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Articolo metodologico

3D Multicolor DNA FISH Tool per studiare l'architettura nucleare nelle cellule primarie umane

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DOI:

10.3791/60712

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25 gennaio 2020

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In questo articolo

Sommario

IL DNA FISH multicolore 3D rappresenta uno strumento per visualizzare più loci genomici all'interno dei nuclei 3D conservati, definendo inequivocabilmente le loro interazioni reciproche e la localizzazione all'interno dello spazio nucleare a livello di singola cellula. Qui, un protocollo passo dopo passo è descritto per un ampio spettro di cellule primarie umane.

Abstract

Una delle principali domande nella biologia cellulare è l'organizzazione genomica all'interno dello spazio nucleare e come l'architettura della cromatina possa influenzare processi come l'espressione genica, l'identità cellulare e la differenziazione. Molti approcci sviluppati per studiare l'architettura 3D del genoma possono essere suddivisi in due categorie complementari: tecnologie basate sulla cattura della conformazione cromosomica (tecnologie C) e imaging. Mentre il primo si basa sulla cattura della conformazione cromosomica e delle interazioni del DNA prossimale in una popolazione di cellule fisse, la seconda, basata sulla fluorescenza del DNA nell'ibridazione situ (FISH) su nuclei conservati in 3D, consente la visualizzazione contemporanea più loci a livello di singola cellula (multicolore), esaminando le loro interazioni e la distribuzione all'interno del nucleo (3D DNA multicolore FISH). La tecnica del DNA FISH multicolore 3D ha una limitazione di visualizzare solo pochi loci predeterminati, non permettendo un'analisi completa dell'architettura nucleare. Tuttavia, data la robustezza dei suoi risultati, 3D DNA FISH multicolore in combinazione con 3D-microscopia e ricostruzione dell'immagine è un possibile metodo per convalidare i risultati basati sulla tecnologia C e per studiare in modo inequivocabile la posizione e l'organizzazione di loci specifici a livello di singola cellula. Qui, proponiamo un metodo passo dopo passo di 3D multicolore DNA FISH adatto per una vasta gamma di cellule primarie umane e discutere tutte le azioni pratiche, passaggi cruciali, nozioni di imaging 3D e analisi dei dati necessari per ottenere un multicolore 3D di successo e informativo DNA FISH all'interno di diversi contesti biologici.

Introduzione

Gli eucarioti più alti devono condensare e compattare sistematicamente un'enorme quantità di informazioni genetiche nel minuto spazio 3D del nucleo1,2,3,4. Oggi sappiamo che il genoma è spazialmente ordinato in compartimenti e domini topologicamente associati5 e che i molteplici livelli di riduzione del DNA generano contatti tra diverse regioni genomiche che possono comportare la formazione di loop della cromatina6,7. Il loop dinamico 3D della cromatina può in....

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Protocollo

1. Procedure di preparazione ed etichettatura della sonda del DNA con traduzione nick

  1. Purificare e pulire i cromosomi artificiali batterici (BAC), plasmidi o prodotti PCR con kit specifici (Tabella dei materiali), risospendere in ddH2O, controllare per elettroforesi su un gel di agarose e quantificare.
  2. Eseguire la traslazione del nick su 1,5,5 g di DNA dal punto 1,1 in un volume finale di 50 gradi, mescolando tutti i reagenti in un tubo DNA a bassa legatura di 0,5 mL secondo la tabella 1.
    NOTA: le sonde etichettate direttamente possono migliorare il rapporto segnale/rumore. Sono disponibili in commerc....

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Risultati

Il metodo del DNA FISH multicolore 3D descritto in questo articolo consente la visualizzazione contemporanea di diversi loci genomici all'interno dei nuclei 3D conservati (Figura 1B). Questo protocollo consente la misurazione delle distanze tra gli alleli e dei diversi loci genomici per valutarne la vicinanza spaziale e per valutarne la posizione all'interno dello spazio nucleare (ad esempio, la distanza loci dal centroide o dalla periferia dei nuclei)16

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Discussione

Il metodo attuale descrive un protocollo passo dopo passo per eseguire DNA FISH multicolore 3D su una vasta gamma di cellule primarie umane. Anche se DNA FISH è una tecnologia di ampio uso, 3D multicolore DNA FISH su nuclei interfase 3D conservati è ancora difficile da eseguire in molti laboratori, principalmente a causa delle caratteristiche dei campioni utilizzati23,24.

