RAD51の核焦点は相同組換え(HR)活性のマーカーです。本論文は、がん細胞内のこれらの焦点を検出するための簡単な免疫蛍光法を記述し、HR機能の評価とDNA損傷因子への応答の前臨床研究を支援します。
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RAD51の核焦点は相同組換え(HR)活性のマーカーです。本論文は、がん細胞内のこれらの焦点を検出するための簡単な免疫蛍光法を記述し、HR機能の評価とDNA損傷因子への応答の前臨床研究を支援します。
RAD51は相同組換え(HR)経路の中心タンパク質であり、DNA二本鎖断線(DSB)の正確な修復に不可欠です。DSB形成後、DNA末端切断は損傷部位におけるRAD51核タンパク質フィラメントのリクルートと組み立てを促進する単本鎖DNA基質を生成します。この過程により、核RAD51焦点が形成され、HR活動の広く受け入れられた機能的読み取り方法およびHR習熟度の代理マーカーとして機能します。HRの欠損は特に卵巣がんや乳がんで一般的なため、RAD51焦点形成の評価はDNA修復能力の評価や、プラチナ化合物やポリ(ADP-リボース)ポリメラーゼ(PARP)阻害剤などのDNA損傷治療への応答予測の重要なアプローチとして浮上しています。これらの治療効果はHR修復の状態に強く影響されます。本論文は、培養卵巣がん細胞におけるRAD51核焦点の検出および定量のための、シンプルで信頼性が高く再現性のある免疫蛍光ベースのプロトコルを記述しています。この方法は、イオン化放射線(IR)によるDNA損傷誘導、その後、固定、RAD51およびγH2AXに対する抗体による免疫染色、共焦点顕微鏡、そしてRAD51/γH2AXの共局在在焦点の手動定量解析を含みます。このプロトコルは基礎条件下または遺伝的・薬理学的摂動後に適用され、HR機能への影響を明らかにします。代表的な結果は、DNA損傷後にHRに熟能を持つ卵巣がん細胞においてRAD51焦点が強固に誘導されることを示し、RAD51の枯渇はDSBsの同等レベルにもかかわらず焦点形成を著しく減少させることを示し、アッセイ特異性を裏付けています。全体として、このプロトコルはHR能力を評価するための堅牢かつ再現性の高い機能的アッセイを提供し、前臨床および潜在的にトランスレーショナルながん研究に広く応用されています。
DNA二本鎖切断(DSB)は、不正確な修復がゲノムの安定性を損なうため、DNA損傷の中でも最も深刻な形態の一つです。腫瘍の発生や細胞死に寄与する可能性があります(1,2,3)。これらの脅威に対抗するため、細胞はいくつかのDNA修復経路を用いており、その中にはDSB2,4,5を修復する最も正確な機構と考えられている相同組換え(HR)が含まれます。誤りの多い修復経路とは異なり、HRは相同DNA配列をテンプレートとして用いて損傷部位の遺伝情報を復元します。したがって、HRは主に細胞周期のS期およびG2期に機能し、この時期には姉妹染色分体が修復テンプレートとして利用可能となります。特に、HRは複製ストレスなどの内因性疾患や、電離放射線(IR)やDNA損傷性化学療法剤などの外因性損傷から生じるDSBの正確な修復に不可欠です2,5。
RAD51はHR経路の中心的効果因子であり、HR媒介によるDSBs2,5修復中のホモロジー探索および鎖侵入において重要な役割を果たします。DSB形成後、DNA末端は切断を受けます。これはMRE11–RAD50–NBS1(MRN)複合体および関連因子によって開始され、3′の単一鎖DNAオーバーハングを生じます。これらの単鎖領域は最初に複製タンパク質A(RPA)で覆われ、二次構造の形成を防ぎ修復中間体4,5,6を安定化させます。その後、HRはBRCA1、PALB2、BRCA2の協調作用によって開始され、切断されたDNA上にRAD51のリクルートとロードが促進され、RPAを置換してRAD51を含む核タンパク質フィラメント4,5,6の形成を促進します。組み立てられたフィラメントは、姉妹染色分体内の相同DNA配列を探し、触媒鎖交換を促進し、損傷したDNA4,5,6の忠実な修復を促進します。DSB部位でのRAD51の蓄積は、免疫蛍光7,8,9,10で検出可能な点状核焦点として顕微鏡的に現れます。これらの焦点の形成はHR機構の成功した関与を反映するため、RAD51焦点解析は細胞7,8,9,10におけるHR容量およびDNA修復能力を評価するための広く使われる機能的アプローチとなっています。重要なのは、このアッセイがDNA損傷後に細胞がHR応答を実行する能力を測定し、HR関連遺伝子やタンパク質の発現レベルだけに依存するのではなく、
HRの欠損はがんでよく観察され、特にBRCA1、BRCA2、RAD51パラログ、またはHRに関与する他の遺伝子に変化を持つ腫瘍で顕著であり、特に卵巣がんや乳がんで顕著です(4,11,12,13,14)。HR欠損症は、合成致死性の原理により、プラチナ療法などのDNA損傷因子やポリ(ADP-リボース)ポリメラーゼ(PARP)阻害剤に対する感度を高めるため、治療上重要な意味を持ちます 4,11,12,13,14,15 .したがって、HR活動を評価するための信頼性の高い機能的アッセイは、機構的研究とトランスレーショナル研究の両方において極めて重要です。
