Hierin beschreven wordt een PCR-gebaseerde assay genoemd SSPE-qPCR. Het doel van deze methode is te kwantificeren DPC reparatie op plasmide die DNA transfected in reparatie ontoereikend en bedreven zoogdiercellen. Deze test is zeer flexibel, snel, kwantitatieve en direct maatregelen reparatie activiteit. Hoewel dit verslag richt zich op het gebruik van deze methode om te studeren reparatie van DPCs, illustreren resultaten hieronder dat reparatie van een laesie die blokkeert polymerase Taq kan worden bestudeerd met behulp van deze methode.
De grondgedachte achter de ontwikkeling van deze methode is inzicht te krijgen in de mechanismen waardoor zoogdiercellen reparatie DPCs. In tegenstelling tot andere soorten DNA-beschadiging zijn DPCs enorm divers1,2. Studies hebben aangetoond dat honderden cellulaire eiwitten kruisverwijzende DNA en dat voor elke proteïne die er zijn, in principe, talrijke aminozuur zijketens die covalent op cellulaire DNA3kunnen worden aangesloten kunnen worden. Daarnaast zijn er talloze chemische bevestigingspunten voor eiwitten op de ruggengraat van DNA, met inbegrip van verschillende posities op de honken nucleotide alsmede op de ribose suiker4,5. Deze chemische diversiteit verhoogt het vooruitzicht dat verschillende biochemische pathways kunnen worden ingeroepen om te herstellen van verschillende soorten DPCs. Het was met deze bezorgdheid in het achterhoofd dat de SSPE-qPCR assay werd ontwikkeld.
Verscheidene technieken zijn ontwikkeld om het inzicht in de moleculaire biologie van cellulaire DPC reparatie. Het volgende overzicht van de belangrijkste benaderingen die zijn ontwikkeld, met een samenvatting van de belangrijkste sterke en zwakke punten elke bezitten. Het is benadrukt dat terwijl deze samenvatting is gewijd aan studies van DPC reparatie in zoogdiercellen cultuur systemen, belangrijke bijdragen aan het huidige model van DPC reparatie zijn aangebracht met microbiële en cel-vrije systemen die niet in dit besproken worden manuscript.
Misschien is de eenvoudigste strategie die kan worden genomen om inzicht in de genetica van DPC reparatie te beoordelen van de respectieve gevoeligheid voor celdood waargenomen in wild-type en gemuteerde cellen blootgesteld aan agentia die DPCs6,7 induceren. Deze strategie is relatief snel, goedkoop, en vereist geen gespecialiseerde deskundigheid voorbij de capaciteit uit te voeren fundamentele cel cultuur technieken. Tegenwicht deze voordelen zijn talrijke beperkingen aan deze benadering, met inbegrip van de volgende. Ten eerste, de bepaling niet direct meet DNA-herstel. De werkhypothese ten grondslag liggen aan deze strategie is dat mutaties in de genen coderend voor relevante reparatie eiwitten van het DNA inactiveren resultaten in een opeenstapeling van DNA die triggers geprogrammeerde celdood schade. Echter kunnen, mutaties in de genen coderend voor niet-DNA-reparatie eiwitten in principe, verbeteren (of verminderen) cellulaire gevoeligheid voor xenobioticum-veroorzaakte celdood. Ten tweede, agenten die DPCs steevast maakt andere soorten DNA-beschadiging veroorzaken (één uitzondering is 5-aza-2'-deoxycytadine, maar deze agent put ook cellulaire methyltransferase niveau8). Daarom is het denkbaar dat verbeterde cellulaire overgevoeligheid voor de agent in kwestie gebreken in reparatie van interstrand crosslinks of andere laesies kan weerspiegelen. Ten derde, zoals hierboven vermeld, DPCs vertegenwoordigen een enorm heterogene klasse bestaat uit verschillende soorten chemische crosslinks, waarbij verschillende eiwit partners. Het is mogelijk dat terwijl de reparatie van een of meer subtypen van deze letsels kan worden gewijzigd in een bepaalde genetische achtergrond, dit verschil niet voldoende zijn kan om aanzienlijk veranderen cellulaire overgevoeligheid voor dood veroorzaakt door deze agent. Kortom, terwijl deze strategie een aantrekkelijke uitgangspunt vormt, benadruk de beperkingen hierboven beschreven het belang van het nastreven van andere, meer directe methoden om te bestuderen van de kinetiek van DPC reparatie.
Een aantal verwante benaderingen hebben ontwikkeld om dit doel te bereiken. Bijvoorbeeld, hebben de onderzoekers methodes onderscheid maken tussen "vrije" DNA en 'eiwit gebonden' DNA9,10,11ontwikkeld. Met behulp van deze benaderingen, is het mogelijk om te vergelijken steady-state niveaus van DPCs of na blootstelling aan een agent DPC-producerende in verschillende genetische achtergronden. De twee strategieën die zijn wijdst gebruikt betrekken DPC-bevattende DNA scheiden van gratis DNA met een nitrocellulose membraan bindende strategie of KCl/SDS neerslag12,13. Bij de aanpak van de voormalige zijn cellen lysed en doorgegeven door een nitrocellulose filter. Omdat nitrocellulose eiwit bindt, behoudt het filter eiwit gekoppelde DNA, mooi gratis DNA te passeren. In de laatste strategie wordt eiwit gebonden DNA gescheiden van gratis DNA, gebaseerd op het feit dat SDS aan eiwit maar niet DNA bindt, en kan worden versneld door de toevoeging van KCl. Bijgevolg wordt DNA eiwit gekoppelde onoplosbare, terwijl niet-afhankelijke DNA in oplossing blijft. DPC-bevattende DNA kan vervolgens worden quantitated met behulp van radiolabeled thymidine (als cellen waren aanvankelijk metabolisch aangeduid) of door een DNA-selectieve fluorescente kleurstof zoals Hoechst 33258. Deze methoden zijn reproduceerbaar en vereisen een klein aantal stappen. Ze bieden echter geen informatie over de aard van de chemische dwarslijn waardoor eiwitten aan DNA is gekoppeld. Bovendien, het is belangrijk op te merken, deze tests kunnen overschatten DPC herstellen door het ten onrechte scoren onvolledig reparatie, dat wil zeggen, Proteolytische verwerking aan kleinere DNA-peptide crosslinks die niet mag zoals gemakkelijk gevangen of, als bonafide DNA geprecipiteerde reparatie.
Komeet testen kunnen worden gebruikt om te visualiseren DPC vorming in cellen14. In deze experimenten, de aanwezigheid van DPCs afname DNA migratie, die vervolgens kan worden teruggedraaid door de voorbehandeling met proteïnase K. De lengte van de staart kan daarom worden gebruikt om te schatten van DPC vorming. Echter, zoals hierboven vermeld, DPC-vormende drugs maken andere soorten DNA-beschadiging die staartlengte kon veranderen. Dit protocol is ook zeer technisch en vereist expertise en opleiding in confocale beeldbewerking.
Massaspectrometrie kan worden gebruikt om te studeren DPC reparatie kinetiek na behandeling met crosslinking agenten15,16,17. Deze experimenten cellen met DPC-vormende stoffen behandelen en isoleren van DPCs via Biotine vangen of fenol: chloroform (1:1) extractie. Massaspectrometrie kan vervolgens worden gebruikt om te identificeren van de kruisverwijzende eiwitten of kwantificeren van het bedrag van de DPCs gevormd na verloop van tijd. Het grote voordeel van deze aanpak is de aard van de geproduceerde gegevens. Het is mogelijk om juist de catalogus de soorten eiwitten die worden kruisverwijzende na blootstelling aan een xenobioticum, echter dit protocol is duur, tijdrovend en wordt beperkt door de aard van de dwarslijn die kan worden ontdekt.
Maizels et al. ontwikkeld een gevoelige 'RADAR' (snelle aanpak van DNA adduct herstel) assay voor het kwantificeren van de immunodetection van DNA-proteïne adducten evenals een ELISA gebaseerde RADAR assay18,19. Deze tests zijn vooral handig voor het overvullen van DNA-proteïne tussenproducten die Transient vormen in cellen en het genereren van monsters geschikt voor massaspectrometrie te identificeren van nieuwe eiwitten adducten. Deze immunodetection-test is afhankelijk van de beschikbaarheid van antilichamen tegen het vangen van de DNA-proteïne dwarslijn en daarom mogelijk niet voor het opsporen van aangetaste DNA-peptide adducten dat formulier tijdens reparatie van. Onlangs, een specifieke DPC herstel traject gekoppeld aan DNA-replicatie en een metalloprotease van de DNA-afhankelijke Spartan werd ontdekt in welk DPCs proteolyzed naar kleinere peptiden tijdens reparatie20,21 zijn. Erfelijke mutaties in dit gen worden geassocieerd met Ruijs-Aalfs syndroom bij de mens, een ziekte die wordt gekenmerkt door instabiliteit van het genoom, voortijdige veroudering en leverkanker22. Muizen met genetisch gemanipuleerde Spartaanse gene defecten weergeven soortgelijke fenotypen23
Gastheercel reactivering van transcriptionele activiteit is gebruikt voor het bestuderen van de reparatie van gedefinieerde laesies aanwezig op transfected plasmide DNA substraten24,25. In deze experimenten, met DPCs (of andere soorten DNA laesies) plasmide dat het blokkeren van de transcriptie van een verslaggever, zoals luciferase, zijn transfected in cellen. Metingen van de luminescentie genomen 24-72 uur later zijn vervolgens gecorreleerd met DPC herstellen. Echter deze indirecte reparatie-tests voor het opsporen van reparatie gebeurtenissen eerder dan 24 h na transfectie van niet in staat zijn en geen onderscheid tussen RNA polymerase bypass van gedeeltelijk gerepareerde substraten en volledige reparatie.
Elk van de hierboven beschreven methoden heeft voordelen en heeft bijgedragen tot het huidige model van DPC reparatie. Echter de SSPE-qPCR assay omzeilt enkele van de beperkingen die zijn gekoppeld aan deze andere benaderingen en bijgevolg meer specifieke inzicht DPC herstelmechanismes kan verschaffen. Bijvoorbeeld, kan de SSPE-qPCR bepaling direct meten reparatie van site-specific DPCs op DNA in intact zoogdiercellen. Deze methode is veelzijdig en is gebruikt voor het verkrijgen van reparatie resultaten na transfectie in hamster en menselijke cellijnen. De transfectie van het plasmide kan worden uitgevoerd met behulp van lipofection of electroporation in gekweekte zoogdiercellen cellijnen. Het zorgt er ook voor dat enige reparatie van gedefinieerde DPCs wordt gemeten, en niet van andere soorten DNA-beschadiging door meeste DPC-vormende agenten veroorzaakt. De SSPE-qPCR is gemakkelijk uit te voeren, goedkoop, en snel. Resultaten verkregen met behulp van deze test hebben zo spoedig 2 h post transfectie reparatie gebeurtenissen gedetecteerd. Met behulp van deze methode, kunnen variabelen die invloed op DPC reparatie resultaten hebben kunnen bestudeerd worden in een gevoelige en efficiënte wijze. Bijvoorbeeld, heeft de rol van transcriptie in DPC reparatie nog strikt worden geëvalueerd. Als gevolg van de flexibiliteit van de SSPE-qPCR test, kan het crosslinking-site van het DPC worden gemanipuleerd om deze vraag. Bovendien kan de invoering van een oorsprong van replicatie in het DPC-bevattende plasmide inspelen op de invloed van replicatie op DPC reparatie worden gebruikt. Bovendien kunnen meerdere crosslinks op het plasmide te bestuderen van de verschillen in de reparatie van een enkele DPC versus meerdere crosslinks worden gemaakt. Dit zijn vragen die zou moeilijk te beantwoorden met behulp van de chromosomale DNA maar kunnen gemakkelijk worden aangepakt met behulp van de bepaling van de SSPE-qPCR. Over het algemeen de SSPE-qPCR bepaling vereist gezuiverd, plasmide DNA in microgram hoeveelheden met een laesie van een bekende locatie. Adducten naast DPC kan worden gebruikt in deze test, echter moet de laesie kunnen blokkeren extensie door Taq polymerase.