La traduzione di nick probe è un passo fondamentale per il succe.......

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Dichiarazioni

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Ringraziamenti

Gli autori riconoscono l'assistenza tecnica dello strumento di imaging INGM (Istituto Nazionale di Genetica", "Romeo ed Enrica Invernizzi" (INGM), Milano, Italia), in particolare C. Cordiglieri, per assistenza nell'arte 3D multicolore DNA FISH Acquisizione. Questo lavoro è stato sostenuto dalle seguenti sovvenzioni a B.B.: programma di punta italiano EPIGEN, Associazione Francese contre les Myopathies (AFM-Telethon, grant nr 18754) e GiovaniI, Ministero della Sanità Italiano (GR-2011-02349383). Questo lavoro è stato sostenuto dalla seguente sovvenzione a F.M.: Fondazione Cariplo (Bando Giovani, grant nr 2018-0321).

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Piastre a 24 pozzettiThermo Fisher Scientific142475
Piastre a 6 pozzettiThermo Fisher Scientific140675
Anti-Digossigenina 488DBADI7488
b-MercaptoetanoloSigmaM3148
bFGFPeproTech100-18B
Biotina 11 d-UTPThermo Fisher ScientificR0081
BSA (albumina sierica bovina)SigmaA7030
CoverlsipsMarienfeld117500
CY3 d-UTPGE HealthcarePA53022
DAPI (4,6-diamidino-2-fenilidolo)Thermo Fisher ScientificD21490
Acidi desossiribonucleici a singolo filamento da testicoli di salmoneSigmaD7656
Destrano solfato (polvere)Santa Cruzsc-203917A
Digoxigenina 11 d-UTPRoche11093088910
DMEMThermo Fisher Scientific21969-035 500mL
DNA polimerasi IThermo Fisher Scientific18010-017
DNasi ISigmaAMPD1
dNTP (C-G-A-T)EurocloneBL0423A/C/G
EGFSigmaE9644.2MG
EtanoloSigma02860-1L
FBS HycloneThermo Fisher ScientificSH30109
Soluzione di formaldeideSigmaF8775-25mL
FormamideSigmaF9037
GlutamminaThermo Fisher Scientific25030-024 100mL
GliceroloSigmaG5516-100mL
GlicogenoThermo Fisher ScientificAM9510
HClSigma30721
Human Cot-1 DNAThermo Fisher Scientific15279-001
Insulina HumanSigmaI9278-5 mL
MgCl2Sigma63069
NaAc (Acetato di sodio, pH 5,2, 3 M)SigmaS2889
NaClSigmaS9888
ParaformaldeideSigma158127-25G
PBS (soluzione salina tamponata con fosfato)SigmaP4417
Pennicillina/StreptavidinaThermo Fisher Scientific15070-063 100mL
PepsinaBioradP6887
PhasePrep BAC Kit DNASigmaNA0100-1KT
Soluzione di poli-L-lisinaSigmaP8920
ProLong Diamond Antifade MountantThermo Fisher ScientificP36970
PureLink Estrazione rapida del gel & Kit combinato di purificazione PCRThermo Fisher ScientificK220001
PureLink Quick Plasmid Miniprep KitThermo Fisher Scientific K210010
cocktail RNAseThermo Fisher ScientificAM2288
RubbercementBostik
SlidesVWR631-0114
Streptavidina Alexa fluor 647Thermo Fisher ScientificS21374
Citrato di trisodioSigma1110379026
Tris-HClSigmaT3253-500g
Triton X-100SigmaT8787-250mL
TWEEN 20SigmaP9416-100mL

Riferimenti

  1. Cremer, T., Cremer, C. Chromosome territories, nuclear architecture and gene regulation in mammalian cells. Nature Reviews: Genetics. 2 (4), 292-301 (2001).
  2. Lieberman-Aiden, E., et al. Comprehensive mapping of long-rang....

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Ristampe e permessi

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