このプロトコルは、卵巣がん細胞のDNA損傷後に核RAD51焦点を検出・定量するための免疫蛍光法アッセイを記述します。このワークフローは、IRを用いたDNAのDSB誘導、その後RAD51およびγH2AXの免疫蛍光検出、共焦点顕微鏡による共局在在核焦点の定量化を含みます。このプロトコルは、HRに熟能を持つOVCAR-8細胞と獲得されたPARP阻害剤耐性ABTR2細胞を用いて実証され、DSB形成後のHR活動を評価するための再現性のある機能的アプローチを提供します。RAD51焦点解析はHR活動の機能的指標として広く用いられていますが、利用可能な手法は特定の実験環境に焦点を当て、制御されたDNA損傷誘導、DNADBS形成の確認、アッセイ検証対照、標準化された画像ベースの定量化に関する詳細な指針が不足していることが多いです。さらに、ゲノム瘢痕解析、突然変異署名、遺伝子やタンパク質発現解析などのHR機能評価の代替手法は、HR状態の間接的な測定を提供し、DNA損傷部位へのRAD51を細胞内でリクルートする能力を直接評価するものではありません。DR-GFPのようなレポーターベースのアッセイはHR活動の直接的な測定を提供しますが、安定した遺伝子工学が必要であり、多くの実験モデルには容易に適用できません。したがって、ここで説明するワークフローは、IR誘導DNA損傷とRAD51/γH2AXの二重免疫蛍光染色を組み合わせ、DSB形成の検証と損傷したクロマチンへのRAD51のリクルートを同時に定量します。このアプローチは、培養がん細胞におけるHR能力の直接的な機能的評価に実践的で生物学的に関連性があり、広く応用可能な方法を提供しつつ、アッセイコントロール、検証ステップ、標準化された焦点定量手法を取り入れています。
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本プロトコルで使用されるすべての材料および試薬は、製造者情報、カタログ番号、抗体希釈量を含む 材料表に記載されています。プロトコルの概要は 図1に示されています。
注:このプロトコルでは卵巣がん細胞株のOVCAR-8およびABTR2が使用されており、以前に15、16、17、18、19、20で記載されています。OVCAR-8細胞は、もともと国立がん研究所のドミニク・スクディエロ博士から提供されたラリー・カルニッツ博士(メイヨークリニック)によって提供されました。ABTR2細胞はメイヨークリニックのスコット・カウフマン医師から親切に提供されました。ABTR2はBRCA2のPARPi耐性誘導体です。BRCA2発現の回復により耐性を獲得した変異卵巣がん細胞株PEO1。BRCA2修復によりRAD51の負荷とHR活性が再確立されたため、ABTR2細胞はHR熟能モデルの代表的な役割を果たします。細胞株の同一性は、文献で報告されている15,16,17,18,19,20の文献に基づき、出所と確立された特徴に基づいて検証されました。実験は、解凍後1か月以内に培養内に保持された低通過細胞(3–12)を用いて行われました。細胞株は6か月ごとにマイコプラズマ検出キットを用いてミコプラズマ汚染の有無を定期的に検査し、本研究で使用されたすべての培養液がマイコプラズマフリーであることが確認されました。
注意: パラホルマルデヒドは有毒であり、適切な個人用防護具を着用しながら認定された化学煙幕で準備・取り扱うべきです。ヒト由来の細胞株は、適切な封じ込め操作を用いて、機関のバイオセーフティ手順に従って取り扱うべきです。Triton X-100、取り付け媒体、ネイルポリッシュはメーカーの安全指示に従って取り扱うべきです。IRは訓練を受けた人員のみが、かつ機関の放射線安全方針に従って実施すべきです。化学廃棄物、生物廃棄物、放射線関連廃棄物は、地域の制度的および規制要件に従って処分します。
1. 細胞培養と維持
2. 細胞シーディング
3. IRによるDNA損傷の誘導
4. 固定と透過化
5. ブロッキング
6. 一次抗体培養
7. 二次抗体培養
8. 核の着色処理と取り付け
9. DSBにおけるRAD51焦点のイメージングおよび定量化
10. 統計解析
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IRはOVCAR-8細胞のDNAのDSBでRAD51焦点の形成を誘導します
HR活性を機能的に評価するため、IRによるDNADSB誘導後のHR熟練OVCAR-8卵巣がん細胞におけるRAD51焦点形成を調べました。アッセイ特異性を確立し、観察された焦点が正当なRAD51依存性HRイベントであることを確認するために、細胞は非標的制御制御ル シフェラーゼ siRNA(siLUC)または RAD51標的siRNA(siRAD51)のいずれかをトランスフェクトしました。IRに入る前に15、16、17 。
IRがない場合、siLUCおよびsiRAD51トランスフェクトされたOVCAR-8細胞はγH...
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ここで述べる核RAD51焦点の免疫蛍光検出は、培養卵巣がん細胞におけるHR活性を評価する信頼性かつ機能的なアプローチを提供します。ゲノム解析やトランスクリプトミクス解析がHRの状態を間接的に推定するのとは異なり、RAD51の焦点形成は、細胞がDNAのDSB部位でコアHR機構をリクルートし組み立てる能力を直接反映します。したがって、このアッセイはDNA損傷後のHR能力の敏感な読み取りとして機能し、HR修復調節や治療反応を調査する機構的研究に適しています。このプロトコルではIRを用いて制御された再現可能なDSBレベルを誘導し、γH2AXの形成とその後のRAD51リクルートを促しました。選択された6 Gyと6時間の回復期間は、活性心拍修復中のRAD51焦点形成のピークを捕捉するよう最適化されました。これらのパラメータは細胞タイプ、増殖速度、または基準DNA修復能力に応じて調整が必要になることがあり、プロトコルを他の細胞株モデルに適応させる際には最適化が推奨されます。
このア...
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著者たちは潜在的な利益相反を一切認めていないと述べている。
この研究は、NIH R37 CA261854、メイヨークリニック卵巣がんSPORE(P50 CA136393)、ミネソタ卵巣がんアライアンス、メイヨークリニック包括的がんセンターエマージングリーダーの支援(いずれもA.K.へ)によって一部支援されました。メイヨークリニック包括がんセンター(NCI P30 CA15083)の共有リソースであるメイヨークリニック顕微鏡・細胞分析コアの支援に感謝いたします。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 10% Polyacylamide gel recipe (Lower gel buffer 20 ml,ddH2O 33.4 mL, 30% Acrylamide/Bis-acrylamide (29:1) 26.6 mL. 10% APS (fresh) 200 µL TEMED 70 µL) | 自家製 | NA | SDS-PAGE用分離ゲル |
| 10% Polyacylamide gel recipe (Upper gel buffer 10 mL, ddH2O 23.6 mL, 30% Acrylamide/Bis-acrylamide (29:1) 6.4 mL 10% APS (fresh) 160 µL TEMED 40 µL) | 自家製 | NA | SDS-PAGE用スタッキングゲル |
| 100 mL Trypsin EDTA 1X, 0.25% Trypsin/2.21 mM EDTA in Sodium Bicarbonate | Corning | 25-053-C1 | 日常的な移植および細胞播種の前に、接着細胞を剥がすために使用される。 |
| 10x Phosphate Buffered Saline (PBS) | Bio-Rad | 1610780 | 1倍に希釈し、洗浄ステップ、ブロッキング溶液、抗体希釈、固定、および浸透に使用される。 |
| 10X Running buffer (6 L) Tris 181.8 g +Glycene 864.0 g+SDS 60 g | 自家製 | NA | ゲル内のタンパク質サンプルを実行する |
| 10X Transfer (6 L) Tris 181.8 g+ Glycene 864 g | 自家製 | NA | ゲルから膜にタンパク質を転送する |
| 10x Tris Buffered saline | Bio-Rad | 1706435 | 緩衝液 |
| 30% (w/v)Acrylamide ;0.8(w/v)/Bis-acrylamide stock solution (37.5:1) | Ultrapure EC-890 | EC-890 | SDS-PAGE用 |
| ABTR2 cells | Mayo clinic | NA | PARPi耐性卵巣がん細胞株を獲得した |
| AKT Lysis Buffer Recipe (50 mM HEPES (pH 7.6), 150 mM NaCl, 1 mM EDTA, 1% Triton X-100, 10 mM NaF, 30 mM sodium pyrophosphate, 1 mM Na3VO4, 10 mM 2-glycerophosphate, 10 μg/mL leupeptin, 5 μg/mL aprotinin, 5 μg/mL pepstatin, and 20 mM microcystin-LR. | 自家製 | NA | 細胞溶解緩衝液 |
| Ammonium Persulfate | Bio-Rad | 16107000 | ゲルの重合のための分子生物学およびフリーラジカル開始剤として使用される酸化剤 |
| Anti-phospho-Histone H2A.X (Ser139) Antibody, clone JBW301 | Sigma-Aldrich | 05-636 | γH2AXフォーカスを検出するために使用される一次抗体。1:1000希釈で使用 |
