Разрывы двухцепочечной ДНК (DSB) являются одними из самых тяжёлых форм повреждения ДНК, поскольку неточное восстановление может нарушить стабильность генома и способствовать развитию опухолей или клеточнойгибели 1,2,3. Для противодействия этим угрозам клетки используют несколько путей репарации ДНК, включая гомологичную рекомбинацию (HR), которая считается самым точным механизмом восстановления DSB 2,4,5. В отличие от ошибочных путей восстановления, HR использует гомологичную последовательность ДНК как шаблон для восстановления генетической информации в повреждённом участке. Следовательно, HR преимущественно функционирует во время фаз S и G2 клеточного цикла, когда сестринские хроматиды доступны в качестве шаблоноввосстановления 2,5. Примечательно, что HR необходим для точного восстановления DSB, возникающих от эндогенных источников, таких как стресс репликации, а также экзогенных повреждений, включая ионизирующее излучение (IR) и химиотерапевтические агенты, повреждающиеДНК 2,5.
RAD51 является центральным эффектором HR-пути и играет критическую роль в поиске гомологии и инвазии цепочек при HR-опосредованном восстановленииDSB 2,5. После образования DSB концы ДНК подвергаются резекции — процессу, инициируемому комплексом MRE11–RAD50–NBS1 (MRN) и сопутствующими факторами, что приводит к образованию 3′-одноцепочечных навесов ДНК. Эти одноцепочечные области изначально покрыты белком репликации A (RPA), который предотвращает формирование вторичной структуры и стабилизирует промежуточный препарат длявосстановления 4,5,6. HR затем запускается через скоординированные действия BRCA1, PALB2 и BRCA2, которые способствуют рекрутации и загрузке RAD51 в резецированную ДНК, вытесняя RPA и способствуя образованию нуклеопротеиновых филаментов сRAD51 4,5,6. После сборки эти филаменты ищут гомологичные последовательности ДНК внутри сестринской хроматиде и катализируют обмен цепей, тем самым обеспечивая точное восстановление повреждённойДНК 4,5,6. Накопление RAD51 в DSB-участках проявляется микроскопически как пунктатные ядерные очаг, которые можно обнаружить с помощью иммунофлуоресценции 7,8,9,10. Поскольку формирование этих фокусов отражает успешное взаимодействие HR-механизма, анализ очагов RAD51 стал широко используемым функциональным подходом для оценки способности HR и навыков восстановления ДНК вклетках 7,8,9,10. Важно, что этот анализ измеряет способность клеток выполнять HR-ответ после повреждения ДНК, а не полагаться исключительно на уровень экспрессии генов или белков, связанных с HR.
Дефекты HR часто наблюдаются при раке, особенно при опухоли, содержащих изменения в паралогах BRCA1, BRCA2, RAD51 или других генах, участвующих в HR, и особенно распространены при раке яичников и молочнойжелезы 4,11,12,13,14. Дефицит HR имеет важное терапевтическое значение, поскольку повышает чувствительность к ДНК-повреждающим агентам, таким как платиновая терапия, и к ингибиторам поли(ADP-рибоза) полимеразы (PARP) благодаря принципу синтетическойлетальности 4,11,12,13,14,15 . Следовательно, надёжные функциональные анализы для оценки HR-активности критически важны как для механистических исследований, так и для трансляционных исследований.
Этот протокол описывает иммунофлуоресцентный анализ для обнаружения и количественной оценки очагов ядерного RAD51 после повреждения ДНК в раковых клетках яичников. Рабочий процесс включает индукцию ДНК-DSB с помощью ИК, затем иммунофлуоресцентное обнаружение RAD51 и γH2AX, а также количественную оценку ко-локализованных ядерных очагов с помощью конфокальной микроскопии. Протокол демонстрируется с использованием HR-компетентных клеток OVCAR-8 и приобретённых клеток ABT R2, резистентныхк ингибиторам PARP, и обеспечивает воспроизводимый функциональный подход для оценки HR-активности после формирования DSB. Хотя анализ очков RAD51 широко используется как функциональная мера активности HR, доступные методы часто сосредоточены на конкретных экспериментальных условиях и часто не содержат подробных рекомендаций по интеграции контролируемой индукции повреждения ДНК, подтверждению образования DBS ДНК, контролям валидации анализов и стандартизированной количественной оценки на основе изображений. Кроме того, альтернативные подходы к оценке функции HR, включая геномные рубцевые анализы, мутационные сигнатуры и анализ экспрессии генов или белков, предоставляют косвенные измерения состояния HR и не оценивают напрямую клеточную способность привлекать RAD51 к местам повреждения ДНК. Анализы на основе репортёров, такие как DR-GFP, предлагают прямые измерения HR-активности, но требуют стабильной генной инженерии и не так легко применим к многим экспериментальным моделям. Поэтому описанный здесь рабочий процесс сочетает ИК-индуцированное повреждение ДНК с двойным иммунофлуоресцентным окрашиванием RAD51/γH2AX для одновременной проверки образования DSB и количественной оценки рекрутации RAD51 в повреждённый хроматин. Этот подход предоставляет практический, биологически значимый и широко применимый метод прямой функциональной оценки компетентности HR в культивируемых раковых клетках, включая контрольные методы анализа, этапы валидации и стандартизированные процедуры количественной оценки фокусов.