הפרוטוקול הנוכחי מתאר את התועלת של הכלאה פלואורסצנטית מרובה באתרה (mFISH) וקריוטיפ ספקטרלי (SKY) בזיהוי סטיות יציבות בין-כרומוזומליות בתאי מח העצם של עכברים לאחר חשיפה לקרינה כוללת של הגוף.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
הפרוטוקול הנוכחי מתאר את התועלת של הכלאה פלואורסצנטית מרובה באתרה (mFISH) וקריוטיפ ספקטרלי (SKY) בזיהוי סטיות יציבות בין-כרומוזומליות בתאי מח העצם של עכברים לאחר חשיפה לקרינה כוללת של הגוף.
קרינה מייננת (IR) גורמת למספר רב של סטיות כרומוזומליות יציבות ולא יציבות. ניתן לזהות בקלות סטיות לא יציבות, שבהן המורפולוגיה של הכרומוזומים נפגעת באופן משמעותי, על ידי טכניקות צביעת כרומוזומים קונבנציונליות. עם זאת, איתור סטיות יציבות, הכרוכות בהחלפה או טרנסלוקציה של חומרים גנטיים ללא שינוי ניכר במורפולוגיה של הכרומוזומים, דורש טכניקות צביעת כרומוזומים מתוחכמות המסתמכות על הכלאה באתרה של בדיקות DNA עם תווית פלואורסצנטית, טכניקת צביעת כרומוזומים הידועה בכינויה פלואורסצנטיות באתרה הכלאה (FISH). בדיקות FISH יכולות להיות ספציפיות לכרומוזום שלם או תת-אזור מדויק בכרומוזום. השיטה לא רק מאפשרת הדמיה של סטיות יציבות, אלא היא יכולה גם לאפשר זיהוי של הכרומוזום או רצף ה-DNA הספציפי המעורב בהיווצרות סטייה מסוימת. מגוון טכניקות צביעת כרומוזומים זמינות בציטוגנטיקה; כאן נדונות שתי שיטות רגישות ביותר, הכלאה פלואורסצנטית מרובה באתרה (mFISH) וקריוטיפ ספקטרלי (SKY), לזיהוי סטיות יציבות בין-כרומוזומליות הנוצרות בתאי מח העצם של עכברים לאחר חשיפה לקרינה כוללת של הגוף. למרות ששתי הטכניקות מסתמכות על בדיקות DNA עם תווית פלואורסצנטית, שיטת הזיהוי ותהליך רכישת התמונה של האותות הפלואורסצנטיים שונים. שתי טכניקות אלו שימשו בתחומי מחקר שונים, כגון ביולוגיה של קרינה, ציטוגנטיקה של סרטן, ביודוסימטריה רטרוספקטיבית של קרינה, ציטוגנטיקה קלינית, ציטוגנטיקה אבולוציונית וציטוגנטיקה השוואתית.
שתי השיטות האמינות ביותר לזיהוי סטיות יציבות בין-כרומוזומליות הנגרמות על ידי קרינה הן הכלאה פלואורסצנטית מרובה באתרה (mFISH), המאפשרת צביעה של שני כרומוזומים או יותר בו זמנית, וקריוטיפ ספקטרלי (SKY), המקנה צבע מובהק לכל זוג כרומוזומים הומולוגי בגנום. בניגוד לאברציות לא יציבות, סטיות יציבות הן מתמשכות בטבען ועשויות להתפשט במשך מספר דורות באוכלוסיות מוקרנות1, ונחשבות ל"חתימות" מולקולריות קריטיות של נגעים ציטוגנטיים המושרים על ידי קרינה2. מחקרים שנערכו על ידי קבוצות שונות הראו כי סטיות יציבות קשורות לפתוגנזה ולהתפתחות של מספר מחלות, כולל סרטן3. לפני עידן צביעת הכרומוזומים (המכונה גם ציטוגנטיקה מולקולרית), טכניקת G-banding הקונבנציונלית הייתה השיטה היחידה לאיתור סטיות כרומוזומליות יציבות. עם זאת, רצועות כרומוזומים מהוות אתגר לציטוגנטיקאים מכיוון שהרזולוציה מוגבלת, יכולת השחזור אינה ודאית, זהו הליך עתיר עבודה, והוא דורש ציטוגנטיקאים מיומנים ומנוסים ביותר לפירוש נתונים אמין4. יתר על כן, טכניקת הרצועות הקלאסית אינה מאפשרת זיהוי של סידורים מחדש כרומוזומליים מורכבים, הכוללים אינטראקציה של שלושה או יותר הפסקות המופצות בין שני כרומוזומים או יותר, תוצאה שכיחה של נזקי קרינה. סטיות מורכבות עשויות להימשך אצל אנשים שנים רבות לאחר החשיפה לקרינה, מה שהופך אותן לשימושיות עבור ביודוסימטריה רטרוספקטיבית5. לכן, נדרשה גישה חלופית כדי להתגבר על המגבלות של טכניקות רצועות קונבנציונליות לאיתור סידורים מחדש כרומוזומליים יציבים.
