Ten protokół opisuje techniki kwantyfikacji i charakterystyki aberracji chromosomowych in vitro w makrofagach myszy RAW264.7 po leczeniu cząstkami powietrza atmosferycznego.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół opisuje techniki kwantyfikacji i charakterystyki aberracji chromosomowych in vitro w makrofagach myszy RAW264.7 po leczeniu cząstkami powietrza atmosferycznego.
Narażenie na pył zawieszony (PM) jest głównym problemem zdrowotnym na świecie, który może uszkodzić różne składniki komórkowe, w tym jądrowy materiał genetyczny. Aby ocenić wpływ PM na jądrową integralność genetyczną, w rozprzestrzenianiu się metafaz mysich komórek makrofagowych RAW264.7 ocenia się strukturalne aberracje chromosomowe. Cząstki stałe są zbierane z powietrza otoczenia za pomocą próbnika cząstek zawieszonych o dużej objętości. Zebrany materiał jest rozpuszczany i filtrowany w celu zachowania rozpuszczalnej w wodzie, drobnej porcji. Cząstki są charakteryzowane pod względem składu chemicznego za pomocą spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR). Różne stężenia zawiesiny cząstek dodaje się do hodowli in vitro mysich makrofagów RAW264.7 na łączny czas ekspozycji wynoszący 72 godziny, wraz z nietraktowanymi komórkami kontrolnymi. Pod koniec ekspozycji hodowla jest traktowana colcemidem w celu zatrzymania komórek w metafazie. Komórki są następnie zbierane, traktowane roztworem hipotonicznym, utrwalane w acetometanolu, umieszczane na szkiełkach i na koniec barwione roztworem Giemsy. Szkiełka są badane w celu oceny strukturalnych aberracji chromosomowych (CA) w rozprzestrzenianiu się metafazy przy powiększeniu 1,000x przy użyciu mikroskopu jasnego pola. Dla każdej grupy leczonej ocenia się od 50 do 100 rozpiętości metafaz. Technika ta jest przystosowana do wykrywania strukturalnych aberracji chromosomowych (CA), takich jak pęknięcia typu chromatyd, wymiany typu chromatyd, fragmenty acentryczne, chromosomy dicentryczne i pierścieniowe, podwójne minuty, endoreduplikacja i translokacje Robertsona in vitro po ekspozycji na PM. Jest to potężna metoda powiązania dobrze ustalonego cytogenetycznego punktu końcowego ze zmianami epigenetycznymi.
Szacuje się, że narażenie na pył zawieszony (PM) powoduje ponad 3 miliony nadmiarowych zgonów rocznie, głównie z powodu chorób krążeniowo-oddechowych i raka płuc1. Rzeczywiście, PM został uznany za rakotwórczy dla ludzi przez Międzynarodową Agencję Badań nad Rakiem (Grupa 1), ponieważ wykazano zwiększone ryzyko raka płuc wraz ze wzrostem poziomu narażenia na PM2. Co ciekawe, prawie wszystkie komórki rakowe mają numeryczne i/lub strukturalne nieprawidłowości chromosomowe. Węgiel organiczny w postaci cząstek stałych jest różnorodną, złożoną i niejednorodną mieszaniną, której skład i rozkład wielkości zależy od emisji oraz przemian fizycznych i chemicznych. Odpowiada za 35-55% masy PM2,5 w miastach (PM 2,5 μm i mniej) oraz ponad 60% masy PM2,5 w tle wiejskim i kontynentalnym3, 4. Frakcja rozpuszczalna w wodzie stanowi 30-90% aerozolu organicznego. Zidentyfikowano dużą liczbę związków organicznych, w tym węglowodory alifatyczne, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne oraz ich utlenione i nitrowane pochodne, aldehydy alifatyczne i alkohole, wolne kwasy tłuszczowe i ich sole, kwasy dikarboksylowe, związki wielofunkcyjne, białka i makrocząsteczki humopodobne (HULIS) przy użyciu metod chromatograficznych sprzężonych z technikami spektrometrii mas5-8. Związki te stanowią mniej niż 10-20% węgla organicznego w cząstkach stałych, dlatego większość węgla organicznego jest nieznana9.
Eksperymentalne dowody sugerują, że cytotoksyczność, stres oksydacyjny i stan zapalny są zaangażowane w rozwój stanów patologicznych związanych z PM. Ostatnio wykazano jednak, że narażenie na PM powoduje również szereg zmian epigenetycznych, w tym zmiany w metylacji DNA powtarzających się elementów, zarówno w eksperymentalnych systemach in vitro, jak i u ludziw wieku 10-12 lat. Szczególnie interesujący jest wpływ PM na DNA satelitów – głównych i mniejszych satelitów – które znajdują się w regionie heterochromatycznym wokół centromeru chromosomów. Wykazano, że efekty te mogą być z natury trwałe, ponieważ można je wykryć przez co najmniej 72 godziny po ekspozycji12. Zmiany w metylacji DNA, szczególnie wokół centromerów, mogą prowadzić do akumulacji satelitarnych transkryptów DNA mRNA, naruszać integralność chromosomów podczas podziału komórki, a w konsekwencji prowadzić do rozwoju różnych stanów patologicznych13.
