Artigo de método

Microscopia de imunofluorescência de γH2AX e 53BP1 para analisar a formação e reparação do DNA Double-strand Breaks

DOI:

10.3791/56617

⸱

3 de novembro de 2017

 ,  ,  , 
1Department of Hematology and Oncology, Medical Faculty Mannheim of the Heidelberg University

Neste artigo

Resumo

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Este manuscrito fornece um protocolo de análise de quebras de DNA dobro-costa pela microscopia de imunofluorescência de γH2AX e 53BP1.

Resumo

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Quebras de DNA dobro-Costa (DSB) são graves lesões do ADN. Análise da formação e reparação do DSB é relevante em um amplo espectro de domínios de investigação, incluindo a integridade do genoma, genotoxicidade, biologia da radiação, envelhecimento, câncer e desenvolvimento de drogas. Em resposta ao ORL, o histona H2AX é fosforilado em serina 139 em uma região de vários pares de megabase formando discretos focos nucleares detectáveis pela microscopia de imunofluorescência. Além disso, 53BP1 (p53 binding protein 1) é outra importante proteína DSB-responsivo promover a reparação de DSB, juntando-se não-homólogos final-evitando a recombinação homóloga. De acordo com as funções específicas de γH2AX e 53BP1, a análise combinada de γH2AX e 53BP1 por microscopia de imunofluorescência pode ser uma abordagem razoável para uma análise detalhada de ORL. Este manuscrito fornece um protocolo passo a passo, complementado com notas metódicas para executar a técnica. Especificamente, a influência do ciclo celular em padrões de focos γH2AX é demonstrada em fibroblastos normais da linha celular NHDF. Além disso, o valor dos focos de γH2AX como um biomarcador é retratado em linfócitos de raio-x irradiado de um indivíduo saudável. Finalmente, a instabilidade genética é investigada em células CD34 + de um paciente com leucemia mieloide aguda por microscopia de imunofluorescência de γH2AX e 53BP1.

Introdução

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

O DNA é danificado continuamente por endógenos (por exemplo, estresse de replicação, espécies reativas de oxigênio, instabilidade intrínseca do DNA) e exógenos (por exemplo, os radicais químicos, irradiação) fontes (Figura 1)1,2 ,3,4. Entre os danos do DNA, DNA dupla quebras (DSB) são particularmente graves lesões e podem induzir a morte celular ou carcinogênese. Cerca de 50 DSB pode surgir por célula e ciclo celular5. Em células de mamíferos, recombinação homóloga (HR) e não-homólogos final-adesão (NHEJ) desenvolveram-se como principais vias para a reparação de ORL (Figura 2). RH ocorre no final da fase S/G2 e usa uma irmã intacta cromátides irmãs como um modelo para reparação potencialmente livre de erros. Em comparação, NHEJ é ativo ao longo do ciclo celular e potencialmente mutagénicas como pares de base pode ser adicionados ou ressecados antes da ligadura das extremidades quebradas. Além disso, final alternativo-adesão pode ser contratado como um mecanismo lento mutagénicas backup reparação em caso de deficiência NHEJ6,7.

DSB induzir a fosforilação da histona H2AX em serina 139 em uma região de vários pares de megabase ao redor de cada DSB. Os focos de formação nucleares são denominados focos de γH2AX e são detectáveis por microscopia de imunofluorescência8. ΓH2AX promove o recrutamento de mais proteínas DSB-responsiva e está envolvido na cromatina remodelação, reparação de DNA e de transdução de sinal9. Como cada foco de γH2AX é considerado para representar um único DSB, a quantificação do DSB por microscopia de imunofluorescência é possível, que tem sido demonstrada em linhas de células de câncer e espécimes paciente10,11, 12 , 13 , 14. 53BP1 (p53 binding protein 1) é outra proteína-chave na mediação reparação de ORL. Está envolvido no recrutamento de DSB-responsivo proteínas, sinalização de ponto de verificação e a sinapse de ORL termina15. Além disso, 53BP1 desempenha um papel crítico na escolha de caminho de reparação de ORL. Ele aciona a reparação de ORL para NHEJ enquanto HR é impedido de16. Considerando as funções genuínas de γH2AX e 53BP1 no reparo DSB, a análise simultânea de γH2AX e 53BP1 por microscopia de imunofluorescência pode ser um método útil para a análise precisa da formação e reparação de ORL.

