5.12
Hybrydyzacja in-situ
Hybrydyzacja in situ (ISH) to technika stosowana do wykrywania i lokalizacji określonych cząsteczek DNA lub RNA w komórkach, tkankach lub skrawkach tk…
Hybrydyzacja in situ to technika stosowana do lokalizacji DNA lub RNA w hodowanych komórkach lub w chemicznie zachowanych skrawkach tkanek.
Hybrydyzacja RNA in situ służy do monitorowania ekspresji genu poprzez wykrywanie i ilościowe określanie określonych transkryptów mRNA.
Docelowe mRNA są wykrywane przez jednoniciowe, komplementarne sondy RNA, które są tworzone przez transkrypcję in vitro matrycy DNA lub syntetyzowane w reakcji chemicznej.
Sondy są znakowane radioaktywnymi izotopami, fluoroforami lub innymi cząsteczkami reporterowymi, takimi jak biotyna lub digoksygenina, które mogą być wiązane i wykrywane przez znakowane przeciwciało.
Hybrydyzacja RNA in situ składa się z czterech głównych etapów: utrwalania tkanek, przepuszczalności, hybrydyzacji i wykrywania.
Na początek świeża tkanka jest zbierana i poddawana obróbce chemicznej, aby zatrzymać wszelkie reakcje biochemiczne w tkance i zachować jej integralność strukturalną. Ta technika konserwacji nazywa się utrwalaniem tkanek.
Następnie białka i lipidy w tkance muszą zostać usunięte, aby sonda mogła uzyskać dostęp do docelowego RNA i związać go.
Aby zdegradować białka i przeniknąć przez błonę komórkową, próbka jest traktowana 0,2-molowym kwasem solnym i enzymami, takimi jak proteinazy, podczas gdy do rozkładu lipidów stosuje się detergenty.
Docelowy RNA jest następnie hybrydyzowany z sondami w temperaturze tuż poniżej temperatury topnienia hybrydy RNA-sonda. Pomaga to sondom w wyżarzaniu z komplementarnymi mRNA. Niezwiązane i luźno związane sondy są usuwane przez wykonanie kilku prań.
Metoda wykrywania sond hybrydowych zależy od rodzaju etykiety. Sondy radioaktywne są wystawione na klisze fotograficzne, podczas gdy sondy fluorescencyjne są widoczne pod mikroskopami fluorescencyjnymi.
W przypadku innych etykiet przeciwciała przeciwko cząsteczce reporterowej są oznaczane barwnikiem fluorescencyjnym lub kolorymetrycznym.
Wykrywanie zhybrydyzowanych sond ujawnia rozmieszczenie specyficznych mRNA wskazujących, gdzie dochodzi do ekspresji interesujących genów.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is in situ hybridization used for in molecular biology?
In situ hybridization is a technique that detects and localizes specific DNA or RNA molecules in cultured cells or preserved tissue sections. RNA in situ hybridization specifically monitors where genes are expressed by detecting and quantifying mRNA transcripts using complementary RNA probes labeled with radioactive isotopes, fluorophores, biotin, or digoxigenin for visualization.
Q2: What are the four main steps of RNA in situ hybridization?
The four main steps are tissue fixation, permeabilization, hybridization, and detection. Tissue fixation chemically preserves structural integrity. Permeabilization removes proteins and lipids using hydrochloric acid, proteinases, and detergents to allow probe access. Hybridization anneals probes to complementary mRNAs at controlled temperatures. Detection reveals mRNA distribution using methods suited to the probe label type.
Q3: How do different probe labels affect detection in in situ hybridization?
Detection methods depend on the probe label type. Radioactive probes are exposed to photographic films via autoradiography. Fluorescent probes are visualized under fluorescent microscopes. For other labels like biotin or digoxigenin, antibodies tagged with fluorescent or colorimetric dyes bind the reporter molecule for visualization, enabling flexible detection strategies.
Q4: What types of probes are used in in situ hybridization?
Multiple probe types are employed, including single-stranded DNA probes, double-stranded DNA probes, antisense RNA probes (riboprobes), and synthetic oligodeoxynucleotide probes. Probe selection depends on sensitivity, specificity, stability, and tissue penetration ability. These probes are complementary strands that bind to corresponding nucleotide sequences in cells or tissue samples.
Q5: Why is tissue permeabilization necessary in in situ hybridization?
Tissue permeabilization removes proteins and lipids that block probe access to target RNA. The sample is treated with hydrochloric acid and proteinases to degrade proteins and permeabilize cell membranes, while detergents break down lipids. This step ensures probes can penetrate tissue and successfully anneal with complementary mRNA sequences.
Q6: What are the advantages of in situ hybridization for gene expression analysis?
In situ hybridization can be applied to frozen tissues, maximizing use of difficult-to-obtain samples. It can be combined with other techniques like immunohistochemistry to detect both protein and active mRNA simultaneously. However, samples with low DNA and RNA copy numbers may present challenges for target identification.
Q7: How are probes labeled and detected in in situ hybridization?
Probes are labeled using radioisotopes (3H, 35S, 32P), non-radioactive labels (biotin, digoxigenin, fluorescein), or fluorescent dyes attached via end-labeling, nick-translation, or random primer synthesis. These labeled probes enable detection through reporter genes or antibodies tagged with fluorescent or colorimetric dyes, allowing visualization of hybridized target sequences.