2012年12月13日
生きた細胞内の個々のDNA分子を観察する方法が記載されている。技術は目的のDNAに組み換え結合部位に蛍光標識lacリプレッサータンパク質の結合に基づいています。この方法は、時間をかけて生きている細胞内の多くの組換えDNAをたどるように適応させることができる。
この手順の全体的な目標は、分裂する細胞におけるウイルスゲノムの分配を観察することです。これは、まず蛍光顕微鏡で可視化できるプラスミドを作ることで実現します。ここでプラスミドは、ラクトースオペレーター配列またはLAC O.The第2ステップのタンデムリピートを含むように操作され、プラスミドを分裂細胞に導入し、続いてラクトースリプレッサーまたは蛍光タンパク質に融合したlacアイをコードするレトロウイルスを細胞に感染させることです。
ラクトースリプレッサー融合タンパク質は、プラスミドサブのラクトースオペレーター配列に特異的に結合します。細胞は蛍光顕微鏡法でモニターされ、複数の細胞サイクルを通じて個々のプラスミドを追跡します。最終的に、取得した画像は処理され、分裂する細胞でウイルスゲノムがどのように維持されているかが決定されます。
この手法は、定量PCRサザンブロッティングや蛍光in situハイブリダイゼーションなどの既存の方法と比較した場合の主な利点として、個々のプラスミドを複数の時点で観察できることです。蛍光顕微鏡によるプラスミドの可視化を可能にするために、標準的な分子クローニング技術を使用して、ラクトースオペレーター配列またはLAC Oの約250コピーを含むDNAフラグメントをプラスミドに導入します。この例では、プラスミドは、キャップ肉腫関連ヘルペスウイルスまたはKSHVの全ゲノムを含み、ハイグロマイシンに対する耐性をコードする約170キロベースペアのバックミッドです。
トランスフェクションにより、プラスミドDNAを含むLAC OをhelaおよびSLK哺乳動物細胞に導入します 60ミリメートル皿で、10マイクログラムの精製プラスミド、DNA 25マイクロリットル、脂肪切除術、2000 0.5ミリリットル、Optum、および3.5ミリリットルで細胞をインキュベートします。4時間のDMEM。培地を10%ウシ胎児血清を含むDMEMに変更し、細胞を48時間回復させます。
続いて、トランスフェクションした細胞を大型の皿に低密度でプレートし、導入したプラスミドを選択するために10%ウシ胎児血清とミリリットルあたり300μgのハイグロマイシンをDMEMで3週間培養し、滅菌トリップと浸漬した濾紙を使用して、ハイグロマイシン耐性コロニーを新しい培養皿に移します。トランスフェクションされたクローンが増殖してディッシュを満たし、制限酵素分離物DNAを分離し、LAC Oプラスミドのポリマーが均一で予想されるサイズであることを確認するためのサザンブロッティングを行った1〜2週間後に、ディッシュをインキュベーターに入れます。このブロット例は、クローン1のLAC Oポリマーがポジコントロールのものと均質で同一であることを示しています。
レーン7では、プラスミドがラクトースリプレッサーlac eye感染の適切なクローンとレトロウイルスをコードするlac eyeの融合を発現するように設計されていない場合、ラックアイ、TDトマト、TDトマトは、長時間にわたる複数回の曝露から発生する光毒性を最小限に抑えるために、緑色に近い蛍光を発するタンパク質の代わりに選択されます。LAC眼融合タンパク質が導入されたら、200マイクログラム/ミリリットルIPTGの存在下で細胞を培養し、融合タンパク質がDNAに結合するのをブロックします。この手順の最も重要な側面の1つは、適切な蛍光強度のクローンを取得することです。
多数のクローンをスクリーニングして、最適な蛍光培養を持つクローンを特定する必要があります。LAC I TDトマトを発現する細胞をイメージングする24〜48時間前に、LAC I TDトマト発現細胞をイメージングする24〜48時間前に、LAC I TDトマト発現細胞をイメージングする10%未満の密度で35ミリメートルのガラス底皿にそれらをプレートする、LACアイTDトマトタンパク質スクリーニングクローンのLACアイTDトマトタンパク質スクリーニングクローンの発現を可能にするために少なくとも3日間。これにより、イメージング開始の1〜3時間前に、細胞のペアが重なることなく、8〜16個の細胞のコロニーに分裂することができます。
選択的薬物とIPTGの両方を欠く培地でプレートを3回すすぎます。これにより、生存不能な細胞が洗い流され、lac eye融合タンパク質がプラスミド中のLAC細胞に結合できるようになります。培地を2ミリリットルに交換し、DMEMを10%ウシ胎児血清と25ミリモルのヒッピーで1〜3時間インキュベートし、イメージングの直前に培養皿の上部を35ミリメートル皿の取り付けリングに張ったカルトホイルと交換します。
このカバーは、培養液の蒸発を阻害し、時間の経過とともに塩分濃度を増加させ、細胞を死滅させます。この実験で使用したイメージングシステムは、電動ステージと信号を高感度に検出するためのEM CCDカメラを備えたZeiss Axio 200 M倒立顕微鏡で構成されています。蛍光励起光は、Collibraシステムの中性白色LEDによって提供されます。
イメージングシステムは、複数のZスタックを使用して長時間にわたって画像を自動的に取得するためのソフトウェアによって制御されます。ステージトップインキュベーターは、加湿チャンバー内で細胞を摂氏37度、二酸化炭素5〜10%に維持するために使用されます。オイル対物レンズには加熱されたカラーを使用して、対物レンズが吸い上げられるのを防ぎます。
