Ten protokół opisuje metodę wizualizacji białka sygnalizacyjnego dwuniciowego DNA, aktywowanego w odpowiedzi na uszkodzenie DNA, jak również jego lokalizacji podczas mitozy.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół opisuje metodę wizualizacji białka sygnalizacyjnego dwuniciowego DNA, aktywowanego w odpowiedzi na uszkodzenie DNA, jak również jego lokalizacji podczas mitozy.
Pęknięcia dwuniciowe (DSB) są najbardziej szkodliwymi uszkodzeniami DNA, jakie może napotkać komórka. Jeśli nie zostaną naprawione, DSB mają ogromny potencjał do generowania mutacji i aberracji chromosomowych1. Aby zapobiec katalizowaniu niestabilności genomu przez tę traumę, ważne jest, aby komórki wykrywały DSB, aktywowały odpowiedź na uszkodzenie DNA (DDR) i naprawiały DNA. Po stymulacji DDR działa w celu zachowania integralności genomu, wyzwalając zatrzymanie cyklu komórkowego, aby umożliwić naprawę lub zmusić komórkę do poddania się apoptozie. Dominujące mechanizmy naprawy DSB zachodzą poprzez niehomologiczne łączenie końców (NHEJ) i naprawę rekombinacji homologicznej (HRR) (omówione w2). Istnieje wiele białek, których aktywność musi być precyzyjnie zaaranżowana, aby DDR działała prawidłowo. W niniejszym artykule opisano metodę 2- i 3-wymiarowej (D) wizualizacji jednego z tych białek, 53BP1.
Białko wiążące p53 1 (53BP1) lokalizuje się w obszarach DSB, wiążąc się ze zmodyfikowanymi histonami3,4, tworząc ogniska w ciągu 5-15 minut5. Uważa się, że modyfikacje histonów i rekrutacja 53BP1 i innych białek DDR do miejsc DSB ułatwiają strukturalne przegrupowanie chromatyny wokół obszarów uszkodzenia i przyczyniają się do naprawy DNA6. Poza bezpośrednim udziałem w naprawie, opisano dodatkowe role 53BP1 w DDR, takie jak regulacja punktu kontrolnego wewnątrz S, punktu kontrolnego G2 / M i aktywacja dalszych białek DDR7-9. Niedawno odkryto, że 53BP1 nie tworzy ognisk w odpowiedzi na uszkodzenia DNA wywołane podczas mitozy, zamiast tego czeka, aż komórki wejdą do G1 przed lokalizacją w pobliżu DSB6. Stwierdzono, że białka DDR, takie jak 53BP1, wiążą się ze strukturami mitotycznymi (takimi jak kinetochory) podczas progresji przez mitozę10.
W tym protokole opisujemy użycie obrazowania żywych komórek 2- i 3D do wizualizacji powstawania ognisk 53BP1 w odpowiedzi na czynnik uszkadzający DNA kamptotecyny (CPT), a także zachowanie 53BP1 podczas mitozy. Kamptotekyna jest inhibitorem topoizomerazy I, który głównie powoduje DSB podczas replikacji DNA. Aby to osiągnąć, użyliśmy wcześniej opisanego konstruktu fluorescencyjnego białka fuzyjnego 53BP1-mCherry składającego się z domeny białkowej 53BP1 zdolnej do wiązania DSB11. Ponadto użyliśmy konstruktu fluorescencyjnego białka fuzyjnego H2B-GFP, który jest w stanie monitorować dynamikę chromatyny w całym cyklu komórkowym, ale w szczególności podczas mitozy12. Obrazowanie żywych komórek w wielu wymiarach jest doskonałym narzędziem do pogłębienia naszej wiedzy na temat funkcji białek DDR w komórkach eukariotycznych.
A. Przygotowanie komórek
B. Konfiguracja mikroskopu i akwizycja obrazu
Ten protokół został opracowany przy użyciu mikroskopu konfokalnego Zeiss Cell Observer SD z wirującym dyskiem wyposażonym w statyw AxioObserver Z1, dwukanałowego dysku wirującego Yokagawa CSU-X1A 5000, 2 kamer Photometrics QuantEM 512SC emCCD, oświetlacza światłowodowego HXP 120C, 4 laserów (wieloliniowy Argon Lasos 100mW [458, 488, 514 nm], dioda 50 mW 405 nm, dioda 40 mW 561 nm, i dioda 30 mW 635 nm), AOTF, system inkubacji Pecon XL multiS1 stage, moduły inkubacyjne Zeiss (O2 Module S, CO2 Module S, TempModule S, Heating Unit XL S) oraz Prior zmotoryzowany stopień XY z wkładką NanoScanZ piezo Z. Aby zminimalizować aberracje sferyczne podczas obrazowania żywych komórek podpartych w środowisku wodnym, zastosowano soczewkę obiektywową C-Apochromat 63x/1,20 Water/Corr oraz płyn zanurzeniowy Zeiss Immersol W (o współczynniku załamania światła n = 1,334). Do 2-kanałowego obrazowania konfokalnego zastosowano zwierciadło dichroiczne RQFT 405/488/568/647 oraz filtry emisyjne BP525/50 (zielony) i BP629/62 (czerwony). Użyto oprogramowania systemowego Zeiss Axiovision (ver. 4.8.2.0) z modułami AV4 Multi-channel/Z/T, Fast Imaging, Physiology, MosaiX, Mark & Find, Dual Camera, Inside 4D, Autofocus i 3-D Deconvolution.