בסוף שנות ה-60 של המאה ה-20, עבודתם החלוצית של גל ופרדו (1969) על הכלאה מולקולרית באמצעות בדיקות חומצות גרעין המסומנות בחומר רדיואקטיבי החלה עידן חדש בתחום הציטוגנטיקה, שאיפשר זיהוי של רצף DNA ספציפי בכרומוזומים6. עם זאת, לשימוש בבדיקות רדיואקטיביות להכלאה מולקולרית היו מספר חסרונות: בדיקות רדיואקטיביות אינן יציבות יחסית, פעילות הבדיקה תלויה בדעיכה רדיואקטיבית של האיזוטופ המשמש, הכלאה אורכת זמן רב יותר, הרזולוציה מוגבלת, הבדיקות יקרות יחסית והחומרים הרדיואקטיביים מסוכנים בריאותית. לפיכך, היה צורך לפתח ולתכנן בדיקות לא רדיואקטיביות. הכנסת בדיקות חומצות גרעין מתויגות פלואורסצנטיות בשנות ה-80 וה-90 התגברה על המגבלות של בדיקות רדיואקטיביות ושיפרה מאוד את הבטיחות, הרגישות והספציפיות של טכניקת ההכלאה7-10. בדיקות פלואורסצנטיות מולידים אותות בהירים במיוחד כאשר הם נצפים תחת מיקרוסקופים פלואורסצנטיים המצוידים במסנני עירור ופליטה מתאימים. כל אובדן, רווח או סידור מחדש של כרומוזום/ים פלואורסצנטיים או חלק מהכרומוזום ניתנים לזיהוי בקלות בטכניקת FISH זו.
ניתוח של סטיות כרומוזומליות על ידי ציור FISH הוביל להתקדמות ניכרת במחקר הציטוגנטי לאורך השנים. תכנון בדיקות עם תוויות פלואורסצנטיות ליישומים ספציפיים החל מבדיקות ספציפיות ללוקוס ועד בדיקות צביעה של כרומוזום שלם קידם את התחום באופן משמעותי; זה גם הקל על זיהוי סידור מחדש תת-מיקרוסקופי ("קריפטיק"), שלא היה אפשרי על ידי רצועות כרומוזומים קונבנציונליות. ציור כרומוזומים על ידי mFISH ו-SKY הוכיח את עצמו ככלים רבי ערך לזיהוי סידורים בין-כרומוזומליים פשוטים ומורכבים. העקרונות הבסיסיים של שתי הטכניקות דומים, אך שיטת הזיהוי וההבחנה של אות פלואורסצנטי לאחר הכלאה באתרו ותהליך רכישת התמונה שונים. ב-mFISH, תמונות נפרדות של כל אחד מארבעת הפלואורוכרומים נלכדות באמצעות מסנני מיקרוסקופ פס צרים; לאחר מכן משתמשים בתוכנה ייעודית לשילוב התמונות. בעוד ב-SKY, רכישת התמונה מבוססת על שילוב של מיקרוסקופ אפיפלואורסצנטי, הדמיית מכשיר מצמד מטען וספקטרוסקופיה פורייה, המאפשרת מדידה של כל ספקטרום הפליטה בחשיפה אחת בכל נקודות התמונה. גם ב-mFISH וגם ב-SKY, תמונות מונוכרום נלכדות באופן עצמאי, ואז מתמזגות, ולבסוף, פסאודו-צבעים ייחודיים מוקצים לכרומוזומים בתמונות מונוכרומטיות על סמך הצבע הספציפי המחובר לכל בדיקה פלואורוכרום.
התרומה של ניתוח mFISH ו-SKY בתחום הביולוגיה של הקרינה היא יוצאת דופן, במיוחד להערכת מינון רטרוספקטיבית של חשיפה אנושית ל-IR (ביודוזימטריית קרינה)11-14, הערכת סיכון לסרטן קרינה15, כמו גם איתור והערכת סיכון של סרטן משני הקשור לרדיותרפיה16. מחקר שנערך לאחרונה על עכברים הראה כי טכניקת צביעת כרומוזומים מבוססת FISH היא גם כלי חשוב להערכת היעילות של אמצעי נגד קרינה17. במחקר הנוכחי הודגמה ההשפעה של חשיפה כוללת לקרינה בגוף על השראת סטיות כרומוזומליות יציבות בתאי מח העצם של עכברים באמצעות טכניקות mFISH ו-SKY.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל המחקרים בבעלי חיים בוצעו בהתאם קפדנית עם ההמלצות מדריך לטיפול ושימוש בחיות מעבדה של המכון הלאומי לבריאות בארה"ב. פרוטוקול בבעלי חיים אושרה על ידי ועדת טיפול בבעלי חיים מוסדיים השתמש מאוניברסיטת ארקנסו למדעי הרפואה. כל החיות שוכנו תחת מתקן חיה ממוזגת סטנדרטית 20 ± 2 ° C עם 10 - 15 מחזורים של שעות של אוויר צח גישה חופשית למזון מכרסם רגיל ומים. עם ההגעה, העכברים הוחזקו בבידוד במשך שבוע 1 ובתנאי צ'או מכרסם מוסמך.
