Кометный анализ представляет собой метод гель-электрофореза, используемый для обнаружения разрывов ДНК на уровне отдельных клеток. Он основан на принципе, согласно которому открытые разрывы ДНК мигрируют в электрофоретических условиях, в то время как неповрежденная ДНК остается в основном статичной. Разорванная ДНК мигрирует, потому что разрывы приводят к расслаблению суперспиральной ДНК, вызывая ее постепенное пространственное перемещение к аноду в электрофоретической камере, что приводит к появлению кометного вида, наблюдаемого по иммунофлуоресценции 1,2. Степень повреждения ДНК затем измеряется путем количественной оценки количества поврежденной ДНК, которая мигрировала относительно компактной ДНК.
Двумя наиболее часто используемыми методами анализа комет являются анализ щелочной кометы (AC) и анализ нейтральной кометы (NC). Анализ АС проводится в условиях денатурации с использованием раствора с высоким щелочным рН, в то время как анализ НС проводится в растворе с нейтральным рН. Как NC, так и AC анализы могут надежно обнаруживать разрывы ДНК, которые происходят в ядре. Тем не менее, щелочной вариант также полезен для обнаружения щелочно-лабильных участков3. Оба формата анализа требуют использования условий лизиса, чтобы гарантировать, что ДНК свободна от белков до электрофореза.
Этот анализ является простым методом обнаружения разрывов ДНК и предлагает несколько уникальных преимуществ для определения повреждения клеточной ДНК. Метод относительно прост в настройке и требует реагентов, которые могут быть либо приготовлены в лаборатории, либо приобретены у коммерческих поставщиков. Поскольку анализ используется с разрешением одиночных клеток, для анализа требуется очень мало исходного материала. Примечательно, что анализ NC может измерять разрывы с высокой чувствительностью, которая, как сообщается, обнаруживает от 50 до 10 000 разрывов наклетку4. Универсальность этого метода демонстрируется широким спектром его применения, включая экотоксикологию5, биомониторинг человека6 и исследования генотоксичности7. Анализ также может быть надежно использован для различных типов клеток и адаптирован для высокопроизводительных анализов8 и для оценки разрывов в конкретных областях генома9. Таким образом, данный анализ служит быстрым и надежным методом исследования образования разрывов на уровне отдельных клеток.
Процесс репликации ДНК постоянно осложняется несколькими эндогенными и экзогенными стрессорами10,11. Остановка репликосом из-за таких повреждений может вызвать разрывы ДНК и привести к повышенной нестабильности генома. Разрывы ДНК также часто возникают в качестве промежуточных продуктов репликации, облегчающих репарацию ДНК12. Кроме того, некоторые химиотерапевтические агенты индуцируют репликационно-зависимые двухцепочечные разрывы (DSB), такие как камптотекин (CPT)13,14,15 и ингибиторы PARP 16,17. Таким образом, этот анализ служит мощной методологией для изучения природы повреждений ДНК, оценки процессинга репликационных вилок и исследования терапевтического потенциала агентов, повреждающих ДНК. Адаптации анализа, которые включают мечение вновь синтезированной ДНК с помощью BrdU, были полезны для изучения фенотипов стресса, связанного с репликацией, 18,19,20,21. В частности, NC-анализ является надежным методом для изучения индукции разрыва ДНК в контексте репликации, как было продемонстрировано в исследованиях, включающих характеристику белков вилки22,23, анализ промежуточных продуктов репликации24,25 и исследование конфликтов транскрипции-репликации при поддержании генома26,27. В данной работе мы описываем протокол NC-анализа с целью количественной оценки разрывов ДНК во время репликации в клетках человека. Этот протокол может быть легко реализован исследователями, заинтересованными в оценке повреждений, связанных со стрессом репликации, в широком спектре делящихся клеток человека.