Hier beschrijven we een gevoelige immunochemische methode voor het in kaart brengen van de ruimtelijke verdeling van 5mC-oxidatiederivaten op basis van het gebruik van peroxidase-geconjugeerde secundaire antilichamen en tyramide-signaalversterking.
Methodenartikel
Hier beschrijven we een gevoelige immunochemische methode voor het in kaart brengen van de ruimtelijke verdeling van 5mC-oxidatiederivaten op basis van het gebruik van peroxidase-geconjugeerde secundaire antilichamen en tyramide-signaalversterking.
Methylatie van cytosinebasen (5-methylcytosine, 5mC) die voorkomt in vertebratengenomen wordt meestal geassocieerd met transcriptionele silencing. 5-hydroxylmethylcytosine (5hmC), 5-formylcytosine (5fC) en 5-carboxylcytosine (5caC) zijn de recent ontdekte gemodificeerde cytosinebasen die geproduceerd worden door enzymatische oxidatie van 5mC, waarvan de biologische functies relatief onduidelijk blijven. Er zijn een aantal benaderingen, variërend van biochemische tot op antilichamen gebaseerde technieken, gebruikt om de genomische verdeling en globale inhoud van deze modificaties in verschillende biologische systemen te bestuderen. Hoewel sommige van deze benaderingen nuttig kunnen zijn voor kwantitatieve beoordeling van deze gemodificeerde vormen van 5mC, bieden de meeste van deze methoden geen ruimtelijke informatie over de verdeling van deze DNA-modificaties in verschillende celtypen, wat nodig is voor een correct begrip van hun functionele rollen. Hier presenteren we een zeer gevoelige methode voor immunochemische detectie van de gemodificeerde vormen van cytosine. Deze methode maakt co-detectie van deze epigenetische markeringen met eiwitlijnmarkers mogelijk en kan worden gebruikt om hun nucleaire lokalisatie te bestuderen, en draagt zo bij aan het ontcijferen van hun potentiële biologische rollen in verschillende experimentele contexten.
Methylatie van cytosine basen in DNA (5MC) vormt een belangrijke epigenetische merk gevonden in gewervelde dieren genomen in verband met transcriptie silencing 1. 5MC wordt geïntroduceerd en beheerd door DNA-methyltransferase 2-5, en is aangetoond dat het een belangrijke rol spelen bij een aantal biologische processen, waaronder genomische imprinting, X-chromosoom inactivatie, cellulaire differentiatie en ontwikkeling 3, 6. Bijgevolg verstoring van 5MC genomische patronen wordt geassocieerd met een aantal ziekten 7, 8-11. Ondanks de vooruitgang in het begrijpen 5MC rol bij ontwikkeling en ziekte, is het nog altijd grotendeels onbekend hoe deze markering wordt verwijderd ontwikkelen en volwassen weefsels. Verschillende mogelijke mechanismen van DNA demethylering onlangs voorgesteld de actieve en passieve mechanismen demethylering 12, 13, 14, 15. Ontdekking van de producten van de sequentiële oxidatie 5MC gemedieerd door 10-11 translocatie enzymes (tet1 / 2/3), zoals 5-hydroxylmethylcytosine (5hmC), 5-formylcytosine (5fC) en 5-carboxylcytosine (5caC) in eukaryotische DNA 16, 17, 18, 19 gevraagd speculaties of zij als tussenproducten kunnen dienen DNA demethylering processen of fungeren als stabiel epigenetische merken in hun eigen recht 13. Terwijl de demonstratie dat het onderdeel van de base excisie reparatie, thymine-DNA glycosylase (TDG) kan binden en verwijder beide 5fC en 5caC uit DNA 19, 20 suggereert een rol voor de gewijzigde 5MC derivaten in een actieve DNA demethylering. Recent bewijs dat 5fC / 5caC de snelheid van RNA II processivity punten kunnen moduleren op mogelijke betrokkenheid van deze merken in gentranscriptieregulatie 29. Vanwege deze potentiële biologische belang van geoxideerde vormen van 5MC hebben verschillende biochemische en antilichaam-gebaseerde technieken toegepast voor het bestuderen van hun genomische distributie en wereldwijde content 16, 19-24.
Aangezien de meeste tHij vertebrate organen bestaan uit verschillende celtypes en dat de verdeling van gemodificeerde basen cytosine is weefsel en celtype-specifieke 16-18, 20, 23, 25-27, het bepalen van de ruimtelijke verdeling van geoxideerde 5MC derivaten in verschillende weefsels wordt een belangrijke experimentele taak die nodig zijn voor het onthullen van hun biologische functies. De meeste biochemische en antilichaam-gebaseerde benaderingen geven geen ruimtelijke informatie over de verdeling van de gemodificeerde vormen van 5MC in verschillende weefsels en celtypen. Daarentegen kan immunochemie gebaseerde technieken een snelle beoordeling mogelijk maakt de ruimtelijke verdeling en nucleaire lokalisatie van 5MC 28 en geoxideerde derivaten 20 te verschaffen. Dat wordt gezegd, de gerapporteerde zeer lage overvloed aan 5fC (20 op de 10 6 cytosine) en 5caC (3 op de 10 6 cytosine) in de muis genoom 18 is een belangrijke uitdaging voor de standaard immunochemische.