חשיפת 1.Radiation ו במעצר Vivo של תאי Metaphase
קציר ובידוד 2. תא מח העצם של תאי mononuclear מח העצם על ידי צנטריפוגה שיפוע צפיפות
3. הכנת ממרחים Cell Metaphase
4. ציור כרומוזום עכבר ידי mFISH
5. ספקטרלית Karyotyping (SKY) של עכבר כרומוזומים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הקרנת גוף סה"כ גורמת סטיות כרומוזומליות רבות של תאי מח עצם של עכברים מוקרנים. הפרוטוקול הנוכחי הוא מותאם במיוחד in vivo מעצר mitotic של תאי מח עצם לאחר חשיפה לקרינה, קציר של תאי מח עצם של הרגליים האחוריות של עכברים מוקרנים, בידוד של תאי mononuclear מח עצם על ידי צנטריפוגה שיפוע צפיפות, הכנת ממרחי תא metaphase, ובעקבות זיהוי של סטיות כרומוזומליות יציבות מושרה קרינה על ידי טכניקות mFISH ושמים. ציור כרומוזום באמצעות טכניקות אלה יכולים לש...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
שלבים קריטיים כמה לקבוע את ההצלחה של mFISH ושמים. השלב הראשון והקריטי ביותר הוא כדי לייעל את הטיפול קולכיצין מעצר mitotic in vivo של תאים mononuclear מח עצם. שעת הריכוז וטיפול קולכיצין בנפרד או בתיאום לקבוע את מדד mitotic וכן כרומוזום עיבוי ושתיים תנאים המוקדמים חשובים לציור כרומוזום יעיל. זמן טיפול גבוה קולכיצין ריכוז או יותר מוביל הכרומוזומים מרוכז מאוד, עולה בקנה אחד עבור denaturation ואת ההכלאה נכונה. יתר על כן, זיהוי מדויק של rearrangements המורכבת בתא metaphase להתפ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.
מחקר זה מומן על ידי ארקנסו שטח גרנט Consortium ונשיונל שטח Biomedical Research Institute דרך לאומי ומסוכנות החלל, מעניק NNX15AK32A (RP) ואת RE03701 (MH-J), ו P20 GM109005 (MH-J), ואת ותיקי המינהל ארה"ב ( MH-J). אנו מודים כריסטופר Fettes, רכזת תוכנית עבור משרד סביבתיים בעיסוק הבריאות באוניברסיטת ארקנסו למדעי הרפואה, לסיוע העריכה ב הכנת כתב היד.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| פורממיד | סיגמא-אולדריץ' | 221198-100 מ"ל | |
| SSC מאגר 20 ופעמים; תרכיז | Sigma-Aldrich | S6639-1L | |
| SKY מגיב מעבדה | להדמיה ספקטרלית יישומית | FPRPR0030/M40 | |
| CAD - ערכת זיהוי נוגדנים מרוכזת | הדמיה ספקטרלית יישומית | FPRPR0033 | |
| צבעים בודדים מותאמים אישית - 3 צבעים; כרומוזום עכבר 1: אדום, כרומוזום עכבר 2: ירוק, כרומוזום עכבר 3: Aqua | Applied Spectral Imaging | FPRPR0182/10 | |
| כיסויי זכוכית | Fisher Scientific | 12-545B | |
| Tween 20 | Fisher Scientific | BP337-100 | |
| חומצה הידרוכלורית, 37%, Acros Organics | Fisher Scientific | AC45055-0025 | |
| פישרברנד כלי צביעת זכוכית עם מכסה בורג | פישר סיינטיפיק | 08-816 | |
| KaryoMAX תמיסת אשלגן כלורי | Life Technologies | 10575-090 | |
| פישרברנד Superfrost Plus מיקרוסקופ שקופיות | פישר סיינטיפיק | 12-550-15 | |
| אבקת קולצמיד | פישר סיינטיפיק | 50-464-757 | |
| Histopaque-1083 | Sigma-Aldrich | 10831 | |
| Shepherd Mark I, דגם 25 137Cs irradiator | J. L. Shepherd & Associates | דגם 484B | |
| מזרק 1 מ"ל | BD Biosciences | 647911 | |
| אלכוהול אתילי, 200 הוכחה | פישר סיינטיפיק | MEX02761 | |
| PBS, (1x PBS Liq.), עם סידן ומגנזיום | פישר סיינטיפיק | ICN1860454 | |
| סרום בקר עוברי | פישר סיינטיפיק | 10-437-010 | |
| מתנול | פישר סיינטיפיק | A454SK-4 | |
| חומצה אצטית קרחונית | פישר AC295320010 | ||
| מיקרוסקופ Zeiss | Zeiss | AXIO Imager.Z2 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.