В настоящем протоколе мы демонстрируем, как визуализировать двухцепочечную концевую резекцию ДНК во время фазы S/G2 клеточного цикла с использованием метода, основанного на иммунофлуоресценции.
Методическая статья
* These authors contributed equally
В настоящем протоколе мы демонстрируем, как визуализировать двухцепочечную концевую резекцию ДНК во время фазы S/G2 клеточного цикла с использованием метода, основанного на иммунофлуоресценции.
Изучение реакции на повреждение ДНК (DDR) является сложной и важной областью, которая стала только более важной из-за использования препаратов, нацеленных на DDR, для лечения рака. Этими мишенями являются поли(АДФ-рибоза) полимеразы (PARPs), которые инициируют различные формы репарации ДНК. Ингибирование этих ферментов с использованием ингибиторов PARP (PARPi) достигает синтетической летальности, придавая терапевтическую уязвимость гомологичным рекомбинационным (HR)-дефицитным клеткам из-за мутаций в раке молочной железы типа 1 (BRCA1), BRCA2 или партнере и локализаторе BRCA2 (PALB2).
Клетки, обработанные PARPi, накапливают двухцепочечные разрывы ДНК (DSB). Эти разрывы обрабатываются механизмом резекции конца ДНК, что приводит к образованию одноцепочечной (ss) ДНК и последующему восстановлению ДНК. В контексте дефицита BRCA1 оживление резекции ДНК посредством мутаций в ингибиторах резекции ДНК, таких как 53BP1 и DYNLL1, вызывает резистентность к PARPi. Поэтому возможность мониторинга резекции ДНК в целлюлозе имеет решающее значение для более четкого понимания путей репарации ДНК и разработки новых стратегий преодоления резистентности к PARPi. Методы, основанные на иммунофлуоресценции (IF), позволяют контролировать глобальную резекцию ДНК после повреждения ДНК. Эта стратегия требует длинноимпульсной геномной маркировки ДНК 5-бром-2'-дезоксиуридином (BrdU). После повреждения ДНК и резекции конца ДНК полученная одноцепочечная ДНК специфически обнаруживается анти-BrdU антителом в нативных условиях. Кроме того, резекция ДНК также может быть изучена с использованием маркеров клеточного цикла для дифференциации между различными фазами клеточного цикла. Клетки в фазе S/G2 позволяют изучать конечную резекцию в HR, тогда как клетки G1 могут быть использованы для изучения негомологичного конечного соединения (NHEJ). Подробный протокол для этого метода ПЧ в сочетании с дискриминацией клеточного цикла описан в этой статье.
Модуляция факторов репарации ДНК является постоянно развивающимся методом терапии рака, особенно в опухолевых средах с дефицитом репарации ДНК DSB. Ингибирование специфических факторов репарации является одной из гениальных стратегий, используемых для сенсибилизации раковых клеток к агентам, повреждающим ДНК. Десятилетия исследований привели к выявлению различных мутаций генов репарации ДНК в качестве биомаркеров для выбора терапевтической стратегии1. Следовательно, область репарации ДНК стала центром разработки лекарств для обеспечения широкого спектра методов лечения, расширяя возможности концепции персонализированной медицины.
DSB ремонтируются двумя основными путями: NHEJ и HR2. Путь NHEJ подвержен ошибкам, быстро перевязывая два конца ДНК практически без конечной обработки ДНК и включая протеинкиназу (ДНК-PKcs), комплекс Ku70/80, белки 53BP1 и RIF13. Напротив, HR является верным механизмом, инициированным BRCA14. Важным шагом в восстановлении HR является процесс резекции конца ДНК, который представляет собой деградацию сломанных концов, приводящую к одноцепочечной (ss) ДНК с концами 3'-OH. BRCA1 облегчает набор нисходящих белков, которые образуют резектосому MRN / RPA / BLM / DNA2 / EXO1, которые участвуют в резекции ДНК от 5' до 3'5.
