1. Приготовление политенных хромосом из трофоцитов яичников методом высокого давления
- Проведите диссекцию полугравидных самок Anopheles через 25 часов после кровососания под диссекционным микроскопом и зафиксируйте яичники в свежем модифицированном растворе Карноя с метанолом (100% метанол : ледяная уксусная кислота, 3:1). На этом этапе яичники находятся на III стадии развития по Кристоферу, когда фолликулы имеют овальную форму, а прозрачная область с трофоцитами внутри фолликулов имеет круглую форму13. Поместите яичники примерно пяти самок в 500 μl модифицированного раствора Карноя в пробирку Эппендорфа объемом 1,5 мл и выдержите их при комнатной температуре в течение 24 часов. Перенесите яичники при температуре -20 °C для длительного хранения.
- Непосредственно перед приготовлением препаратов prepare модифицированный раствор Карноя с этанолом (100% этанол : ледяная уксусная кислота, 3:1) и 50% пропионовую кислоту. Поместите одну пару яичников на безпылевое предметное стекло в одну каплю модифицированного раствора Карноя. Разделите яичники примерно на 6 секций с помощью диссекционных игл и перенесите их в капли 50% пропионовой кислоты на чистые предметные стекла под стереомикроскопом Leica MZ6. Используйте отдельное стекло для каждой секции.
- Отделите фолликулы с помощью игл и удалите остатки тканей фильтровальной бумагой или бумажным полотенцем под диссекционным микроскопом. Добавьте к фолликулам новую каплю 50% пропионовой кислоты и оставьте их на 3-5 минут при комнатной температуре. Накройте каплю 50% пропионовой кислоты покровным стеклом. Выдержите препарат примерно 1 минуту.
- Оберните предметное стекло фильтровальной бумагой и пластиком. Используя роторный инструмент Dremel 200 с гибким валом и мягким пластиковым наконечником при скорости 3000-5000 RPM, раздавите фолликулы, совершая наконечником круговые движения и слегка нажимая на покровное стекло для равномерного распределения ядер. Этот этап должен занять примерно 1 минуту. Проверьте качество распределения ядер с помощью фазово-контрастного микроскопа Olympus CX41 с объективом 20x.
- Сформируйте «сэндвич», поместив дополнительное покровное стекло рядом с тем, что закрывает хромосомы, и накрыв их вторым предметным стеклом. Это снижает вероятность раздавливания стекла в тисках. Оберните стекла пластиковой пленкой (из контейнеров для предметных стекол) и фильтровальной бумагой, чтобы зафиксировать «сэндвич» и защитить стекло от царапин при сжатии в тисках.
- Окажите давление на стекла с помощью механических тисков. Достаточного является давление 85-120 inch-lbs, которого можно добиться с помощью динамометрического ключа. Этот этап необходим для максимального распластывания хромосом.
- Удалите второе предметное стекло и дополнительное покровное стекло. Нагрейте стекло с покровным стеклом, закрывающим хромосомы, до 55 °C в системе для денатурации/гибридизации в течение 10-15 минут для дальнейшего распластывания хромосом. Погрузите стекло в жидкий азот минимум на 15 секунд и, когда пузырьки перестанут выделяться, быстро снимите покровное стекло лезвием бритвы. Немедленно поместите стекла в холодный 50% этанол на 5 минут. Дегидрируйте стекла в 70%, 90% и 100% этаноле по 5 минут в каждом. Высушите стекла на воздухе.
2. FISH с использованием автоматизированной системы окрашивания предметных стекол
Программа в автоматизированной системе окрашивания предметных стекол Xmatrx настроена на выполнение следующих этапов, за исключением маркировки зонда. Подробный протокол маркировки методом ник-трансляции описан в документации, прилагаемой к ДНК-полимеразе от Fermentas.
- Перед проведением FISH подготовьте флуоресцентные зонды, пометив геномную ДНК BAC флуорохромом с помощью протокола ник-трансляции. Смешайте 1 μg ДНК, по 0,05 mM немеченых dATP, dCTP и dGTP, 0,015 mM dTTP, 1 μl Cy3- или Cy5-dUTP, 0,05 mg/ml BSA, 5 μl 10x буфера для ник-трансляции, 20 единиц ДНК-полимеразы I, 0,0012 единиц DNase I и доведите объем до 25 μl водой, свободной от нуклеаз. Соотношение ДНК-полимеразы I/DNase I подбирается эмпирически для получения зондов с диапазоном размеров от 300 до 500 bp. Инкубируйте смесь при 15 °C в течение 1 часа.
- Поместите предметные стекла и реагенты в автоматизированную систему окрашивания стекол Xmatrx и запустите программу для выполнения следующих этапов. Нанесите 800 μl 1x PBS на 20 мин. Обдуйте стекла воздухом. Выполните фиксацию формалином, нанеся 450 μl 4% формалина в 1x PBS на 1 мин с последующей промывкой 100% этанолом дважды по 1 сек и один раз в течение 2 мин. Обдуйте стекла воздухом.
- Нагрейте стекла при 45 °C в течение 2 мин, чтобы избежать образования пузырьков при нанесении зондов. Нанесите 20 μl ДНК-зондов, добавьте капли минерального масла для предотвращения испарения гибридизационного раствора и накройте покровным стеклом. Денатурируйте хромосомы и ДНК-зонды, нагревая стекла при 90 °C в течение 10 мин.
- Для гибридизации инкубируйте стекла при 42 °C в течение 14 часов под покровными стеклами. Гибридизационный раствор состоит из 2x SSC, 100 mM фосфата натрия, 1x раствора Денхардта, 100 μg/ml азида натрия и 10% декстрансульфата в формамиде.
- Для промывок при строгих условиях нагрейте стекла при 42 °C в течение 2 мин, снимите покровные стекла и промойте стекла в 2x SSC по 1 сек 4 раза. Обдуйте стекла воздухом. Нанесите 800 μl 0,4x SSC при 42 °C на 10 мин 2 раза. Промойте стекла в 2x SSC при 25 °C в течение 10 мин.
- Выполните окрашивание хромосом, нанеся 50 μl 1 μM YOYO-1 в 1x PBS. Добавьте капли минерального масла для предотвращения испарения раствора для окрашивания, накройте покровными стеклами и инкубируйте при 25 °C в течение 10 мин. Снимите покровные стекла, промойте стекла в 2x SSC по 1 сек 4 раза. Обдуйте стекла воздухом. Нанесите 15 μl антифейдингового реагента ProLong Gold. Накройте покровными стеклами.
3. Считывание препаратов с помощью автоматической системы флуоресцентной визуализации