Este manuscrito fornece um protocolo passo a passo para a realização de microscopia de imunofluorescência de γH2AX e 53BP1 no núcleo de células. Especificamente, a técnica é aplicada em fibroblastos normais da linha celular NHDF, em linfócitos de raio-x irradiado de um indivíduo saudável e em células CD34 + de um paciente com leucemia mieloide aguda. Os detalhes do método são apontados no contexto dos resultados apresentados.

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Protocolo

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

todos os métodos descritos aqui foram aprovados pelo Comitê ética II de a Mannheim faculdade médica da Universidade de Heidelberg. Escrito foi obtido o consentimento de todos os indivíduos.

1. preparação de materiais

  1. solução anticoagulante: preparar uma solução anticoagulante de 200 heparina UI / mL de cloreto de sódio 0,9%. Encha cada um dos tubos de coleta (desenhar volume 9 mL) com 2 mL da solução anticoagulante antes da retirada das amostras de sangue ou de medula óssea.
  2. Solução de lise de eritrócitos: preparar a 10 x solução de lise de eritrócitos com 82,91 g de cloreto de amônio, bicarbonato de amónio 7,91 g e 2 mL de solução de ácido etilenodiaminotetracético 0,5 M para um pH 8.0, dissolvendo os agentes em água bidestilada, para um volume total de 1 L.
  3. Solução de fixação: adicionar 8,3 µ l de uma solução de hidróxido de potássio 1m de paraformaldeído 360 mg (PFA) em um tubo de microtitulação. Encha o tubo com solução salina tamponada fosfato (PBS) até a marca de 1 mL do tubo e calor do tubo em um bloco de aquecimento a 95 ° C para 1 mL de uma solução PFA de 36%. Transferi a solução PFA 36% 1 mL para um tubo com uma capacidade de 15 mL. Adicione 8 mL de PBS para a solução PFA de 36% de 1 mL, para obter 9 mL de uma solução stock de PFA 4%. Alíquota da solução estoque de PFA de 4% e loja a-18 ° C até usam para a fixação das células.
    Cuidado: solução 1) hidróxido de potássio é corrosiva. Esteja ciente de proteção da pele e olhos. 2) PFA é cancerígeno. Evite a inalação e contacto com a pele. Preparar a solução de fixação sob um capô.
  4. Solução de permeabilização: adicionar 50 µ l Octoxinol 9 a 50 mL PBS para obter uma solução de aproximadamente 0,1% Octoxinol 9.
  5. Obstrui a solução: preparar 5% e 2% de bloqueio soluções misturando o agente bloqueio de proteína com PBS e loja em 6 – 8 ° C.

