פרוטוקול זה מתאר שיטה להמחשת DNA חלבון איתות הפסקה כפולת גדיל הופעל בתגובה לניזק לדנ"א, כמו גם הלוקליזציה שלה במהלך מיטוזה.
הפסקות כפולות גדיל (DSBs) הן DNA המזיק ביותר נגעי תא יכול להיתקל. אם יצא שלא תוקן, פוטנציאל גדול DSBs נמל לייצר מוטציות וליקויים כרומוזומליים 1. כדי למנוע הטראומה הזאת מcatalyzing חוסר יציבות גנומית, זה קריטי לתאים כדי לזהות DSBs, להפעיל את תגובת הניזק לדנ"א (DDR), ולתקן את ה-DNA. כאשר מגורה, DDR עובד כדי לשמור על שלמות גנטית על ידי מפעילת עצירת מחזור תא כדי לאפשר תיקון להתקיים או לאלץ את התא כדי לעבור אפופטוזיס. המנגנונים הבולטים של תיקון DSB מתרחשים דרך nonhomologous הסוף מצטרף-(NHEJ) וההומולוגי רקומבינציה תיקון (הרר) (שנסקר ב2). יש חלבונים רבים שפעילות חייבת להיות דווקא מתוזמרת לDDR כדי לתפקד כראוי. בזאת, אנו מתארים שיטה ל2 – ויזואליזציה 3-ממדית (ד ') של אחד מהחלבונים האלה, 53BP1.
חלבון p53 מחייב 1 (53BP1) localizes לתחומיםDSBs על ידי הקשירה לההיסטונים שונים 3,4, ויצר מוקדים בתוך 5-15 דקות 5. השינויים והגיוס של חלבוני היסטון 53BP1 ואחרים DDR לאתרי DSB הם האמינו כדי להקל על ההתארגנות המבנית של הכרומטין סביב אזורים של ניזק ולתרום לתיקון דנ"א 6. מעבר להשתתפות ישירה בתיקון, תפקידים נוספים כבר תאר ל53BP1 בDDR, כגון הסדרת מחסום S תוך, מחסום G2 / M, והפעלת DDR חלבונים במורד זרם 7-9. לאחרונה, התגלה כי 53BP1 אינו מהווה מוקדים בתגובה לניזקי DNA הנגרמים במהלך מיטוזה, במקום לחכות לתאים להיכנס G1 לפני localizing לסביבה של 6 DSBs. חלבוני DDR כגון 53BP1 נמצאו לקשר עם מבני mitotic (כגון kinetochores) במהלך ההתקדמות במיטוזה 10.
בפרוטוקול זה אנו מתארים את השימוש של 2 ו – 3-D הדמיה חייה תא לדמייןהיווצרות 53BP1 המוקדים בתגובה לדנ"א סוכן camptothecin המזיק (CPT), כמו גם התנהגותו של 53BP1 במהלך מיטוזה. Camptothecin הוא topoisomerase אני מעכב שבעיקר גורם DSBs במהלך שכפול הדנ"א. כדי להשיג זאת, השתמש חלבון היתוך ניאון תואר קודם 53BP1-mCherry לבנות מורכב מחלבון תחום 53BP1 מסוגלת להיקשר 11 DSBs. בנוסף, השתמש חלבון היתוך ניאון היסטון H2B-GFP לבנות מסוגל לפקח דינמיקת הכרומטין לאורך מחזור התא אך בפרט במהלך 12 מיטוזה. הדמית תא חייה בממדים רבים היא כלי מצוין להבנה מעמיקה יותר של התפקוד של חלבונים בתאי DDR האיקריוטים.
