$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Stabilność genomu poprzez podział mitotyczny jest zapewniona przez transmisję kompletnego i równego zestawu chromosomów do dwóch wytworzonych komórek progeniowych. Polega to na dokładnym zakończeniu serii zdarzeń zachodzących w danym czasie w każdej fazie cyklu komórkowego. W G1 źródła replikacji są licencjonowane po zrekrutowaniu kilku czynników licencjonowania, w tym Cdc61. W fazie S duplikacja całego genomu jest inicjowana z wielu aktywnych początków replikacji i wykonywana przez maszyny replikacyjne, które gromadzą się w mikroskopijnie widocznych ogniskach zwanych fabrykami replikacji2. W fazie M zduplikowane chromatydy siostrzane są przyłączane i dwukierunkowe na wrzecionie mitotycznym, aby umożliwić ich segregację na przeciwległe bieguny komórki mitotycznej3. Regulacja, prawidłowe zakończenie i czas trwania każdej fazy są kluczowe dla zapewnienia stabilności genomu. Rzeczywiście, przedwczesne wyjście z którejkolwiek z tych faz prowadzi do niestabilności genomu. Na przykład, krótsza G1 wywołana przez delecję pączkującego inhibitora drożdży CDK Sic1 lub przez nadekspresję cyklin G1 zmieni kolejną fazę S4,5,6. W związku z tym te deregulacje, związane lub nie ze stresem replikacyjnym, skutkują pęknięciami chromosomów, rearanżacjami i błędną segregacją4,5,6. W związku z tym monitorowanie czasu trwania fazy S i szerzej czasu trwania pozostałych faz cyklu komórkowego może mieć kluczowe znaczenie dla identyfikacji defektów występujących w różnych mutantach i w różnych warunkach stresowych.
Tradycyjna metoda pomiaru czasu trwania fazy cyklu komórkowego obejmuje prostą cytometrię przepływu zawartości DNA (Rysunek 1A) i opiera się na algorytmie dopasowania (dostępnym w większości programów do cytometrii) używanym do rozdzielenia populacji na frakcje fazowe G1, S i G2 + M od pików 1C i 2C. Ułamki są następnie mnożone przez czas podwojenia populacji7. Jednak ta metoda daje tylko wartości szacunkowe, wymaga jednorodnego rozkładu wielkości komórek w danej frakcji i nie ma zastosowania do kultur zsynchronizowanych. Aby zbadać czas trwania fazy S w komórkach ssaków, opracowano i szeroko stosowano kilka analogów tymidyny, w tym EdU. Ich wychwyt z pożywki zewnątrzkomórkowej i fosforylacja przez kinazę tymidynową (zwaną dalej TK) udostępniają je polimerazom DNA w celu włączenia ich w miejsca syntezy DNA (replikacja, rekombinacja, naprawa). Aby ominąć brak genu TK w komórkach Saccharomyces cerevisiae, szczepy drożdży zostały zmodyfikowane tak, aby umożliwić stabilną i konstytutywną ekspresję wirusa opryszczki pospolitej TK8 i ludzkiego równowagowego transportera nukleozydów (hENT1)9. Po włączeniu do DNA, EdU jest wykrywany poprzez selektywną reakcję Click, która chemicznie sprzęga jego ugrupowanie alkinowe z fluorochromami modyfikowanymi azydkiem10.
Ten artykuł dostarcza dwóch zoptymalizowanych kompleksowych protokołów do znakowania impulsowego asynchronicznych i synchronicznych komórek inżynieryjnych TK-hENT1 z EdU w celu precyzyjnej wizualizacji i pomiaru czasu trwania i dynamiki replikacji DNA, a także czasu trwania innych faz cyklu komórkowego, z wysoką rozdzielczością przestrzenną i czasową zarówno na poziomie pojedynczej komórki, jak i populacji za pomocą mikroskopii i cytometrii przepływowej.