Начальная конечная резекция осуществляется через эндонуклеазную активность MRE11, что позволяет проводить дальнейшую обработку нуклеазами DNA2 и EXO1. Генерируемые свесы ssDNA быстро покрываются репликационным белком A (RPA), чтобы защитить их от дальнейшей обработки. Впоследствии BRCA2, PALB2 и BRCA1 участвуют в опосредовании смещения RPA и сборки нуклеофиламента RAD51, необходимого для механизма репарации, направленного на гомологию. Тонкий баланс между использованием NHEJ и HR необходим для оптимального поддержания геномной целостности. Выбор пути зависит от фазы клеточного цикла. HR предпочтительно используется во время фаз от S до G2, где резекция ДНК находится на самом высоком уровне, а сестринские хроматиды доступны для обеспечения надлежащего восстановления.
Поли (АДФ-рибоза) полимераза 1 (PARP-1) является одним из самых ранних белков, рекрутированных в DSB. Он регулирует как резекционную активность, так и сборку последующих эффекторов, участвующих в NHEJ5,6. PARP-1 также необходим для восстановления одноцепочечного разрыва ДНК во время репликации7,8. Благодаря своей важной роли в восстановлении ДНК, ингибиторы PARP (PARPi) используются в качестве терапии рака. При нескольких раковых заболеваниях с дефицитом HR лечение PARPi приводит к синтетическому летальному ответу из-за неспособности клеток с дефицитом HR восстанавливать накопленный ущерб с помощью альтернативного пути9,10. В настоящее время существует четыре одобренных FDA PARPi: Olaparib, Rucaparib, Niriparib и Talazoparib (также называемый BMN 673), которые используются для различных методов лечения рака молочной железы и яичников11. Тем не менее, устойчивость к PARPi распространена, и одна потенциальная причина возникает в результате повторного приобретения навыков HR12. Потеря или ингибирование PARP-1 в присутствии облучения дисрегулирует механизм резектосомы, что приводит к накоплению более длинных трактов сдНК13. Поэтому углубленное изучение резекции ДНК in vivo имеет решающее значение для более четкого понимания путей репарации ДНК и последующей разработки новых стратегий лечения рака и преодоления резистентности к PARPi.
Существует несколько методов, используемых для обнаружения событий резекции ДНК5. Одним из таких методов является классический метод на основе ПЧ, позволяющий косвенно окрашивать и визуализировать резецированную ДНК после вызванного стрессом DSB с использованием антитела против RPA. Маркировка геномной ДНК 5-бром-2'-дезоксиуридином (BrdU) и обнаружение только ssDNA является прямым измерением событий резекции ДНК. Он обходит мониторинг RPA, который участвует в нескольких клеточных процессах, таких как репликация ДНК. В способе, описанном здесь, клетки, инкубированные с BrdU в течение одного клеточного цикла, позволяют BrdU быть включенным в одну цепь реплицирующейся клеточной ДНК. После резекции окрашивание ПЧ проводят в условиях, допускающих обнаружение BrdU только в форме ssDNA, с использованием антитела против BrdU. Это антитело может получить доступ только к воздействию нуклеотидов BrdU и не будет обнаруживать те, которые интегрированы в двухцепочечную ДНК. С помощью флуоресцентной микроскопии резецированную ДНК можно визуализировать в виде пунктатных очагов BrdU/ssDNA. Ядерная интенсивность этих очагов может быть использована в качестве считывания для количественной оценки резекции после повреждения ДНК. В данной работе описаны пошаговые процессы данного метода, которые могут быть применены к большинству клеточных линий млекопитающих. Этот метод должен иметь широкую полезность как простой способ мониторинга резекции конца ДНК в целлюле, как доказательство концепции.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Клеточная культура, обработка и подготовка покровов
ПРИМЕЧАНИЕ: Все клеточные покрытия, трансфекции и обработки, кроме облучения, должны проходить под стерильным капюшоном клеточной культуры.
2. Предварительная экстракция и фиксация
ПРИМЕЧАНИЕ: Все предварительное извлечение и фиксацию выполняются с обшивками, оставшимися в тканевой культуральной пластине на льду или при 4 °C; крышка снимается только на последнем этапе монтажа (см. обсуждение).