הכנת תא א
התקנת מיקרוסקופ ב ויבוא תמונות
פרוטוקול זה פותח באמצעות מיקרוסקופ הסלולרי Zeiss אובזרוור SD דיסק ספינינג confocal המצויד בZ1 עמדת AxioObserver, ערוץ כפול Yokagawa יחידת המז"פ-X1a 5000 מסתובב דיסק, 2 מצלמות Photometrics QuantEM 512SC EMCCD, מאייר 120C HXP מבוסס סיבים, 4 לייזרים (Lasos 100mW רב קווי ארגון [458, 488, 514 ננומטר], 50 405 דיודה mW ננומטר, דיודה 40 MW 561 ננומטר, והדיודה ננומטר 30 mW 635), AOTF, מערכת Pecon XL multiS1 שלב דגירה, דגירת Zeiss מודולים (O 2 מודול S, CO 2 מודול S, S TempModule, ההסקה XL S) ומו לפנישלב torized XY עם תותב NanoScanZ piezo Z. כדי למזער את הסטיות כדוריות ואילו תאים חיים הדמיה תמכו במדיום מימי, 63x/1.20 מי C-Apochromat / קור אובייקטיבי עדשה ונוזל Zeiss Immersol W טבילה (עם מקדם שבירת n = 1.334) היו בשימוש. לערוץ 2 confocal הדמיה, RQFT מראה וBP525/50 Dichroic 405/488/568/647 (ירוק) וBP629/62 (אדום) מסנני פליטה היו בשימוש. תוכנת המערכת המשמשת הייתה Zeiss AxioVision (גרסה. 4.8.2.0) עם AV4 Multi-channel/Z/T, הדמיה מהירה, פיזיולוגיה, MosaiX, מארק ומצא, מצלמה כפולה, בתוך 4D, פוקוס אוטומטי ומודולים Deconvolution 3-D.
עיבוד וניתוח תמונת ג
פרוטוקול זה פותח באמצעות תוכנת Volocity (PerkinElmer). תוכנה המשמשת לאיסוף נתונים זה (AxioVision) יש גם את היכולת לעבד ולנתח תמונות. משתמשים מוזמן לנצל את התוכנה הזמינה להם, ולהתייעץ ספרות מתאימה לגבי היישום שלהם.
תוצאות מייצגות ד
דוגמה להיווצרות 53BP1 מוקדים בתגובה לCPT מוצגת באיור 1. תאים נחשפים לצורת CPT מוקדים בתוך דקות 5-10, ולשמור על המוקדים האלה לכל אורך הקלטה. כפי שמוצג באיור 2, 53BP1 מנתק מהכרומטין בתחילתם של מיטוזה, יוצר אובך דק סביב הכרומוזומים העיבוי. כtelophase מתרחש מיטוזה ומגיעה לסיומו, שוב אגרגטים 53BP1 למוקדים נפרדים. בעוד HEK293 התאים לא היו חשופים לCPT, הם בכל זאת נוצרו מוקדים בשפע, ספונטניים 53BP1 תיקון שנוצרו על ידי ניזק לדנ"א אנדוגני. התבוננות זו אפשרה לנו להגיע למסקנה ש53BP1 אינו מהווה מוקדים במהלך מיטוזה מוקדם, בקנה אחד עם דו"ח קודם שהראה השפעה דומה לאחר חשיפת תאים לקרינה מייננת ותרופות radiomimetic 5.
יור 1 "src =" / files/ftp_upload/4251/4251fig1.jpg "/>
האיור 1. Camptothecin (10 מיקרומטר) גורם DSBs והיווצרות המוקדים 53BP1 ברכיבה על אופני fibroblasts בתוך 30 דקות של הוספת התרופה לבינונית.
איור 2. 53BP1 אינו מהווה מוקדים במהלך מיטוזה עד telophase/G1 בHEK293 תאים.
שמירה על שלמות גנטית היא חיונית להישרדות תא. כישלון כדי לשמר את התוצאות הגנום במוקדם, היווצרות הסרטן, הזדקנות או מות 8. יש עניין רב בהבחנה כמה פונקציות DDR, נובעות מחשיבותו למחקר בסיסי וקליני. טכניקות רבות פותחו במשך השנים כדי לסייע במחקר של כמה תאים לזהות ולתקן ניזק לדנ"א. שיטות מסורתיות כגון immunocytochemistry ומערבי מוחות היו מעמודי תווך של התחום, למרות התקדמות בטכנולוגיה אפשרה לשיטות מתוחכמות יותר ויותר כדי להתפתח. חי הדמית תא, כמפורט בפרוטוקול זה, מאפשר לנו ללמוד מאפיינים של DDR פסחו על ידי טכניקות מסורתיות יותר.