サンプルからの熱により、システムが安定した温度に達するのに十分な時間を確保できます。実験中の運動アーチファクトを最小限に抑えるために、イメージングシステムは振動から隔離されたエアテーブル上に置く必要があります。標識DNAを可視化する手順を開始するには、DICイメージングを使用して細胞を観察し、各フィールドの複数の視野で細胞の上部と下部の焦点面を決定し、細胞の上部から約3分の1の焦点面に移動し、x、 y、Z は、保存されたステージ位置のリスト内の座標です。
これらの保存された各位置は、顕微鏡制御ソフトウェアで細胞をキャプチャするための画像のザックの中心となり、保存された各ステージ位置で実行される画像のザックを定義し、細胞全体が細胞が配置されている平面の上下の追加のスライスとともに細胞全体がキャプチャされるように十分なスライスを定義します。0.35 から 0.50 ミクロンの Z ステップ サイズを選択して、Z 次元での近似ナイキスト サンプリングを許可します。これらのスライスは、細胞周期中の細胞の動きを追って検出することができ、画像スタックの取り込み後の処理にも使用されます。
これにより、セルの厚さに応じて 40 から 60 枚の画像がスタックされます。時系列実験を定義して、30分間隔でZacksの明視野画像を収集し、10分から60分間隔で蛍光画像を収集します。DICイメージングは、標準的な明視野イメージングよりも多くの光を必要とし、長時間の実験で細胞を不必要に光毒性にさらす可能性があるため、実験中は使用しないでください。
ソフトウェア制御実験を開始します。実験中にシステムが乱されていないことを確認してください。実験用のすべての画像を取得したら、各Zackの画像を確認し、ある時点の画像から不要な領域を切り取り、コンピューターの処理時間を短縮します。
次のステップでは、信号強度を各Zスタックの原点のピクセルに再割り当てします。Axio ビジョンソフトウェアで、イメージングシステムの測定された点像分布関数に基づくデコンボリューションアルゴリズムを使用します。デコンボリューションの結果を次に示します。
画像を調べて、細胞周期中のプラスミドの強度変化と動き、およびプラスミドの娘細胞への分配を追跡します。これらの画像は、異なるシグナルが存在する複数のZ面を含むように計算的に作成され、LAC eye TDトマトを発現するHELOC細胞の核が融合タンパク質上の核局在シグナルにより蛍光を発し、核に局在することを示しています。I-P-T-G-K-S-H-Vゲノムが存在しないと、LAC O配列は蛍光タンパク質の多くのコピーをリクルートし、核のバックグラウンド強度にわたって明るいシグナルとして際立っています。
対照的に、IPTGの存在下では、LAC眼蛍光タンパク質は、O配列を欠くその認識に結合するのを防ぎ、ザックの最大強度の投影は、5時間で彼A細胞周期の獲得。代表的な実験のポイントをこの図に示します。パネルAで見える細胞内の蛍光タグ付きウイルスゲノムは、パネルBに示されているように合成されます.ウイルスゲノムは、パネルC、D、およびEで観察されるように、細胞分裂中に娘細胞に分配されます.健康なHELOC細胞の細胞周期は約24時間かかり、娘細胞は通常、互いに近くに付着し、次の細胞周期で同時に分裂します。
このプロトコルを使用して、この手順を試みながら、細胞内のウイルスゲノムを複数世代にわたって追跡することができる。実験全体を通して細胞が健康であることを確認するために、生成時に細胞の形態を観察することを忘れないようにすることが重要です。
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この記事では、蛍光タグ付きのラクトオプレッサータンパク質を使用して、生きた細胞内の個々のDNA分子を観察する方法について説明しています。この技術により、組換えDNAを時間とともに追跡することができ、分裂する細胞内でのそれらの挙動に洞察を提供します。
Monitoring plasmid replication in live mammalian cells enables real-time observation of genetic element behavior across generations, addressing a key gap in understanding episomal maintenance in therapeutic contexts. This approach supports target validation by providing quantitative, single-cell resolution of synthesis and partitioning dynamics, which informs predictive confidence in vector design and transgene stability assessments. The method is particularly relevant for de-risking viral vector platforms and synthetic biology constructs where faithful inheritance impacts long-term expression and safety profiles.
The method fits within the discovery-to-preclinical continuum, particularly in early lead optimization where transgene stability and expression consistency are critical decision points.