Hier,We beschrijven een zeer gevoelige methode die immunochemische robuust en levert een snelle detectie van geoxideerde vorm van cytosine in zoogdieren hersenweefsel. Door de integratie peroxidase-geconjugeerde secundaire antilichamen gekoppeld aan een signaal amplificatiestap, deze methode omzeilt de problemen van het detecteren van de zeer kleine hoeveelheden in 5fC en 5caC. Daarnaast kan deze techniek gebruikt worden om samen detecteren gemodificeerde vormen van cytosine met lijnspecifieke markers, effectief aanvulling op andere benaderingen in het ophelderen van de biologische functies van deze epigenetische markeringen.
Alle dieren betrokken procedures werden uitgevoerd in overeenstemming met de Universiteit van Nottingham ethische toetsing boord.
1. selecteren van geschikte Tissue Voorbereiding voor Immunokleuring
2. ontwassen paraffine ingebedde weefselcoupes < / P>
3. Fixatie en permeabilisatie van Cryo-en Microtoom Secties
De verdeling van 5hmC in hersenweefsel secties bepalen, voerden wij co-detectie van deze epigenetische modificatie met een marker voor post-mitotische neuronen, NeuN, gebruik commerciële anti-5hmC antilichaam dat specifiek interageert met dit merkteken maar niet met andere vormen van gemodificeerd cytosine 20, 25. Immunohistochemische analyse van 5hmC en 5caC verdelingen in de volwassen hersenen bleek dat dat de prominente 5hmC kleuring co-lokaliseert met NeuN positieve cellen, NeuN-negatieve gliacellen bezitten lagere genomisch 5hmC (figuur 1) 20.
We hebben onlangs bleek dat Tet-afhankelijke 5MC oxidatie werkzaam is tijdens lineage specificatie van neurale stamcellen (NSCs) 20. Ondanks het feit dat immunochemisch niet op te sporen in NSCs, 5fC en 5caC vertonen prominent immunokleuring in een vroeg stadium van NSCs differentiatie in de richting van een neuronale nd gliale lijnen. Beide merken voorbijgaand accumuleren gelijktijdig met het uiterlijk van de markers van de vroege neuronale en gliacellen differentiatie 20. De verdeling van 5caC te differentiëren NSCs voerden wij co-kleuring van het teken met een gliale marker GFAP op het vaste kweken van NSC op 3 dagen na inductie van gliale differentiatie bepalen. In tegenstelling tot NSCs of rijpe astrocyten (gegevens niet getoond) observeerden we sterk 5caC signaal relatief groot gedeelte van de cellen die GFAP in deze kweken (figuur 2) 20.

Figuur 1. Co-immunokleuring van 5hmC (groen) met Neun (rood) in de Adult Brain Tissue tegengekleurd met DAPI (blauw). Individuele kanalen en de samengevoegde weergave worden getoond. Schaal bars zijn 25 urn.blank "> Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2. Co-immunokleuring van 5caC met GFAP in de cultuur van NSC op dag 3 van Glial Differentiatie. Individuele kanalen en de samengevoegde weergave worden getoond. Schaal bars zijn 20 urn. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Hoewel de gerapporteerde geringe hoeveelheden 5MC oxidatie derivaten 5fC en 5caC in sommige weefsels belangrijke beperkingen zou doen voor een standaard immunochemische protocol, de opname van peroxidase-geconjugeerde secundaire antilichamen kon de detectie van deze cytosine wijzigingen gefixeerde weefsels en cellen (figuur 2) . Echter, de optimale incubatietijd met tyramide oplossing experimenteel worden geoptimaliseerd voor elke afzonderlijke partij tyramide signaalamplificatie kit waarin een lineaire relatie tussen de signaalintensiteit en duur van tyramide gebaseerde signaalversterking waargenomen, zie voor details Almeida et al. 2012 26 . Bovendien kan de signaal / achtergrond verhouding significant verbeterd door het uitvoeren van de wassen in een Coplin jar om efficiënte verwijdering van overmaat antilichamen mogelijk. Na incubatie met tyramide oplossing, is het belangrijk de reactie door wassen in PBT oplossing voor d onmiddellijk stoppenaling achtergrond kleuring. Het is essentieel niet om de secties drogen op enig moment tijdens de procedure.
De efficiëntie van DNA depurinering kan worden verbeterd door het uitvoeren van de depurinering reactie bij 37 ° C. Tijdens het gebruik van 4N HCl in plaats van 2 N verbetert de kleuring van de gemodificeerde vormen van 5MC gebruik 4 N HCl DNA depurinering zou niet toestaan co-kleuring met DAPI, omdat deze uitsluitend samenwerkt met dubbelstrengs DNA.
