アポトーシスの特徴の 1 つは、核酸分解酵素による核 DNA の断片化です。これらの酵素は、細胞死プログラムを実行する蛋白質族カスパーゼによってアクティブ化されます。Tunel は、アポトーシス細胞を検出するこの機能を活用する方法です。このアッセイでは、ターミナルトランスフェラーゼと呼ばれる酵素は、断片化された DNA の無料 3′ 端に dUTP のヌクレオチドの付加を触媒します。蛍光色を生成すること化学のタグでラベル付けされている dUTPs を使用して、アポトーシス細胞は具体的に識別されます。
この手法を使用して、アポトーシス細胞を検出する方法を議論すること、tunel ゼウスのビデオを開始します。我々 は、組織切片の TUNEL 法を実行して、蛍光顕微鏡を用いた結果を可視化するための一般的なプロトコルを通過します。最後に、アッセイの現在の研究のいくつかのアプリケーションがカバーされます。
TUNEL 法はプログラムされた細胞死の形態であるアポトーシス細胞の検出によく使用されます。アポトーシスは、開発中および組織の恒常性を維持するために重要な生物学的プロセスです。可視化やアポトーシス細胞の定量 TUNEL 染色ができます。これにより科学者の障害にアポトーシスが抑制、癌のようなまたは神経変性のように強化された新しい治療法の有効性をテストできます。
このビデオは、tunel を使用して細胞のアポトーシス、ティッシュ セクションでこのメソッドを実行するための段階的なプロトコルにラベルを付ける方法を説明する研究者が細胞死の機構を理解するためにこの手法を適用する方法と。
TUNEL の試金のプロトコルを掘り下げる前に、この手法の背後にある原理を説明しましょう。
アポトーシスの多くの認刻極印の特徴の 1 つは、DNA の断片化です。DNA の断片化が発生するしくみアポトーシスはカスパーゼは細胞質内に存在と呼ばれる酵素によって行われます。その主な役割は、セルを分解するために蛋白質を切断することです。さらに、カスパーゼはそのインヒビターから取り外すことによって DNase のカスパーゼ活性化、または CAD と呼ばれる酵素を有効に-ICAD。アクティブ化された CAD は核に移動し、染色体 DNA を切断する酵素です。
DNA の胸の谷間最終的に、ニックを両端に持つ DNA 断片の蓄積を原因し、tunel 蛍光ラベルのこれらアポトーシスを検出することができる、断片化された DNA の両端を傷します。しかし、どのようにこれが起こるか。そのため TUNEL 反応を理解しなければなりません。Tunel 反応は遊離トランスフェラーゼを介した dUTP ニック終わりの分類の略です。2 つのメインの TUNEL 試薬は、ターミナルトランスフェラーゼ、または TdT の, とデオキシウリジン三リン酸または dUTP は、蛍光検出の容易さのために分類することがあります。
TUNEL 反応を理解するために DNA のフラグメントとアポトーシスに戻って行きましょう。フラグメントがニックこれらは無料 3 ‘ ヒドロキシル グループがあります。Tunel 反応試薬をアポトーシス細胞を含むサンプルに追加する蛍光に分類された dUTPs TdT の触媒酵素の助けを借りて、これらの 3 ‘ の水酸基を付けます。この手順を使用して染色細胞は蛍光顕微鏡を用いた視覚化し、ことができます TUNEL 陽性細胞と呼ばれます。
今では基本的な原則と TUNEL 法の背後にある概念を理解すると、組織のセクションでこの手法を実行するための一般的なプロトコルを紹介しましょう。固定金利、TUNEL 試薬、TUNEL 反応と最後に、解析を停止を追加して、組織の透過の組織 TUNEL 法の主要な手順が含まれます。
まず、興味の組織は生物学的構造を維持するために固定する必要があります。固定は、架橋タンパク質細胞内で動作します。Tunel、組織を 4 ° C で 4-24 時間 4% パラホルムアルデヒドを含むソリューションに追加することで解決できます。固定、cryosection 10 μ m 以下の薄いスライスに組織。
次のステップは透過は、TdT 酵素など試薬細胞核を貫通することができます。ティッシュ セクションの透過は 37 ° C で 5-15 分のプロティナーゼ K ソリューションに組織を追加することによって行うことが室温で 15-30 分間軌道シェーカーのリン酸緩衝生理食塩水で切片をすすいでください。
次の透過、TdT 酵素と蛍光に分類された dUTPs は、TUNEL 反応の補酵素として機能するコバルトを含むラベル バッファーと共に、ティッシュ セクションに追加されます。一緒に、TUNEL 反応混合物とティッシュ セクション 37 ° C、1-3 時間インキュベート、フェージングから蛍光を防ぐために光から保護します。
次の孵化、停止バッファーが TUNEL 反応を停止するティッシュ セクションに追加され短い潜伏後のセクションに洗われて、リン酸緩衝生理食塩水。最後に、蛍光顕微鏡を使用して、特定の組織内の TUNEL 陽性細胞の局在の評価は組織切片を蛍光タグ dUTP を使用して染色、可視化します。1 つは、単に与えられた組織切片における TUNEL 陽性細胞の割合を数えることによって細胞死を定量化できます。