2. Preparação das amostras

  1. fibroblastos em cultura de células: cultivar fibroblastos humanos da linha celular NHDF em um umidificado 5% CO 2 atmosfera a 37 ° C em meio RPMI 1640, suplementado com 10% de soro fetal bezerro, 4 mM glutamina e 1% penicilina/estreptomicina.
    1. a preparação de uma lâmina de microscópio com aderente fibroblastos
      1. remover o meio do balão (área de crescimento de 2 de 75 cm), com crescimento exponencial fibroblastos NHDF. Adicione 10 mL de PBS no balão. Lave os fibroblastos aderentes suavemente agitando manualmente o frasco de 1 min.
      2. Remover a PBS e adicionar tripsina 1 mL para o frasco. Agite o frasco com cuidado para assegurar que todas as células aderentes são cobertas por tripsina. Retire o balão a tripsina. Colocar o balão em incubadora para 5 min a 37 ° C.
      3. Tomar o frasco fora da incubadora e adicionar 10 mL de RPMI 1640 de meio para o balão. Pipetar o meio subindo e descendo várias vezes para dispersar os fibroblastos.
      4. Pipetar 0,3 mL dos fibroblastos dispersos em cada um dos dois campos da lâmina de microscópio e colocar o slide em incubadora para 24h para que os fibroblastos aderirem ao slide. Para imunocoloração de γH2AX e 53BP1 em núcleos de fibroblastos, avançar para o passo 3.1.
  2. Amostras de pacientes
    1. amostras de sangue: usar os tubos de coleta que foram preenchidos com 2 mL da solução anticoagulante e adicionar sangue 7 mL para os tubos. Armazene as amostras durante a noite em temperatura ambiente (ou seja, 18-20 ° C). No dia seguinte, isolar a fase G0/G1 descansando células mononucleares por centrifugação gradiente de densidade (etapa 2.2.3).
    2. Amostras de medula óssea: usar os tubos de coleta que foram preenchidos com 2 mL da solução anticoagulante (etapa 1.1) e adicionar 7 mL medula para os tubos. Armazene as amostras durante a noite em temperatura ambiente (ou seja, 18-20 ° C). No dia seguinte, isole a fase G0/G1 descansando células mononucleares por centrifugação gradiente de densidade (etapa 2.2.3). Use microbeads CD34 e colunas de separação para o isolamento de células CD34 + da pilha.
    3. Isolamento de células mononucleares por centrifugação gradiente de densidade
      Nota: As células mononucleares são isoladas de amostras de sangue e medula óssea por centrifugação gradiente de densidade 17 , 18 , 19.
      1. Diluir a amostra de sangue heparinizado em uma proporção de 1:1 com PBS e a amostra heparinizada medula óssea na proporção de 1:3 com PBS. Suspender as células suavemente desenhando-as dentro e fora da pipeta duas vezes.
      2. Adicionar um volume de meio de gradiente de densidade para um tubo de fresco. Camada delicadamente o sangue diluído ou medula óssea em cima do meio de gradiente de densidade. Tome cuidado para não misturar as duas camadas.
      3. Centrifugar o tubo durante 30 min à temperatura ambiente e 400 g. x desviar a camada superior de plasma com a pipeta. Então, cuidadosamente Colha as células mononucleares na camada acima do meio de gradiente de densidade. Transferir as células mononucleares em um tubo fresco.
      4. Adicionar pelo menos três volumes de PBS para as células mononucleares no tubo. Suspenda as células suavemente desenhando-as dentro e fora da pipeta duas vezes. Centrifugar o tubo para 10 min a temperatura ambiente e 400 g. x
      5. Após o spin remover o sobrenadante e adicionar 10 mL de 4 ° C, 1 x solução de lise de eritrócitos. Ressuspender as células suavemente desenhando-as dentro e fora da pipeta duas vezes e colocar o tubo no gelo por 5 min. Em seguida, adicionar 30 mL de PBS a 4 ° C e centrifugar o tubo para 10 min a temperatura ambiente e 400 g. x
    4. Preparação da cytospins
      1. preparar dois cytospins com células mononucleares das amostras (ou seja, um cytospin para coloração de imunofluorescência de γH2AX e um cytospin para γH2AX e 53BP1 combinado a mancha da imunofluorescência) por centrifugação (300 x g, 10 min) de 1,0 x 10 5 células para cada preparação ( Figura 3 e 4).

3. γH2AX e coloração de imunofluorescência de 53BP1

  1. fixação e permeabilização: consertar as células com 200 µ l de 4% PFA por 10 min. Após a fixação, lave suavemente as células três vezes com 30 mL de PBS por 5 min num agitador de laboratório. Em seguida, permeabilize as células com 200 µ l de 0.1% Octoxinol 9 de 10 min. lavar as células suavemente três vezes com 30 mL de solução de bloqueio de 5% por 5 min num agitador de laboratório. Bloquear as células em 30 mL de fresco 5%, que obstrui a solução por 1 h.
  2. De incubação com anticorpos
    1. incuba uma preparação das células com um anticorpo monoclonal anti-γH2AX de rato (1: 500) e a outra preparação das células com um anticorpo monoclonal anti-γH2AX de rato (1: 500) e um anticorpo de coelho policlonal anti-53BP1 (1: 500) durante a noite em 4 ° C.
    2. Após incubação lavar as células suavemente 3 vezes com 30 mL de solução de bloqueio de 2% por cada 5 min em um shaker laboratório.
    3. Remover a solução de bloqueio e incubar a primeira preparação das células com um anticorpo secundário de anti-rato conjugada Alexa488 cabra (1: 500) e a segunda preparação das células com uma cabra Alexa488-conjugado anticorpo secundário anti-rato ( 1: 500) e um burro Alexa555-conjugado anticoelho anticorpo secundário (1: 500) por 1h à temperatura ambiente.
  3. Meio de montagem: Coloque o slide com as células em uma tigela e lave as células suavemente três vezes com 30 mL de PBS para cada 5 min num agitador de laboratório. Remover a PBS e montar as células com o meio de montagem contendo 4,6-diamidino-2-phenylindole. Cautelosamente, colocar uma lamela em cima do meio de montagem para que nenhuma bolha de ar incorporado. Espere pelo menos 3 h para endurecimento do meio de montagem antes de analisar as células por microscopia de fluorescência.

4. Análise de γH2AX e 53BP1 focos

  1. microscopia de fluorescência: analisar os focos de γH2AX e 53BP1 no núcleo de células com um microscópio de fluorescência, equipado com filtros para DAPI, Alexa 488 e Cy3 durante a imagem latente em um objetivo X 100 ampliação. Gravar imagens com uma câmera e processar as imagens com o software de imagem adequado.