| Anti-Rad51 (Ab-1) Rabbit pAb | Sigma-Aldrich | PC130 | 相同組換え活性のマーカーとしてRAD51核フォーカスを検出するために使用される一次抗体。1:1000希釈で使用 |
| Bovine serum albumin Protease free | GoldBio | A-420-250 | 免疫蛍光染色中に非特異的な抗体結合を減少させるために使用されるブロッキング溶液(PBS中の5%BSA)を調製するために使用される。 |
| ChemiDoc Imaging System | Bio-Rad | 12003154 | イメージングシステム |
| Confocal Laser Scanning Microscope | ZEISS | Zeiss LSM 780 | 免疫蛍光イメージング、γH2AXフォーカス分析、RAD51フォーカス定量化、タンパク質の共局在、および3D画像の取得 |
| Countess II FL Automated Cell Counter | Life Technologies | AMQAF1000 | 自動セルカウンター |
| Cover slips | Cardinal Health | M6045-10A | 着色細胞を保護し、高解像度イメージングを可能にするために、実装されたサンプルの上に配置される。 |
| ECM 830 Square Wave Electroporation System | Hbio-BTX | 45-2052 | 哺乳類細胞への遺伝子送達用途に適した電気ポアレーションシステム |
| Fetal Bovine Serum | Corning | 35-010-CV | 細胞の成長と生存をサポートするためにRPMI-1640(8%として)に追加する。 |
| Glycine | Thermo Fisher Scientific | A13816.0C | 緩衝液 |
| Goat anti-Mouse IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor™ 594 | Thermo Fisher Scientific | A-11032 | γH2AX一次抗体を検出するために使用される二次抗体。1:350希釈で使用 |
| Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor™ 488 | Thermo Fisher Scientific | A-11034 | RAD51一次抗体を検出するために使用される二次抗体。1:350希釈で使用 |
| GraphPad Prism | GraphPad Software | version 10.6.1 | 統計分析、グラフ作成、データ可視化。 |
| HEPES 1M | Corning | 25060-C1 | pH 7.2-7.6範囲でのpH保持緩衝液 |
| Hoechst 33342 solution (20 mM, 5 mL) | Thermo Fisher Scientific | 62249 | 核染色に使用された |
| Horseradish peroxidase-conjugated anti-mouse immunoglobulin G | Cell Signaling Technology | 7076S | ウェスタンブロッティングでマウス(β-アクチン)一次抗体を検出するために使用される二次抗体。 |
| Horseradish peroxidase-conjugated anti-rabbitimmunoglobulin G | Cell Signaling Technology | 7074S | ウェスタンブロッティングでウサギ一次抗体(RAD51)を検出するために使用される二次抗体。 |
| Instant non-fat dry milk | Hyvee | G461A323 | ブロッキング試薬 |
| Laemmli Sample Buffer (4×) | Bio-Rad | 1610747 | サンプル緩衝液 |
| Lonza's MycoAlert Mycoplasma Detection Assays | Lonza Bioscience | LT07-218 | 細胞培養がマイコプラズマ汚染がないことを確認するために定期的に使用される。 |
| Lower gel Recipe is (1 L)(Tris 181.7 g+SDS 4.0 g)PH to 8.8 w/cenc HCl | 自家製 | NA | SDS-PAGE用分離ゲル |
| Mouse monoclonal Anti-beta Actin antibody | Abcam | ab8226 | ウェスタンブロット分析でβ-アクチンを検出するために使用される一次抗体(ウェスタンブロット分析のローディングコントロールとして)。 |
| Non-targeting control luciferase siRNA |
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