מרכזי לשימוש בהדמית תא החייה הוא היצירה של חלבונים שכותרתו fluorescently. כאן אנו מתארים את השימוש בחלבון mCherry מתויג-המעורבים בDDR, 53BP1, כמו גם H2B היסטון-GFP מוצר היתוך. חלבונים שכותרתו fluorescently נמצאים בשימוש נרחב בביולוגיה מולקולרית ותאית, אולם הם אינם ללא המגבלות שלהם. חיבור מבנה רומן לחלבון אנדוגני יוצר סיכון הברור של שינוי תפקידו טבעי. בנוסף, יכולים ויבואו לידי ביטוי מבנים מסוימים ברמות שונות בשורות תאים שונות, בתנאים שונים. אנו צפינו ברמות חריגות של עוצמת ניאון בכל התאים המהונדסים גנטי המשמשים במחקר זה. 53BP1 לבנות בשימוש בפרוטוקול זה חסר תחומים פונקציונליים ביותר, עם זאת, הוא שומר על היכולת לקשור לאתרים של ניזק לדנ"א שאינו נראה להשפיע לרעה על התא 2.
בנוסף, חשוב לשקול את השיטה של מסירת גן. בפרוטוקול זה, השתמש בשתי שיטות: transduction lentiviral וtransfection היציב. תאי lentivirus הנגוע יציבותם transduced עם מבנה הניאון;לכן, הם ימשיכו להביע את החלבונים אלה ללא הגבלה זמן. עם זאת, שיטה זו היא קצת יותר עבודה אינטנסיבית בהשוואה לtransfection ומוכתבת על ידי איזה סוג של תאים להיות ממוקדים; כמה תאים הם לא מקובל transfection היעיל. מצד השני, lentiviruses מסוגלת להיכנס רוב התאים, כולל אדם. חוקרים מוזמנים לשקול את היתרונות וחסרונות לכל שיטה כאשר מדובר בניסויים שלהם. כאמצעי אפשרי לעקיפת הבעיות הטמונות בחלבונים שכותרתו fluorescently, השימוש בבדיקות חדירות תאים שכותרתו fluorescently דווח לאחרונה לניסויי תא חיים 10. עם זאת, טכניקה זו עדיין לא מפותחת.
יתרון עיקרי של הדמית תא חייה הוא היכולת ללמוד את יחסי החלל ובזמן של DDR ותיקון DSB. אכן, דימיטרובה et al. (2008) היו מסוגל להתבונן תאי חיים שכותרתו fluorescently ולחשוף רומן בלגבי היווצרות 53BP1 מחייב לטלומרים ואיך זה משפיע על דינמיקת הכרומטין. ניתוח זה יהיה באופן משמעותי יותר מאתגר, אם כי לא בלתי אפשרי, עם שיטות אחרות. לאחר היכולת לפקח DDR בזמן והמרחב מאפשר לנו להבחין בפונקציות ומערכות יחסים שאנו עשויים אחרת נתעלם מהם.
לסיכום, שימוש בהדמית תא חייה מאפשר לחוקרים לעקוב קינטיקה של היווצרות ופתרון DSB בזמן אמת, ומאפשר ניתוח כמוני ברמת תא בודדה. בנוסף לטכניקה ששמשה במחקר זה, יישומים אחרים של הדמית תא חייה יכולים לשמש, כגון סריג וFRAP 3. הטכנולוגיה של תאי התבוננות בזמן האמת תמשיך להשתפר ונהג ללמוד מגוון רחב של תהליכים תאיים.
The authors have nothing to disclose.
CellStar culture dishes | Greiner Bio-one | ||
FluroDish glass bottom dishes | World Precision Instruments, Inc. | ||
MEM media | GIBCO | ||
Non-essential amino acids | GIBCO | ||
Amino acids | GIBCO | ||
Vitamins | GIBCO | ||
Sodium Pyruvate | Invitrogen | ||
Penicillin/Streptomycin | HyClone | ||
Fetal Bovine Serum | GIBCO | ||
N-Myc-53BP1 WT pLPC-Puro;<br/> plasmid 19836 | Addgene | ||
pCLNR-H2BG; plasmid 17735 | Addgene | ||
SuperFect | Qiagen | ||
Zeiss Cell Observer SD Imaging system | Zeiss | ||
AxioVision (release 4.8.2) | Zeiss | ||
Zeiss Immersol W Oil | Zeiss | ||
Volocity software (version 6.0) | PerkinElmer |