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Resultados

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Análise dos focos de γH2AX nas células é mais preciso na fase G0/G1 e a G2 fase quando γH2AX focos aparecem como distintos pontos fluorescentes (Figura 5A). Em contraste, análise dos focos de γH2AX nas células durante a fase S é complicado por manchas dispersas γH2AX pan-nuclear causadas pelo processo de replicação (Figura 5B).

Fixação das células foi realizada com 4% P...

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Discussão

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Microscopia de imunofluorescência de γH2AX e 53BP1 é um método útil para analisar a formação e reparação de ORL em um amplo espectro de domínios de investigação. Parâmetros críticos que influenciam o resultado dos experimentos são a fase do ciclo celular, os agentes utilizados para a fixação e permeabilização das células, a escolha dos anticorpos e o hardware e software, o microscópio de fluorescência.

A influência do ciclo celular em padrões de focos γH2AX foi demonstrada pelo crescimento exp...

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Divulgações

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Os autores não têm nada para divulgar.

Agradecimentos

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

O projeto foi apoiado pela Fundação de leucemia do alemão José Carreras (14 DJCLS R/2017).

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Meio RPMISigma-AldrichR0883Meio para cultura de células
Heparina sódioratiopharmPZN 3029843  Heparina 5.000 U.I. / mL
Solução de cloreto de sódio 0,9%B. BraunPZN 1957154Componente da solução estoque anticoagulante
Ficoll-Paque PremiumGE Healthcare17-5442-02Meio para isolamento de células mononucleares
Solução de tripsina 10XSigma-Aldrich59427CEnzima para dissociação de fibroblastos em cultura de células
CD34 MicroBead KitMiltenyi Biotec130-046-702Isolamento de células progenitoras mieloides CD34+
Lâminas de microscópio de diagnósticoThermo ScientificER-203B-CE24
Megafuge 1.0 RHeraeus75003060  Centrífuga de mesa 
Dispositivo
TampaHeraeus76003422Tampa para trabalhar sem microtubos
Recipiente CytoHeraeus75003416Recipiente Cyto com 2 furos cônicos
ClipeHeraeus75003414Carrier para segurar um recipiente cyto e uma corrediça
Inserção de suporteHeraeus75003417Inserção de suporte para segurando um clipe
Triton X-100 (Octoxinol 9)Thermo Scientific85112Detergente para permeabilização de membranas celulares
Solução de hidróxido de potássio 1MMerck Millipore109107Necessário para preparar a solução de paraformaldeído
ParaformaldeídoSigma-AldrichP6148Agente de fixação
Fosfato tamponado com solução salinaSigma-AldrichD8537Solução salina balanceada
QuimibloqueadorMerck Millipore2170Agente bloqueador
Camundongo monoclonal anti-gama; Anticorpo H2AX (JBW301)Merck Millipore05-636Anticorpo primário para detecção de &gama; H2AX
Anticorpo policlonal de coelho anti-53BP1 (NB100-304)Novus BiologicalsNB100-304Anticorpo primário para detecção de 53BP1
Anticorpo anti-camundongo de cabra conjugado com Alexa Fluor 488InvitrogenA-11001Anticorpo secundário
Anticorpo anti-coelho de burro conjugado com Alexa Fluor 555InvitrogenA-31572Anticorpo secundário
Meio de montagem VectashieldVector LaboratoriesH-1200Contém DAPI para coloração de DNA
Axio Scope.A1Zeiss490035Microscópio de fluorescência
Cool Cube 1 Câmera CCDMetasystemsH-0310-010-MSSistema de câmera para gravação digital
Software IsisMetasystemsNão aplicávelSoftware de microscópio
Lâminas de microscópio Cytospin

Referências

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Hoeijmakers, J. H. Genome maintenance mechanisms for preventing cancer. Nature. 411 (6835), 366-374 (2001).
  2. Lindahl, T. Instability and decay of the primary structure of DNA. Nature. 362 (6422), 709-715 (1993).
  3. Zeman, M. K., Cimprich, K. A. Causes and consequences of replication stress. Nat Cell Biol. 16 (1), 2-9 (2014).
  4. IAEA. Biological effects of low doses of ionizing radiation: A fuller picture. , https://www.iaea.org/sites/default/files/36405843745.pdf (1994).
  5. Vilenchik, M. M., Knudson, A. G. Endogenous DNA double-strand breaks: production, fidelity of repair, and induction of cancer. Proc Natl Acad Sci U S A. 100 (22), 12871-12876 (2003).
  6. Simsek, D., Jasin, M. Alternative end-joining is suppressed by the canonical NHEJ component Xrcc4-ligase IV during chromosomal translocation formation. Nat Struct Mol Biol. 17 (4), 410-416 (2010).
  7. Weinstock, D. M., Brunet, E., Jasin, M. Formation of NHEJ-derived reciprocal chromosomal translocations does not require Ku70. Nat Cell Biol. 9 (8), 978-981 (2007).
  8. Rogakou, E. P., Pilch, D. R., Orr, A. H., Ivanova, V. S., Bonner, W. M. DNA double-stranded breaks induce histone H2AX phosphorylation on serine 139. J Biol Chem. 273 (10), 5858-5868 (1998).
  9. Scully, R., Xie, A. Double strand break repair functions of histone H2AX. Mutat Res. 750 (1-2), 5-14 (2013).
  10. Walters, D. K., et al. Evidence for ongoing DNA damage in multiple myeloma cells as revealed by constitutive phosphorylation of H2AX. Leukemia. 25 (8), 1344-1353 (2011).
  11. Yu, T., MacPhail, S. H., Banath, J. P., Klokov, D., Olive, P. L. Endogenous expression of phosphorylated histone H2AX in tumors in relation to DNA double-strand breaks and genomic instability. DNA Repair (Amst). 5 (8), 935-946 (2006).
  12. Sedelnikova, O. A., Bonner, W. M. GammaH2AX in cancer cells: a potential biomarker for cancer diagnostics, prediction and recurrence. Cell Cycle. 5 (24), 2909-2913 (2006).
  13. Chen, E., et al. JAK2V617F promotes replication fork stalling with disease-restricted impairment of the intra-S checkpoint response. Proc Natl Acad Sci U S A. 111 (42), 15190-15195 (2014).
  14. Popp, H. D., et al. Increase of DNA damage and alteration of the DNA damage response in myelodysplastic syndromes and acute myeloid leukemias. Leuk Res. 57, 112-118 (2017).
  15. Panier, S., Boulton, S. J. Double-strand break repair: 53BP1 comes into focus. Nat Rev Mol Cell Biol. 15 (1), 7-18 (2014).
  16. Escribano-Diaz, C., et al. A cell cycle-dependent regulatory circuit composed of 53BP1-RIF1 and BRCA1-CtIP controls DNA repair pathway choice. Mol Cell. 49 (5), 872-883 (2013).
  17. Boyum, A. Separation of White Blood Cells. Nature. 204, 793-794 (1964).
  18. Boyum, A. Isolation of mononuclear cells and granulocytes from human blood. Isolation of monuclear cells by one centrifugation, and of granulocytes by combining centrifugation and sedimentation at 1 g. Scand J Clin Lab Invest Suppl. 97, 77-89 (1968).
  19. Bain, B., Pshyk, K. Enhanced reactivity in mixed leukocyte cultures after separation of mononuclear cells on Ficoll-Hypaque. Transplant Proc. 4 (2), 163-164 (1972).
  20. Popp, H. D., et al. Leukocyte DNA damage after reduced and conventional absorbed radiation doses using 3rd generation dual-source CT technology. Eur J Radiol Open. 3, 134-137 (2016).
  21. Rothkamm, K., Balroop, S., Shekhdar, J., Fernie, P., Goh, V. Leukocyte DNA damage after multi-detector row CT: a quantitative biomarker of low-level radiation exposure. Radiology. 242 (1), 244-251 (2007).
  22. Lobrich, M., et al. In vivo formation and repair of DNA double-strand breaks after computed tomography examinations. Proc Natl Acad Sci U S A. 102 (25), 8984-8989 (2005).
  23. Jamur, M. C., Oliver, C. Cell fixatives for immunostaining. Methods Mol Biol. 588, 55-61 (2010).
  24. Jamur, M. C., Oliver, C. Permeabilization of cell membranes. Methods Mol Biol. 588, 63-66 (2010).
  25. Rothkamm, K., Lobrich, M. Evidence for a lack of DNA double-strand break repair in human cells exposed to very low x-ray doses. Proc Natl Acad Sci U S A. 100 (9), 5057-5062 (2003).

Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.

Reimpressões e permissões

Solicitar permissão para reutilizar o texto ou as figuras deste artigo JoVE

Solicitar permissão

Etiquetas

Gama H2AX53BP1Fixa o CelularSolu o de Permeabiliza oC lulas CD34 PositivasMicroscopia de Fluoresc nciaFocos de Gama H2AXJun o de Extremidades N o Hom logas

Artigos relacionados