В данном разделе подробно описывается использование программного обеспечения Duet, которое входит в стандартную комплектацию автоматизированной сканирующей системы ACCORD PLUS. Инструкции начинаются с включения устройств в следующем порядке: блока питания Olympus U-RFL-T для галогенной лампы, компьютера Dell precision T3500, микроскопа Olympus BX61 с подключенной камерой Olympus U-CMAD3.
- Для настройки предварительного сканирования 10x откройте программное обеспечение Duet в автоматизированной системе сканирования ACCORD PLUS. Нажмите кнопку «Online». Введите новый Case ID и назначьте Slide ID. Нажмите на точку с пометкой «BF» — это вариант сканирования в светлом поле. В поле выбора сканирования установите «10x Prescan». Выберите «2500x circle», «10000x circle» или «rectangle». Нажмите «Set&run» для запуска предварительного сканирования 10x.
- Нажмите кнопку «OK» для выполнения предварительного сканирования 10x. Следуйте подсказкам для правильной настройки сканирования. Нажмите «Finish», чтобы начать сканирование. Перейдите на вкладку «Main», чтобы вернуться на главный экран. Нажмите кнопку «Offline». Найдите назначенные Case ID и Slide ID и нажмите «Offline Scan». В черном окне в левом верхнем углу нажмите на стрелку и выберите «10x Prescan». Используя стрелки (< || Δ >, т. е. кнопки «назад», «пауза», «воспроизведение», «вперед»), просмотрите отсканированные изображения.
- После нахождения интересующего изображения дважды щелкните по центру целевой области на экране и нажмите «Snap». Это пометит изображение для последующего захвата. После выбора всех целей нажмите «Classify». Выберите «10x Prescan». Щелкните правой кнопкой мыши по изображению, чтобы классифицировать его. Выберите «Polytene».
- Настройте предварительное сканирование 40x в программном обеспечении Duet. Нажмите «Main», чтобы вернуться в главное меню. Снова выберите «Online». Выберите препарат. Измените «BF» на «FL». Измените название задачи на «Revisit-X40-RG». В разделе сразу под последней настройкой выберите «Revisit-ALL». Нажмите «Set&Run». Нажмите «OK». Снова следуйте подсказкам для настройки автоматизации. Нажмите кнопку «Start matching views» для сопоставления изображений 10x и 40x. Нажмите «Finish», чтобы начать сканирование. По завершении нажмите «Classify» и просмотрите изображения.
4. Репрезентативные результаты
Рисунок 1 графически представляет схему подготовки хромосом под высоким давлением. Этот этап включает процесс раздавливания и распластывания хромосом с помощью инструмента Dremel и механического тисков, а также визуализацию хромосом с использованием фазово-контрастного микроскопа. Рисунок 2 иллюстрирует гибридизацию флуоресцентно меченого зонда с целевой ДНК в препаратах хромосом на предметных стеклах с использованием автоматизированной системы окрашивания стекол, применение автоматического сканирующего микроскопа для визуализации и картирования зондов после эксперимента FISH, а также размещение и ориентацию геномных скаффолдов на хромосомах.
Препараты политенных хромосом трофоцитов яичников самок An. gambiae были изготовлены с использованием метода высокого давления. Этот метод не повреждает и не изменяет большую часть структуры хромосом (Рисунок 3). Он расправляет изогнутые хромосомы и, таким образом, выявляет скрытые тонкие полосы, которые не видны на обычных препаратах (Рисунок 4).
Зонды, используемые в данном протоколе, представляют собой геномные BAC-клоны ДНК, полученные из библиотеки BAC ND-TAM, созданной на основе ДНК штамма PEST An. gambiae. Геномная ДНК для этой библиотеки была экстрагирована из только что вылупившихся личинок первого возраста обоих полов. На рисунке 5 представлены результаты FISH с использованием BAC-клонов, гибридизованных с политенными хромосомами An. gambiae. Эта процедура была выполнена с помощью автоматизированной системы окрашивания предметных стекол Xmatrx. С использованием цитогенетической фотокарты An. gambiae10 два BAC-клона, 102B24 (GenBank: BH372701, BH372694) и BAC 142O19 (GenBank: BH368703, BH368698), были локализованы в подрайонах 16C и 16D плеча 2R соответственно. Однако поиск BLAST по сборке AgamP3 штамма PEST An. gambiae14 выявил последовательности, гомологичные 102B24 и 142O19, в подрайонах 16B и 17A плеча 2R соответственно (Таблица 1). Таким образом, соответствие между геномными координатами и цитогенетическими подрайонами теперь может быть скорректировано согласно нашим данным картирования. Поиск BLAST по сборкам геномов M-формы и S-формы An. gambiae показал, что два BAC-клона расположены в разных контигах, но в одних и тех же скаффолдах внутри каждой формы (Таблица 1). Теперь идентифицированные контиги могут быть соотнесены с конкретными хромосомными локусами. Более того, идентифицированные скаффолды теперь могут быть правильно ориентированы внутри цитологических подрайонов 16CD. Интересно, что расстояния между последовательностями 102B24 и 142O19 в скаффолдах составляют 1,892,981 bp, 1,658,391 bp и 1,688,426 bp в сборках геномов штамма PEST, M-формы и S-формы соответственно. Поскольку штамм PEST является гибридом M- и S-форм, эта разница, вероятно, обусловлена некорректной сборкой генома PEST.
БАК (бактериальная искусственная хромосома)
(номер доступа) | штамм PEST
AgamP3
Координаты | М-форма
контиги
Координаты | М-форма
скаффолды
Координаты | S-форма
контиги
Координаты | S-форма
скаффолды
Координаты |
102B24
(BH372694) | 2R:AAAB0100
8844_26 (16B)
43,681,342-
43,681,874 | ABKP020247
53.1
32,513-
33,045 | EQ090167.1
1,858,377-
1,858,909 | ABKQ010123
32.1
4,299-
4,832 | EQ099711.1
215,891-
216,424 |
102B24
(BH372701) | 2R:AAAB0100
8844_28 (16B)
43,788,213-
43,788,969 | ABKP020247
51.1
24,816-
25,575 | EQ090167.1,
1,772,683-
1,773,442 | ABKQ010123
35.1
27,782-
28,540 | EQ099711.1,
305,514-
306,272 |
142O19
(BH368698) | 2R:AAAB0100
8805_5 (17A)
45,428,580-
45,429,264 | ABKP020247
01.1
2,499-
3,185 | EQ090167.1
315,806-
316,492 | ABKQ010123
76.1
49,242-
49,942 | EQ099711.1
1,791,625-
1,792,325 |
142O19
(BH368703) | 2R:AAAB0100
8805_8 (17A)
45,560,099-
45,574,323 | ABKP020220
17.1
30,971-
32,469 | EQ090167.1
200,518-
202,016 | ABKQ010123
79.1
27,760-
28,508 | EQ099711.1
1,903,569-
1,904,317 |
Таблица 1. Результаты BLAST-анализа последовательностей концов BAC по сборкам генома An. gambiae.