Hoewel deze techniek robuuste semi-kwantitatieve evaluatie van de gemodificeerde vormen van cytosine basen wanneer detecteerbaar kunnen verschaffen, kan het niet worden gebruikt voor het evalueren van de absolute niveaus van 5MC of zijn oxidatie derivaten. Daarom raden wij het gebruik van andere aanvullende maar kwantitatieve benaderingen 16, 19 -24. Sinds de ontdekking van 5MC oxidatie derivaten zoogdieren genomen, zijn verschillende methoden ontwikkeld om de biologische rol 16, 19-24 bestuderen. Hoewel deze approaches kan waardevol zijn bij het bepalen van de absolute niveaus van 5MC oxidatie derivaten zijn, hebben ze geen informatie te verstrekken over hun ruimtelijke verdeling 20, 26. We hebben met succes gebruik gemaakt van de hier beschreven methode om de ruimtelijke verdeling en lokalisatie van 5MC oxidatie derivaten in verschillende celtypen in kaart van de zich ontwikkelende en volwassen hersenen 20
Door de onthulling van hun ruimtelijke verdeling 20 Deze techniek kan cruciaal zijn voor het begrijpen van de biologische gevolgen en het lot van geoxideerde derivaten van 5MC in verschillende biologische contexten waarin deze gemodificeerde derivaten van 5MC kan worden gedetecteerd zoals cellulaire differentiatie, ontwikkeling en ziekte. Bovendien kan de methode hier beschreven semi-kwantitatieve evaluatie van de geoxideerde derivaten van 5MC in verschillende weefsels geven door het bepalen van de kinetiek van peroxidase reactie (die evenredig is met de kleurintensiteit) op verschillende incubatietijden met tyramide 26.
De auteurs verklaren geen belangenconflict.
Wij danken de Advanced Microscopy Unit (School of Life Sciences, University of Nottingham) en het Histology-team van de MRC Human Reproductive Sciences Unit (Edinburgh), het Institute of Neuroscience bij de ULB en de FNRS voor hun hulp en ondersteuning. Dit werk werd ondersteund door MRC (MR/L001047/1 aan A.D.J.).
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Coplin potje | Cole-Parmer | UY-48585-30 | Van glas gemaakt |
| XYleen | Alleen gebruiken in Klasse II veiligheidskast | ||
| Fosfaat bufferoplossing met zout (PBS) | Fisher Scientific | 12821680 | pH 7.5, gefilterd voor gebruik |
| 4% paraformaldehyde (PFA) | Sigma Aldrich | P6148 | Eenmaal gemaakt kan het worden bewaard bij -20 °C in aliquoten voor meerdere maanden |
| 4% formaldehyde (FA) | Sigma Aldrich | F8775 | Eenmaal gemaakt kan het worden bewaard bij -20 °C in aliquoten voor meerdere maanden |
| Ethanol, watervrij gedenatureerd, histologisch kwaliteit | Sigma Aldrich | 64-17-5 | 95, 75, 50% in PBS |
| 0.01% Tween 20 in PBS | Sigma Aldrich | P9416 | PBT |
| 0.5% Triton X-100 in PBS | Sigma Aldrich | X100 | PBX |
| 2 N HCl | Sigma Aldrich | 71826 | Voorzichtig, extreem toxisch |
| 100 mM Tris-HCl | Promega | H5121 | pH aangepast naar 8.5 |
| Hydrofobe barrière pen | Abcam | ab2601 | voor immunohistologie |
| Glijvochtkamer | Scientific Device Laboratory | 197-BL | |
| Anti-5mC muis antilichaam | Diagenode | C15200081 | monoklonaal primair antilichaam |
| Anti-5hmC antilichaam | Active Motif | 39791 | konijn polyklonaal primair antilichaam |
| Anti-5caC antilichaam | Active Motif | 61225 | konijn polyklonaal primair antilichaam |
| Peroxidase-geconjugeerd anti-konijn secundair antilichaam | Dako | K1497 | |
| 555-geconjugeerd geiten anti-muis antilichaam | Molecular probes | A-11005 | secundair antilichaam |
| 10% BSA | Sigma Aldrich | A9418 | Blokkingsoplossing |
| 22 x 32 mm glazen dekglasjes | BDH | 406/0188/24 | |
| Tyramide Signaalversterkingssysteem | Perkin Elmer | NEL741001KT | Andere met fluorochroom geconjugeerde secundaire antilichamen kunnen worden gebruikt voor co-detectie van oxi-5mC |
| Montagemedium met DAPI | Vector Labs | H-1200 | |
| Kleurloze nagellak | |||
| Kippen polyklonaal anti-GFAP polyklonaal antilichaam | Thermo Scientific | PA5-18598 | 1:400 verdunning |
| Anti-NeuN muis monoklonaal antilichaam | Merck milipore | MAB377B | 1:400 verdunning |