crick, F. H. The structure of DNA. Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology. 18, 123-131 (1953).
  51. Swaroop, A., Kim, D., Forrest, D. Transcriptional regulation of photoreceptor development and homeostasis in the mammalian retina. Nature Reviews Neuroscience. 11 (8), 563-576 (2010).
  52. Kizilyaprak, C., Spehner, D., Devys, D., Schultz, P. In vivo chromatin organization of mouse rod photoreceptors correlates with histone modifications. PLoS One. 5 (6), e11039(2010).
  53. Singh, R. K., Kolandaivelu, S., Ramamurthy, V. Early alteration of retinal neurons in Aipl1-/- animals. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 55 (5), 3081-3092 (2014).
  54. Eberhart, A., Kimura, H., Leonhardt, H., Joffe, B., Solovei, I. Reliable detection of epigenetic histone marks and nuclear proteins in tissue cryosections. Chromosome Research. 20 (7), 849-858 (2012).

Nachdrucke und Genehmigungen

Schlagwörter

Nachweis von 5 MethylcytosinNachweis von 5 Hydroxymethylcytosinimmunohistochemische F rbungAnalyse der M use RetinaKonfokalmikroskopieDenaturierung mit Salzs ureParaformaldehyd FixierungKryosektionstechnikLokalisierung von ChromozentrenMuster der Kernarchitektur
Immunhistochemische Nachweis von 5 Methylcytosine und 5-Hydroxymethylcytosine bei der Entwicklung und der postmitotischen Maus Retina
Kontakt
Rückmeldung an Ihre Bibliothek

Datenschutz

Nutzungsbedingungen

Richtlinien

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle Rechte vorbehalten.