アポトーシス細胞を検出する tunel を実行する方法を見てきた、この試金を使用して、細胞生物学者からの質問に対処する方法を見ていきましょう。
細胞死は不要な細胞の除去のための組織と構造、彫刻の開発の正常な部分として発生します。したがって、科学者研究に興味がこの現象アポトーシスに及ぼすさまざまな物質への出生前暴露開発中。ここでは、科学者たちは脳の発達に及ぼす出生前アルコール露出を調べることに興味があります。TUNEL 染色の結果は、胎児脳対照動物と比較してアルコールに曝露された組織で明らかに増加したアポトーシスに対して実行されます。
科学者は、細菌感染への応答でアポトーシスを調査するのに、tunel を使用するもできます。この実験では、科学者たちは、緑膿菌、肺の炎症を誘発するとマウスを注入することにより肺炎のモデルを開発しました。肺組織が摘出し、細菌感染への応答でアポトーシスを調べる TUNEL 染色を行った。結果は、細胞のアポトーシスが対照群と比較して、細菌に暴露したマウスの増加を示します。
最後に、TUNEL 染色使用できますひと腫瘍サンプルの薬に対する腫瘍の反応性を決定するために。この例では腫瘍のサンプルは人間の患者から収穫され体外培養します。次に、前臨床試験薬で治療され、TUNEL 法による応答を評価しました。得られたデータは、熱ショックタンパク質 90 を大幅抑制薬による治療が腫瘍組織のアポトーシスを増加を示します。
アポトーシス細胞を検出する、tunel を使用してゼウスのビデオを見てきただけ。このビデオは、TUNEL 染色、し手順プロトコル ティッシュ セクションで、tunel を実行するの背後にある原理を検討しました。このメソッド開発と病気の間にプログラムされた細胞死を理解する適用する方法も確認しました。いつも見てくれてありがとう!
The TUNEL assay is most commonly used to detect cells undergoing apoptosis, which is a form of programmed cell death. Apoptosis is an important biological process during development, and for maintaining tissue homeostasis. TUNEL staining allows for visualization and quantification of apoptotic cells. This helps scientists test efficacy of new treatments for disorders in which apoptosis is either inhibited, like in cancer, or enhanced, as in neurodegeneration.
This video will explain how the TUNEL assay can be used to label cells undergoing apoptosis, a step-by-step protocol for performing this method in tissue sections, and how researchers are applying this technique to understand mechanisms of cell death.
Before delving into the protocol of the TUNEL assay, let’s discuss the principles behind this technique.
One of the many hallmark characteristics of apoptosis is DNA fragmentation. How does DNA fragmentation occur? Apoptosis is carried out by enzymes called caspases present in the cytosol. Their primary role is to cleave proteins in order to dismantle the cell. In addition, caspases activate an enzyme called caspase-activated DNase, or CAD, by detaching it from its inhibitor—ICAD. Activated CAD is an endonuclease that travels to the nucleus and cleaves chromosomal DNA.
Cleavage of DNA ultimately causes accumulation of DNA fragments with nicked ends, and the TUNEL assay fluorescently labels these nicked ends of fragmented DNA, allowing scientists to detect apoptosis. But how does this happen? For that you have to understand the TUNEL reaction. TUNEL stands for terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick-end labeling. The two main TUNEL reagents are terminal deoxynucleotidyl transferase, or TdT, and deoxyuridine triphosphate, or dUTP, which may be fluorescently labeled for ease of detection.
In order to understand the TUNEL reaction, let’s go back to the apoptotic cells with DNA fragments. These nicked fragments have free 3′ hydroxyl groups. Once you add the TUNEL reagents to a sample containing apoptotic cells, the fluorescently labeled dUTPs attach to these 3′ hydroxyl groups with the help of the catalyst enzyme TdT. The cells stained using this procedure are called TUNEL positive cells, which can then be visualized using fluorescence microscopy.
Now that you understand the basic principles and concepts behind the TUNEL assay, let’s outline a general protocol for performing this technique in tissue sections. The major steps of the TUNEL assay include fixing the tissue of interest, permeabilization of the tissue, adding TUNEL reagents, stopping the TUNEL reaction, and finally the analysis.
First, the tissue of interest must be fixed in order to preserve biological structures. Fixation works by crosslinking proteins within cells. For the TUNEL assay, tissues can be fixed by adding them to a solution containing 4% paraformaldehyde for 4–24 hours at 4°C. After fixation, cryosection the tissue into thin slices of 10 µm or less.
The next step is permeabilization, which allows for reagents such as the TdT enzyme to penetrate the cell nucleus. Permeabilization of tissue sections can be performed by adding the tissue to proteinase K solution for 5–15 minutes at 37°C. Rinse tissue sections with phosphate buffered saline on an orbital shaker for 15–30 minutes at room temperature.
Following permeabilization, the TdT enzyme and fluorescently labeled dUTPs are added to the tissue sections, along with a labeling buffer containing cobalt that acts as a cofactor for the TUNEL reaction. Together, the TUNEL reaction mixture and the tissue section are incubated for 1–3 hours at 37°C, and protected from light to prevent the fluorescence from fading.
Following incubation, stop buffer is added to the tissue section to cease the TUNEL reaction, and after a short incubation the sections are washed with phosphate buffered saline. Finally, tissue sections stained using fluorescently tagged dUTP are visualized using fluorescence microscopy, and assessed for localization of TUNEL positive cells within a given tissue. One can quantify cell death simply by counting the percentage of TUNEL positive cells in a given tissue section.
Now that you’ve seen how to perform the TUNEL assay to detect apoptotic cells, let’s discuss how this assay can be used to address questions asked by cell biologists.
Cell death occurs as a normal part of development for the sculpting of tissues and structures, and for the elimination of unnecessary cells. Therefore, scientists interested in this phenomenon study the effect of prenatal exposure to different substances on apoptosis during development. Here, scientists were interested in examining the effect of prenatal alcohol exposure on brain development. The results of TUNEL staining performed on fetal brains revealed increased apoptosis in tissues that were prenatally exposed to alcohol, as compared to control animals.
Scientists also use the TUNEL assay to investigate apoptosis in response to bacterial infection. In this experiment, scientists developed a model of pneumonia by injecting mice with Pseudomonas aeruginosa, which induces lung inflammation. Then, lung tissue was removed and TUNEL staining was performed to examine apoptosis in response to the bacterial infection. Results show that apoptotic cell death increased in mice exposed to the bacteria, as compared to control animals.
Lastly, TUNEL staining can be used on human tumor samples, in order to determine tumor responsiveness to drugs. In this example, tumor samples were harvested from human patients and cultured ex vivo. Next, they were treated with pre-clinical drugs and assessed for a response using the TUNEL assay. Data obtained show that treatment with a drug that inhibits heat shock protein 90 significantly increases apoptosis in tumor tissue.
You’ve just watched JoVE’s video on using the TUNEL assay to detect cells undergoing apoptosis. This video reviewed the principles behind TUNEL staining, and a step-by-step protocol to perform the TUNEL assay on tissue sections. We also reviewed how this method could be applied to understand programmed cell death during development and disease. As always, thanks for watching!
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