Studiando cellule e tessuti mediante ibridazione in situ fluorescente (FISH) ha, sin dalla sua introduzione nel tardo 1970 1, ha permesso ai ricercatori di studiare i geni, l'organizzazione della cromatina e l'espressione genica a livello subcellulare. FISH DNA è spesso usato in citogenetica, cariotipo 2, diagnostica oncologica 3 e pre-impianto screening genetico 4, ed ha un ruolo importante nella ricerca molecolare 5-6 in quanto permette la rilevazione di acidi nucleici nel loro ambiente nativo. Singolo analisi di espressione cella RNA FISH in grado di rilevare trascritti primari autoctone ed RNA non codificanti essere trascritto da cromosomi, e offre vantaggi ad altre tecniche che valutano l'espressione genica a livello di popolazione, tra cui ad esempio RT-PCR quantitativa, genoma vasta analisi di espressione o Northern blotting . Visualizzando trascritti di RNA provenienti direttamente dai loro luoghi di origine, è stato per esempionotato che l'espressione genica è stocastico 7, e può a volte essere allele specifico 8. Miglioramenti nella tecnica hanno anche permesso l'individuazione e la quantificazione di molecole di mRNA singoli all'interno delle cellule 9-11.
Il principio di base della FISH consiste di ibridazione di acidi nucleici all'interno della cella a una sonda di acido nucleico mediante altamente specifico Watson e Crick base-accoppiamento. La sonda può essere direttamente o indirettamente rilevato, risultando in un segnale che può essere visualizzata microscopicamente. I tentativi iniziali consistevano di sonde marcati radioattivamente, che aveva inconvenienti basato su questioni di sicurezza, la risoluzione spaziale limitata e la capacità di rilevare solo un obiettivo alla volta 12-14. Il successivo sviluppo di marchi non radioattivi, tra cui fluorocromi, apteni, ed enzimi, ha permesso l'uso diffuso di pesce come una tecnica di biologia molecolare di routine. La sonda FISH può o essere etichettato direttamente con fluorochRomes collegando chimica delle molecole fluorescenti di acido nucleico sequenze 15 e l'integrazione dei nucleotidi fluorescente 16-19, o la sonda può essere indirettamente visualizzate dopo integrazione di apteni (compresi biotina e digossigenina) e rivelazione immunologica di apteni da anticorpi specifici coniugati con aptene reporter fluorescente molecole 20-21. Quest'ultimo approccio permette l'amplificazione del segnale utilizzando diversi strati di fluorescente anticorpi che vengono utilizzati per migliorare il segnale originale, e consente il rilevamento di specie di RNA che sono espressi a livelli bassi. Combinando tecniche di etichettatura diretti e indiretti e vari apteni, diversi obiettivi possono essere contemporaneamente visualizzati all'interno della stessa cella.
Uno dei passi più importanti nei protocolli di pesce è l'ibridazione della sonda al suo obiettivo. Sebbene in teoria, una sonda verrà specificatamente legarsi solo al suo bersaglio, in pratica, questa specificitànon è sempre raggiunto, come sonde possono legarsi a regioni omologhe, e condizioni di ibridazione non sempre ideale per una certa regione di DNA o RNA specie. Lavaggi post-ibridazione sono quindi di particolare importanza, in quanto possono aumentare la severità della procedura FISH, e possono impedire il legame non specifico di sonde FISH, che porterebbe a un elevato livello di rumore di fondo. Come molecole di RNA sono a singolo filamento che possano essere facilmente ibridate ad una sonda FISH. Al contrario, la molecola di DNA a doppio filamento deve prima una fase di denaturazione, dopo che una sonda può ibridare. Ciò viene ottenuto mediante riscaldamento del campione, che provoca la denaturazione del DNA. Tuttavia, in queste condizioni difficili, fragili molecole di RNA a singolo filamento potrebbero essere persi. Pertanto, DNA-RNA combinato FISH richiede significativa ottimizzazione delle condizioni, ed è tecnicamente più difficile rispetto alla rilevazione separata di soli RNA o DNA.
Qui Presenta protocollo dettagliato della produzione combinata e simultanea FISH DNA-RNA che ci ha permesso di studiare inattivazione del cromosoma X (XCI) nella differenziazione delle cellule staminali embrionali di topo femmina 22-24. XCI è un meccanismo epigenetico cruciale per lo sviluppo embrionale femmina 25, e si traduce in heterochromatinization e quindi silenziamento di uno dei due cromosomi X in individui femmina 26-27. Essenziale per questo processo è l'RNA non codificante Xist 28-30, che è regolata dalle RNF12 22-23 e Rex1 24 proteine. Espressione Xist diventa sovraregolati sul futuro cromosoma X inattivo (Xi) durante lo sviluppo embrionale o sulla differenziazione delle cellule ES in vitro , e può diffondersi lungo il cromosoma X e, quindi, ottenere il rimodellamento della cromatina enzimi che provocano l'arresto della trascrizione del cromosoma X 31. Questa diffusione di Xist RNA possono essere visualizzati da RNA FISH come rivestimento di X cromoalcuni, che è indicato anche come una nube Xist. Dal momento che le cellule staminali femminili possono perdere uno dei loro cromosomi X a causa di instabilità genomica, noi ed altri abbiamo impiegato combinato DNA-RNA FISH a studiare XCI, fare in modo che le cellule solo karyotypically stabili sono valutati nell'analisi di questo importante processo 22,32 -34. Come per ogni tecnica di biologia molecolare, diversi protocolli diversi eccellenti sono stati pubblicati 35-38. Presentiamo qui il nostro metodo, partendo dalla induzione del differenziamento in cellule ES di topo, fissazione delle cellule, etichettatura di sonde FISH di Nick-traduzione, pretrattamento di cellule fissate per consentire permeabilizzazione e conseguente assorbimento sonda, l'ibridazione della sonda al bersaglio, e infine il rilevamento della sonda fluorescente anticorpi. Il protocollo qui presentato permette la rilevazione fedeli di Xist RNA e il cromosoma X entro due giorni, e le basi di questa tecnica può probabilmente essere adattata per oti suoi sistemi e settori di ricerca.