3. Пермеабилизация
4. Иммуноокрашивание
5. Получение и анализ изображений
ПРИМЕЧАНИЕ: Получение изображений может быть выполнено на нескольких типах флуоресцентных микроскопов. Использовался эпифлуоресцентный микроскоп с масляным объективом 63x; смотрите Таблицу материалов для марки и модели. Z-стеки не требуются, хотя они могут быть полезны в зависимости от клеточной линии и уровня митохондриального окрашивания.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В этом протоколе анализ на основе бромодезоксиуридина (BrdU) использовался для количественного измерения резекционной реакции клеток HeLa на повреждение, вызванное облучением. Генерируемые следы ssDNA визуализируются как отдельные очаги после иммунофлуоресцентного окрашивания (рисунок 1A). Затем идентифицированные очаги количественно оценивали и выражали как общую интегральную интенсивность окрашивания BrdU в ядрах (рисунок 1B, дополнительный рисунок S1,...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В этой статье описывается метод, который использует окрашивание ПЧ для измерения вариаций резекции ДНК в целлюлозе. В настоящее время стандартом для наблюдения за влиянием на резекцию ДНК является окрашивание RPA; однако это косвенный метод, на который может влиять репликация ДНК. Ранее был описан другой метод резекции ДНК на основе brdU для классификации резекции ДНК в Резекции BRdU-положительных и BrdU-отрицательных клеток. Этот метод позволил считать клетки, которые не подвергаются ЧСС, положительными из-за ф...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Мы благодарим Мари-Кристин Карон за выдающиеся технические консультации. Эта работа поддерживается финансированием Канадского института исследований в области здравоохранения J.Y.M (CIHR FDN-388879). J.-Y.M. занимает исследовательскую кафедру Tier 1 Canada в области репарации ДНК и терапии рака. J.O'S является аспирантом FRQS, а S.Y.M является постдокторантом FRQS.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Alexa 568 козий анти-кроличий | Молекулярные зонды | A11011 | 1:800 |
| Alexa Fluor 488 козий анти-мышиный | Молекулярные зонды | A11001 | 1:800 |
| Анти PARP1 (F1-23) | Самодельный | 1:2500 | |
| Анти-PCNA (SY12-07) | Novus | NBP2-67390 | 1:500 |
| Анти-Альфа тубулин (DM1A) | Abcam | Ab7291 | 1:100000 |
| anti-BrdU | GE Healthcare | RPN202 | 1:1000 |
| Настольный рентгеновский облучатель | Cell Rad | ||
| BMN673 | MedChem Express | HY-16106 | |
| Бромодоксиуридин (BrdU) | Sigma | B5002 | |
| BSA | Sigma | A7906 | |
| Клеточный профилограф | Broad Institute | V 3.19 | https://cellprofiler.org/ |
| Curwood Parafilm M Лабораторная упаковочная пленка 4 дюйма / 250 футов | Fisher scientific | 13-374-12 | |
| DAPI (4',6-Diamidino-2-фенилиндол, дигидрохлорид | Invitrogen Life Technology | D1306 | |
| DMEM high glucose | Fisher scientific | 10063542 | |
| EGTA | Sigma-Aldrich | E3889 | |
| Fetal Бычья сыворотка | Gibco | 12483-020 | |
| Fisherbrand Защитные очки: квадраты 22 x 22 | Fisher scientific | 12 541B | |
| Флуоресцентный микроскоп | Leica | DMI6000B | 63-кратный иммерсионный объектив |
| HeLa | ATCC | CCL-2 | |
| HERACELL 160I CO2 ИНКУБАТОР CU 1-21 TC 120V | VWR | 51030408 | 37% CO2 |
| MgCl2 | BioShop Canada | MAG520.500 | |
| NaCl | BioShop Canada | SOD002.10 | |
| Игла | |||
| PBS 1x | Wisent Bio Products | 311-010-CS | |
| PFA 16% | Cedarlane Labs | 15710-S(EM) | |
| PIPES | Sigma-Aldrich | P6757-100G | |
| ProLong Gold Antifade Mountant | Invitrogen Life Technology | P-36930 | |
| RNAiMAX | Invitrogen | 13778-075 | |
| siPARPi | Dharmacon | AAG AUA GAG CGU GAA GGC GAA dTdT | |
| siRNA control | Dharmacon | UUCGAACGUGUCACGUCAA | |
| Sodium Deoxycholcate | Sigma-Aldrich | D6750-100G | |
| Sucrose | BioShop Canada | SUC507.5 | |
| Tris-base | BioShop Canada | TRS001.5 | |
| Trition X-100 | Millipore Sigma | T8787-250ML | |
| Tween20 | Fisher научный | BP337500 | |
| пинцет |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение