본 프로토콜은 전신 조사에 노출된 후 마우스의 골 수 세포에서 염색체 간 안정 이상을 식별하는 데 있어 다중 형광 현장 혼성화(mFISH) 및 스펙트럼 핵형 분석(SKY)의 유용성을 설명합니다.
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본 프로토콜은 전신 조사에 노출된 후 마우스의 골 수 세포에서 염색체 간 안정 이상을 식별하는 데 있어 다중 형광 현장 혼성화(mFISH) 및 스펙트럼 핵형 분석(SKY)의 유용성을 설명합니다.
이온화 방사선(IR)은 수많은 안정 및 불안정한 염색체 이상을 유발합니다. 염색체 형태가 실질적으로 손상된 불안정한 이상(unstable aberrations)은 기존의 염색체 염색 기법으로 쉽게 식별할 수 있습니다. 그러나 염색체 형태학의 상당한 변형 없이 유전 물질의 교환 또는 전좌를 포함하는 안정적인 수차를 검출하려면 형광 제자리(in situ)로 널리 알려진 염색체 페인팅 기술인 형광 표지된 DNA 프로브의 현장 혼성화에 의존하는 정교한 염색체 페인팅 기술이 필요합니다 혼성화(FISH). FISH 프로브는 전체 염색체 또는 염색체의 정확한 하위 영역에 특이적일 수 있습니다. 이 방법은 안정적인 수차의 시각화를 가능하게 할 뿐만 아니라 특정 수차 형성과 관련된 염색체 또는 특정 DNA 염기서열을 검출할 수도 있습니다. 세포 유전학에서는 다양한 염색체 페인팅 기술을 사용할 수 있습니다. 여기에서는 전신 조사에 노출된 후 마우스의 골수 세포에서 형성되는 염색체 간 안정 이상을 식별하기 위해 mFISH(Multiple Fluorescence in situ hybridization)와 SKY(Spectral Karyotyping)라는 두 가지 고감도 방법에 대해 논의합니다. 두 기술 모두 형광 표지된 DNA 프로브에 의존하지만 검출 방법과 형광 신호의 이미지 획득 과정은 다릅니다. 이 두 가지 기술은 방사선 생물학, 암 세포 유전학, 후향적 방사선 생물선량 측정, 임상 세포 유전학, 진화 세포 유전학 및 비교 세포 유전학과 같은 다양한 연구 분야에서 사용되어 왔습니다.
방사선 유도 염색체 간 안정 이상을 식별하는 가장 신뢰할 수 있는 두 가지 방법은 두 개 이상의 염색체를 동시에 페인팅할 수 있는 다중 형광 제자리 혼성화(mFISH)와 게놈의 각 상동 염색체 쌍에 고유한 색상을 부여하는 스펙트럼 핵형 분석(SKY)입니다. 불안정한 수차와 달리, 안정된 수차는 본질적으로 지속적이며 방사선 조사된 집단에서 여러 세대에 걸쳐 전파될 수있으며1, 방사선 유발 세포유전학적 병변2의 중요한 분자 "서명"으로간주됩니다. 다양한 그룹의 연구에 따르면 안정적인 수차는 암을 포함한 여러 질병의 발병 및 발병과 관련이 있는 것으로 나타났습니다3. 염색체 페인팅(분자 세포 유전학이라고도 함) 시대 이전에는 기존의 G-밴딩 기술이 안정적인 염색체 이상을 감지하는 유일한 방법이었습니다. 그러나 염색체 밴딩은 해상도가 제한되고, 재현성이 불확실하며, 노동 집약적인 절차이고, 신뢰할 수 있는 데이터 해석을 위해 고도로 숙련되고 경험이 풍부한 세포유전학자가 필요하기 때문에 세포유전학자에게 도전이 됩니다4. 더욱이, 고전적인 밴딩 기법은 방사선 손상의 일반적인 결과인 두 개 이상의 염색체 간에 분포된 세 개 이상의 단절의 상호 작용을 포함하는 복잡한 염색체 재배열을 감지할 수 없습니다. 복잡한 수차는 방사선 노출 후 수년이 지난 후에도 개체에서 지속될 수 있으므로 후향적 생물선량 측정에 유용합니다5. 따라서 안정적인 염색체 재배열을 검출하기 위해 기존 밴딩 기술의 한계를 극복하기 위해 대안적인 접근법이 필요했습니다.
1960년대 후반, 방사성 물질로 표지된 핵산 프로브를 사용한 분자 혼성화에 대한 Gall과 Pardue(1969)의 선구적인 연구는 세포 유전학 분야에서 새로운 시대를 열었고, 6번 염색체에서 특정 DNA 염기서열을 검출할 수있었습니다. 그러나 분자 혼성화를 위한 방사성 프로브의 사용에는 몇 가지 단점이 있었습니다: 방사성 프로브는 상대적으로 불안정하고, 프로브 활성은 사용된 동위원소의 방사성 붕괴에 따라 달라지며, 혼성화에 더 오랜 시간이 걸리고, 해상도가 제한되며, 프로브는 상대적으로 비싸고, 방사성 물질은 건강에 해롭습니다. 따라서 비방사성 프로브를 개발하고 설계해야 했습니다. 1980년대와 1990년대에 형광 표지 핵산 프로브의 도입은 방사성 프로브의 한계를 극복하고 혼성화 기술의 안전성, 민감도 및 특이성을 크게 향상시켰습니다7-10. 형광 프로브는 적절한 여기 및 방출 필터가 장착된 형광 현미경으로 관찰할 때 매우 밝은 신호를 발생시킵니다. 형광 표지된 염색체 또는 염색체의 일부의 손실, 증가 또는 재배열은 이 FISH 기술로 쉽게 식별할 수 있습니다.
FISH 페인팅에 의한 염색체 이상 분석은 수년에 걸쳐 세포유전학 연구에서 현저한 진전을 이뤘습니다. 유전자좌 특이적 프로브에서 전체 염색체 페인팅 프로브에 이르기까지 특정 응용 분야를 위한 형광 표지 프로브를 설계하는 것은 이 분야를 크게 발전시켰습니다. 이것은 또한 기존의 염색체 밴딩으로는 불가능했던 미시적("비밀스러운") 재배열의 감지를 용이하게 했습니다. mFISH와 SKY에 의한 염색체 페인팅은 단순하고 복잡한 염색체 간 재배열을 식별하는 데 유용한 도구임이 입증되었습니다. 두 기술의 기본 원리는 비슷하지만 in situ hybridization 후 형광 신호의 검출 및 식별 방법과 이미지 획득 과정은 다릅니다. mFISH에서는 협대역통과 현미경 필터를 사용하여 4가지 형광 색소 각각의 개별 이미지를 캡처합니다. 그런 다음 전용 소프트웨어를 사용하여 이미지를 결합합니다. SKY에서 이미지 획득은 epifluorescence microscopy, charge-coupled device imaging 및 Fourier spectroscopy의 조합을 기반으로 하며, 이를 통해 모든 이미지 포인트에서 단일 노출로 전체 방출 스펙트럼을 측정할 수 있습니다. mFISH와 SKY에서 흑백 이미지는 독립적으로 캡처된 다음 병합되고, 마지막으로 각 형광 프로브에 부착된 특정 염료를 기반으로 단색 이미지의 염색체에 고유한 의사 색상이 할당됩니다.
방사선 생물학 분야에서 mFISH와 SKY 분석의 기여는 주목할 만하며, 특히 IR(방사선 생물선량 측정)11-14, 방사선 발암 위험 평가15, 방사선 요법 관련 2차 암의 탐지 및 위험 추정16에 대한 인체 노출의 후향적 선량 추정에 기여하고 있습니다. 쥐를 대상으로 한 최근 연구에 따르면 FISH 기반 염색체 페인팅 기법도 방사선 대책17의 효능을 평가하는 데 중요한 도구인 것으로 나타났습니다. 본 연구에서는 mFISH와 SKY 기법을 사용하여 생쥐의 골수 세포에서 안정적인 염색체 이상 유도에 대한 전신 방사선 노출의 영향을 입증했습니다.
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모든 동물 연구는 국립 보건원 (National Institutes of Health)의 실험 동물의 관리 및 사용에 대한 가이드의 권장 사항을 엄격히 준수하여 수행 하였다. 동물 프로토콜은 의료 과학에 대한 아칸소 대학의 기관 동물 관리 및 사용위원회에 의해 승인되었다. 신선한 공기와 표준 설치류 음식과 물을 무료로 이용할 수의 15 시간당 사이클 - 모든 동물은 10 20 ± 2 ℃에서 표준 에어컨 동물 시설에서 보관 하였다. 도착 후, 마우스 1 주일 동안 격리에서 개최하고 인증 설치류 식사를 제공했다.
1.Radiation 노출 및 중기 세포의 생체 체포에
2. 골수 세포 수확 및 밀도 구배 원심 분리하여 골수 단핵 세포의 분리
중기 세포 스프레드 3. 준비
mFISH 4. 마우스 염색체 페인팅
5. 스펙트럼 핵형 마우스 염색체의 (SKY)
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전신 방사선 조사 된 마우스의 골수 세포에서 다수의 염색체 수차를 유도한다. 현재 프로토콜은 방사선 조사 후 골수 세포의 생체 유사 분열 정지를 위해 최적화되고, 밀도 구배 원심 분리, 중기 세포 퍼짐의 제조 및 후속 의해 조사 생쥐 골수 단핵 세포의 분리의 뒷다리 골수 세포의 수확 mFISH과 SKY 기술에 의해 방사선 유발 안정적인 염색체 이상 검출. 염색체 이들 기술은 검색 및 다양한 병태 생리 학적 증상의 위험을 평가하는 데 이용 될 수 그림.
도 1은 대표적인 중기 세포는 정상 및 비정상 마우스 염색체 쌍-1, -2, -3에 확산 나타낸다. 그림 2는 정상 및 비정상 마우스 중기 염색체의 스펙트럼 핵형을 보여줍니다.이러한 결과는 전리 방사선 것은 주로 다양한 세포 유형으로자가...
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몇 가지 중요한 단계는 mFISH과 SKY의 성공을 결정합니다. 첫번째 가장 중요한 단계는 골수 단핵 세포의 생체 유사 분열 정지를위한 콜히친 처리를 최적화한다. 콜히친 농도와 처리 시간을 개별적으로 또는 콘서트에 효과적인 염색체 그림의 유사 분열 지수뿐만 아니라 염색체 응축 - 두 가지 중요한 전제 조건을 결정한다. 높은 콜히친 농도 이상 처리 시간은 적절한 변성과 하이브리드에 대한 호환되지 않는 매우 응축 된 염색체로 연결됩니다. 또한, 응축 된 염색체와 확산 중기 세포의 복잡한 재 배열의 정확한 식별은 달성하기 쉬운 일이 아니다. 22, 26g 사이의 체중을 가진 마우스에서 2 시간 동안 100 μL 0.05 % 콜히친의 복강 내 투여는 중기 세포의 충분한 수가 약간 좁은 염색체 확산 생성한다. 두번째 중요한 단계는 저장성 처리이다.볼륨, 처리 시간, 및 저장성 용액 영향 염색체 형태학의 온도와 유리 슬라이드 상 염색체 확산. 짧은 시간 또는 서브 - 최적의 온도에서 저장 액 처리 중첩 염색체 확산 중기 ...
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저자는 경쟁하는 금전적 이해관계가 없음을 선언합니다.
본 연구는 국립 항공 우주국 통해 아칸소 공간 그랜트 협회와 국립 우주 바이오 메디컬 연구소에 의해 지원되었다, 부여 NNX15AK32A (RP) 및 RE03701 (MH-J), 및 P20의 GM109005 (MH-J), 미국 재향 군인의 관리 ( MH-J). 우리는 원고의 준비 편집 지원 크리스토퍼 Fettes, 의료 과학 아칸소 대학의 환경 및 산업 보건학과에 대한 프로그램 코디네이터, 감사합니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 포름 아미드 | 시그마 - 알드리치 | 221198-100ML | |
| SSC 버퍼 20 회; Concentrate | Sigma-Aldrich | S6639-1L | |
| SKY 실험실 시약 마우스 | 응용 스펙트럼 이미징 | FPRPR0030/M40 | |
| CAD - 집중 항체 검출 키트 | 응용 스펙트럼 이미징 | FPRPR0033 | |
| 단일 페인트 맞춤형 - 3가지 색상; 마우스 염색체 1: 빨간색, 마우스 염색체 2: 녹색, 마우스 염색체 3: 아쿠아 | 응용 스펙트럼 이미징 | FPRPR0182/10 | |
| 유리 커버슬립 | Fisher Scientific | 12-545B | |
| 트윈 20 | Fisher Scientific | BP337-100 | |
| 염산, 37%, Acros | Organics Fisher Scientific | AC45055-0025 | |
| Fisherbrand 유리 염색 접시 나사 캡 포함 | Fisher Scientific | 08-816 | |
| KaryoMAX 염화칼륨 용액 | Life Technologies | 10575-090 | |
| Fisherbrand Superfrost Plus 현미경 슬라이드 | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
| 콜세미드 분말 | Fisher Scientific | 50-464-757 | |
| 히스토파크-1083 | Sigma-Aldrich | 10831 | |
| Shepherd Mark I, 모델 25 137Cs 조사기 | J. L. Shepherd & Associates | 모델 484B | |
| 주사기 1 mL | BD Biosciences | 647911 | |
| 에틸 알코올, 200 Proof | Fisher Scientific | MEX02761 | |
| PBS, (1x PBS Liq.), 칼슘 및 마그네슘 없음 | Fisher Scientific | ICN1860454 | |
| 소 태아 혈청 | Fisher Scientific | 10-437-010 | |
| 메탄올 | Fisher Scientific | A454SK-4 | |
| 빙하 아세트산 | Fisher Scientific | AC295320010 | |
| Zeiss 현미경 | Zeiss | AXIO Imager.Z2 |
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