$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Staje się coraz bardziej jasne, że czasoprzestrzenna organizacja jądra odgrywa ważną rolę w modulowaniu precyzyjnie dostrojonej ekspresji genów u eukariontów. Większość genów specyficznych tkankowo jest rozmieszczona na wielu chromosomach i musi być regulowana synchronicznie, aby reagować na określone bodźce w skoordynowany sposób1. Komórki konstruują aktywne koncentratory chromatyny (ACH) jako sposób na połączenie genów i ich składników cis-regulatorowych w określoną przestrzeń jądrową1.
Różne badania wykazały również, że chociaż jądro wydaje się bardzo gęste i lepkie, biologicznie aktywne cząsteczki mogą dość szybko przechodzić przez jądro poprzez dyfuzję2. W konsekwencji tej efemerycznej właściwości, większość białek wiążących DNA "przeskakuje" z miejsca wiązania do miejsca wiązania, wyczuwając swoją drogę w przestrzeni jądrowej, co pozwala na wysoce adaptacyjne i wszechstronne jądro2.
Pomimo tego dynamicznego zachowania biomolekuł w jądrze, nadal istnieją ciała jądrowe bez błon, takie jak (ale nie tylko) jąderko, ciała Cajala i jądra białaczki promielocytowej (PML-NB). Dzieje się tak dzięki różnorodnym mechanizmom, takim jak tandemowe powtórzenia DNA (jąderko), rRNA (jąderko) i białka strukturalne, takie jak coilin (ciała Cajala) lub białka PML (PML-NB), które utrzymują te konstrukty razem3,4,5. Te struktury i inne zgromadzenia, takie jak fabryki transkrypcji, służą jako rusztowania, które nie tylko zwiększają lokalne stężenie wymaganych składników, ale także regulują skład białek i kwasów nukleinowych w nich, aby ostatecznie stworzyć centralne miejsce dla wydajnych funkcji komórkowych6.
Wizualizacja, kiedy i gdzie tworzą się struktury jądrowe, dostarcza wielu informacji badaczom zajmującym się epigenetyką. Z punktu widzenia wirusologii, reaktywacja utajonych wirusów, takich jak KSHV, znacząco zmienia krajobraz jądra i dystrybucję enzymów jądrowych, aby przesunąć transkrypcję głównie z genów komórkowych na geny wirusowe, ostatecznie aby wytworzyć w pełni funkcjonalne potomstwo wirusa7,8. W jaki sposób KSHV manipuluje maszynerią ekspresji genów komórkowych, aby ułatwić ekspresję genów wirusa? Takie informacje mogą również rzucić światło na mechanizmy regulacji genów w komórkach kloszowych.
Podobnie jak wszystkie inne herpeswirusy, KSHV ma dwa cykle życia zwane replikacją lityczną i opóźnieniem. KSHV znajduje się głównie w fazie latencji, w której większość ekspresji genów wirusa jest wyciszona, z wyjątkiem genów związanych z latencją9,10. Podczas latencji KSHV wytwarza antygen jądrowy związany z latencją (LANA), który konstytutywnie wiąże genomy wirusa i wiąże chromatynę wirusa z ludzkim chromosomem11. Ze względu na bliski związek LANA z genomem wirusa, możliwe jest użycie IFA i DAPI do barwienia i lokalizowania, gdzie znajdowały się episomy wirusa w stosunku do chromatyny gospodarza.
Aby badać reaktywację KSHV na poziomie pojedynczego episomu i związek z innymi episomami wirusa w zainfekowanej komórce, ustalono strategię lokalizacji aktywnej transkrypcji chromatyny wirusowej in situ. W związku z tym połączono LANA i RNAPII IFA z intronem RNA-FISH, generując sondy RNA-FISH, które wiążą się z regionem intronu (dokładne sekwencje sondy można znaleźć w najnowszej publikacji laboratorium Izumiya 8) KSHV K-Rta - kluczowego białka wirusowego, które jest niezbędne i wystarczające do reaktywacji KSHV - możliwe było zidentyfikowanie, gdzie faktycznie zachodzi transkrypcja8, 11,12,13,14,15. Ta technika intronu RNA-FISH umożliwia naukowcom wizualizację, gdzie mRNA jest transkrybowane bezpośrednio przed jego złożeniem i eksportem do cytoplasm16,17.
KSHV może być reaktywowany przez różne bodźce chemiczne, w tym estry forbolu, takie jak octan 12-O-tetradekonoiloforbol-13 (TPA) i inhibitory deacetylazy histonowej, takie jak maślan sodu, dodatkowo KSHV może być indukowany do reaktywacji przez nadekspresję wirusowego czynnika transkrypcyjnego, K-Rta19. Naukowcom udało się zwiększyć skuteczność reaktywacji KSHV poprzez synchronizację cykli komórkowych przed wywołaniem reaktywacji18. Tak więc, w tych konkretnych badaniach, komórki zsynchronizowano za pomocą podwójnego bloku tymidyny (protokół opisany poniżej) i inkubowano z TPA i doksycykliną (Dox) przez krótki czas. Doksycylina została użyta, ponieważ linia komórkowa wykorzystana w tych eksperymentach ma indukowaną doksycykliną kasetę K-Rta, która została sklonowana z cDNA i nie zawiera regionu intronowego K-Rta. Chociaż możliwa jest reaktywacja KSHV przy użyciu tylko indukowanej ekspresji K-Rta, inni badacze udowodnili, że ze względu na wiele różnych czynników biochemicznych sama ekspresja K-Rta okazuje się słabym bodźcem reaktywacyjnym20. Łącząc wszystkie te czynniki i ograniczając inkubację leku do krótkiego okresu czasu, uzyskano solidną, ale niezbyt sztuczną reaktywację KSHV do obrazowania.
Po oznaczeniu LANA, RNAPII, INTRONÓW K-Rta i DNA, jak opisano w tym artykule, przeprowadzono obrazowanie fluorescencyjne 3D przy użyciu mikroskopu dekonwolucyjnego o szerokim polu. Po przetworzeniu za pomocą oprogramowania do obrazowania można właściwie ocenić rozkład przestrzenny aktywnych episomów wirusa. Za pomocą tej techniki można badać kluczowe pytania dotyczące fundamentalnej natury powstawania aktywnych węzłów chromatyny i innych struktur jądrowych. Posiadanie identycznych episomów wirusa w pojedynczej komórce, która przetwarza te same elementy regulatorowe, może stanowić unikalne narzędzie badawcze do pogłębienia zrozumienia mechanizmów regulacji genów czasoprzestrzennych.
Ograniczeniem obrazowania wielu próbek komórek ustawionych w różnych punktach czasowych w celu scharakteryzowania z natury dynamicznego procesu molekularnego jest to, że subtelne lub małe zmiany w rozkładzie fluorescencji są niewykrywane lub uważane za nieistotne. Jest to prawdą, chyba że w rzadkich przypadkach każda obserwowana komórka wykazuje tę samą subtelną zmianę. W związku z tym pełna relacja czasoprzestrzenna aktywnej transkrypcji wirusa i innych struktur jądrowych nie może być krytycznie oceniona za pomocą utrwalonego obrazowania. Aby sprostać tym wyzwaniom technicznym, najlepszym podejściem jest obrazowanie żywych komórek, które mają oznaczone episomy wirusa i śledzenie lokalizacji kluczowych enzymów komórkowych w czasie.