Рисунок 1. Схематическое изображение метода подготовки хромосом под высоким давлением. Показаны яичники комара на соответствующей стадии развития.

Рисунок 2. Схема автоматизированного FISH-анализа, сканирования предметных стекол и картирования геномных скаффолдов на хромосомах.

Рисунок 3. Препарат политенной хромосомы 3 An. gambiae, полученный с помощью метода высокого давления. 3L и 3R обозначают левое и правое плечи на уровне их теломер. PH и IH указывают на перицентрический и интеркалярный гетерохроматин соответственно.

Рисунок 4. Сравнение политенных хромосом An. gambiae, приготовленных с использованием традиционного (сверху) и метода высокого давления (снизу). На изображениях представлены подразделы 29A-30E плеча 3R (A) и 43D-46D плеча 3L (B).

Рисунок 5. FISH-анализ BAC-клонов на политенных хромосомах An. gambiae. A) Гибридизация 102B24 (красный сигнал) с плечом 2R. B) Двухцветная FISH-гибридизация 102B24 (красный сигнал) и 142O19 (синий сигнал) с подразделениями 16C и 16D растянутого плеча 2R соответственно. Стрелками указаны сигналы гибридизации BAC-клонов, меченных Cy3 (красный) и Cy5 (синий). C — центромерная область. a/+ обозначает гетерозиготу по инверсии 2La. Хромосомы были подвергнуты контрастированию флуорофором YOYO-1.