Adaptacja podejścia cytogenetycznego do analizy CA jako punktu końcowego zmian epigenetycznych spowodowanych przez PM, ma zatem duże znaczenie. W tym miejscu przedstawiamy podejście do zbierania i przygotowania cząstek stałych w otoczeniu, ekspozycji in vitro i analizy CA przy użyciu systemu modelowego mysich makrofagów RAW264.7. Makrofagi stanowią pierwszą linię obrony przed wdychanymi ciałami obcymi i dlatego ta linia komórkowa służy jako uznany i najczęściej stosowany model w toksykologii cząstek11, 12, 14, 15.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Zbieranie i przygotowanie cząstek
2. Ekspozycja na cząstki
3. Test cytogenetyczny
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Należy zachować dużą ostrożność przy wyborze lokalizacji próbnika TSP, jak również pory roku, w której przeprowadzany jest pobór. Skład chemiczny, a także wielkość cząstek mogą mieć znaczący wpływ na wyniki. Zebrany materiał powinien być widoczny na tle białego filtra. Normalny rozrzut metafazy myszy będzie miał 40 acentrycznych chromosomów. Celem tej techniki jest wykazanie zmiany (lub jej braku) w proporcji nieprawidłowych chromosomów w komórkach poddanych działaniu substancji w porówna...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Badania cytogenetyczne lub analiza mikroskopowa liczby lub struktur chromosomów, przede wszystkim w rozprzestrzenianiu się metafazy, dostarczają informacji kluczowych dla rokowania, oceny ryzyka i leczenia różnych chorób. Obecnie powszechnie wiadomo, że nieprawidłowości cytogenetyczne są związane z progresją i rozwojem wielu chorób, w tym raka. Do tej pory CA znaleziono we wszystkich głównych typach nowotworów. CA mogą powstawać spontanicznie lub przez bodźce zewnętrzne lub wewnętrzne, takie jak promieniowanie jonizujące...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Praca była częściowo wspierana przez National Institute of Health Center of Biological Research Excellence [numer grantu 1P20GM109005], Arkansas Space Grant Consortium poprzez National Aeronautics and Space Administration [numer grantu NNX15AK32A] oraz National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) [numer grantu 2T420H008436]. Autorzy pragną podziękować Christopherowi Fettesowi za korektę i redakcję tego rękopisu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Próbnik cząstek zawieszonych | Tisch Environmental | TE-5170 | |
| Spektrometr NMR Bruker Avance III | Oprogramowanie Bruker | NA | |
| TopSpin 3.5/pl2 | Procesor Bruker | NA | |
| ACD/NMR Academic Edition | ACD/Labs | NA | |
| RAW264.7 mysie makrofagi | ATCC | ATCC TIB-71 | |
| Wysoka glukoza DMEM GlutaMAX Media | ThermoFisher | 10569010 | Ciepły w 37 stopniach; C kąpiel wodna przed użyciem |
| Płodowa surowica bydlęca | ThermoFisher | 16000044 | Ciepła w 37 &stopni; C kąpiel wodna przed użyciem |
| Penicylina-Streptomycyna (10 000 U/ml) | ThermoFisher | 15140163 | Warm w temperaturze 37 & stopni; C kąpiel wodna przed użyciem |
| Trypsin-EDTA (0,25%) | ThermoFisher | 25200056 | Ciepły w temperaturze 37 stopni; C kąpiel wodna przed użyciem |
| PBS, pH 7,4 | ThermoFisher | 10010049 | Ciepły w temperaturze 37 & stopni; C kąpiel wodna przed użyciem |
| KaryoMAX Colcemid Solution w PBS | ThermoFisher | 15212012 | Warm w temperaturze 37 stopni; C kąpiel wodna przed użyciem |
| KaryoMAX Roztwór chlorku potasu | ThermoFisher | 10575090 | Ciepły w temperaturze 37 stopni C kąpiel wodna przed użyciem |
| Metanol (HPLC) | Fisher Scientific | A452N1-19 | |
| Kwas octowy, lodowaty | Fisher Scientific | BP1185-500 | |
| Decon Contrad 70 Płynny detergent | Fisher Scientific | 04-355-1 | |
| Roztwory plam Wright i Wright-Giemsa | Fisher Scientific | 23-200733 | |
| Podłoże | montażowe PermountFisher Scientific | SP15-100 | |
| Axio Imager 2 | Zeiss | NA |
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