C. Przetwarzanie i analiza obrazu
Ten protokół został opracowany przy użyciu oprogramowania Volocity (PerkinElmer). Oprogramowanie wykorzystywane do pozyskiwania tych danych (AxioVision) posiada również możliwość przetwarzania i analizy obrazów. Użytkownicy są zachęcani do korzystania z dostępnego dla nich oprogramowania i zapoznania się z odpowiednią literaturą dotyczącą ich zastosowania.
D. Reprezentatywne wyniki
Przykład powstawania ognisk 53BP1 w odpowiedzi na CPT pokazano na rysunku 1. Komórki wystawione na działanie CPT tworzą ogniska w ciągu 5-10 minut i utrzymują te ogniska przez cały czas trwania zapisu. Jak pokazano na rysunku 2, 53BP1 dysocjuje od chromatyny na początku mitozy, tworząc cienką mgiełkę wokół kondensujących się chromosomów. Gdy zachodzi telofaza i mitoza dobiega końca, 53BP1 ponownie agreguje się w odrębne ogniska. Chociaż komórki HEK293 nie były narażone na działanie CPT, niemniej jednak utworzyły obfite, spontaniczne ogniska naprawcze 53BP1 generowane przez endogenne uszkodzenie DNA. Obserwacja ta pozwoliła nam stwierdzić, że 53BP1 nie tworzy ognisk podczas wczesnej mitozy, zgodnie z poprzednim raportem wykazującym podobny efekt po ekspozycji komórek na promieniowanie jonizujące i leki radiomimetyczne 5.

Rysunek 1. Kamptotecyna (10 μM) powoduje powstawanie ognisk DSB i 53BP1 w cyklicznych fibroblastach w ciągu 30 minut od dodania leku do pożywki.

Rysunek 2. 53BP1 nie tworzy ognisk podczas mitozy aż do telofazy/G1 w komórkach HEK293.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Utrzymanie integralności genomu ma kluczowe znaczenie dla przetrwania komórek. Niezachowanie genomu skutkuje przedwczesnym starzeniem się, kancerogenezą lub śmiercią 8. Istnieje duże zainteresowanie poznaniem, jak funkcjonuje DDR, co wynika z jego znaczenia zarówno dla badań podstawowych, jak i klinicznych. Na przestrzeni lat opracowano wiele technik, które pomagają w badaniu, w jaki sposób komórki wykrywają i naprawiają uszkodzenia DNA. Tradycyjne metody, takie jak immunocytochemia i western blotting, były p...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Nie stwierdzono konfliktu interesów.
Częściowo wspierane przez R01NS064593 i R21ES016636 (K.V.). Mikroskopia została wykonana w VCU - Department of Neurobiology & Anatomy Microscopy Facility, wspieranym częściowo przez finansowanie z grantu podstawowego NIH-NINDS Center 5P30NS047463. Mikroskop konfokalny z wirującym dyskiem został zakupiony z nagrodą NIH-NCRR (1S10RR027957).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Naczynia hodowlane CellStar | Greiner Bio-one | ||
| FluroDish naczynia ze szklanym dnem | World Precision Instruments, Inc. | ||
| MEM media | GIBCO | ||
| Aminokwasy endogenne | GIBCO | ||
| Aminokwasy | GIBCO | ||
| Witaminy | GIBCO | ||
| Pirogronian sodu | Invitrogen | ||
| Penicylina/Streptomycyna | Hyklon | ||
| Płodowa surowica | bydlęcaGIBCO | ||
| N-Myc-53BP1 WT pLPC-Puro; plazmid 19836 | Addgene | ||
| pCLNR-H2BG; plazmid 17735 | Addgene | ||
| SuperFect | Qiagen | ||
| Zeiss Cell Observer SD | Zeiss | ||
| AxioVision (wydanie 4.8.2) | Zeiss | ||
| Zeiss Immersol W Oil | Oprogramowanie Zeiss | ||
| Volocity ( wersja 6.0) | PerkinElmer |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie