This video describes dissection, tissue processing, sectioning, and fluorescence-based TUNEL labeling of mouse skeletal muscle. It also describes a method for semi-automated analysis of TUNEL labeling.
Terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT) deoxyuridine triphosphate (dUTP) nick end labeling (TUNEL) is the method of using the TdT enzyme to covalently attach a tagged form of dUTP to 3’ ends of double- and single-stranded DNA breaks in cells. It is a reliable and useful method to detect DNA damage and cell death in situ. This video describes dissection, tissue processing, sectioning, and fluorescence-based TUNEL labeling of mouse skeletal muscle. It also describes a method of semi-automated TUNEL signal quantitation. Inherent normal tissue features and tissue processing conditions affect the ability of the TdT enzyme to efficiently label DNA. Tissue processing may also add undesirable autofluorescence that will interfere with TUNEL signal detection. Therefore, it is important to empirically determine tissue processing and TUNEL labeling methods that will yield the optimal signal-to-noise ratio for subsequent quantitation. The fluorescence-based assay described here provides a way to exclude autofluorescent signal by digital channel subtraction. The TUNEL assay, used with appropriate tissue processing techniques and controls, is a relatively fast, reproducible, quantitative method for detecting apoptosis in tissue. It can be used to confirm DNA damage and apoptosis as pathological mechanisms, to identify affected cell types, and to assess the efficacy of therapeutic treatments in vivo.
Terminal desoxinucleotidil transferasa (TdT) dUTP nick fin de etiquetado (TUNEL) es el proceso de utilización de la enzima TdT para adjuntar dUTP a extremos 3 'de doble y de cadena sencilla de ADN rompe 12,23. El método TUNEL para la detección de la apoptosis y daño del ADN se informó por primera vez hace más de 20 años por Gavrieli et al. 1,12,24. Desde entonces se ha evaluado y optimizado en diferentes preparaciones de tejidos 7,23,27,40. TUNEL se ha utilizado para estudiar la isquemia inducida por la muerte celular de las neuronas 6,14,29 y 43,44 cardiomiocitos, la muerte celular neuronal excitotóxica 30,31, y como biomarcador en el tratamiento de la artritis 39. También se ha utilizado como un factor de pronóstico y marcador de células del tumor en varios cánceres humanos 2,3,15,32,37,38,42.
Existen métodos alternativos para el daño del ADN y detección de muerte celular, pero tienen dificultades técnicas y advertencias. Transferencia de Southern se puede usar para quantifdaños en el ADN y en el tejido lisados enteros 7,9-11, pero este método no proporciona resolución a nivel celular y es difícil de cuantificar. El ensayo cometa es un método basado en células alternativa que requiere la extracción de núcleos de células conservadas 4,20,28,36. Aunque el ensayo cometa funciona bien en células aisladas en cultivo, es mucho más difícil de preparar núcleos intactos a partir de tejido muscular esquelético 8,21. Al igual que con Southern blot, el ensayo cometa no proporciona información específica del tipo de célula de todo un homogeneizado de tejido muscular. Otra alternativa para el método TUNEL es inmunohistoquímica utilizando anticuerpos contra ADN monocatenario 25,33,41 o en contra de las proteínas que participan en la respuesta al daño del ADN y la muerte celular vías (por ejemplo, p53, H2AX, y caspasas) 13,17,22,40. Tales métodos basados en anticuerpos requieren caracterización exhaustiva de anticuerpos y excelente especificidad del anticuerpo para producir una alta relación de señal a fondo. Incluso cuando specexisten anticuerpos IFIC, podrán exigir la desnaturalización de la proteína diana a través de los procedimientos de recuperación de antígeno 34,35. Mientras discutimos aquí, la recuperación de antígenos en los resultados de tejido muscular en inaceptablemente alta autofluorescencia. A diferencia de los métodos alternativos, TUNEL logra detectar el daño del ADN con una señal de alto y bajo fondo, excelente especificidad que se puede probar con simples controles positivos y negativos, buena penetración en los tejidos que no requiere la recuperación de antígenos, y la resolución a nivel celular. Además, el método TUNEL tarda unas 4 horas en completarse, mientras que los métodos alternativos suelen requerir incubaciones durante la noche.
Estudiamos la muerte celular del músculo esquelético en un modelo de ratón de la atrofia muscular espinal (SMA) 10 que se ha generado por Hsieh-Li y sus colegas 16. Para cuantificar las células apoptóticas en el músculo, hemos desarrollado un método de preparación de tejido, tinción y cuantificación que funciona con firmeza a través de diferentes skeleTal grupos musculares en diferentes puntos de tiempo de desarrollo en ratones. Utilizamos un kit TUNEL etiquetado disponible en el mercado y el software de análisis de imágenes disponible en el mercado. También hemos usado con éxito el ensayo de TUNEL en combinación con la tinción de inmunofluorescencia en la médula espinal 10.
Los métodos descritos aquí son útiles para los investigadores que desean evaluar la patología del tejido, mecanismos de la enfermedad, los mecanismos del envejecimiento y del desarrollo (pre y post-natal) la muerte celular en el músculo esquelético. La técnica de TUNEL es especialmente útil para los estudios de daño y reparación del ADN y la muerte celular en sistemas modelo en el que sólo un subconjunto de las células es de resolución a nivel celular afectada y es necesario.
Este video describe la disección, el procesamiento de tejidos, seccionamiento, y TUNEL etiquetado basado en la fluorescencia del músculo esquelético del ratón. También se describe un método de semi-automatizado señal de cuantificación TUNEL.
Un método para detectar y analizar cuantitativamente la apoptosis asociada a daño del ADN en el músculo esquelético de ratón se describe. El procedimiento incluye la recolección del tejido, tinción TUNEL, la adquisición de imagen digital, y análisis de imagen. Se necesitan suministros y herramientas histológicos comunes, y un kit comercial especial TUNEL es necesario. Los grandes elementos esenciales de equipos necesarios son un criostato, microscopio de epifluorescencia con capacidad de imagen digital, y un s…
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by NIH-NINDS grant RO1-NS065895 and NIH-NINDS grant 5-F31-NS076250-02.
We thank JHU SOM Microscope Facility for the use of the cryostat.
Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
4% Paraformaldehyde in phosphate buffered saline | Electron Microscopy Sciences | 19202 | For procedures described here, 4% solution was prepared fresh from powder. Paraformaldehyde from any supplier may be used. Prepared formaldehyde solution should be stored at 4 °C and should not be used after its expiration date (up to several months). Paraformaldehyde is a carcinogen and a toxin by inhalation and skin contact. Please follow precautions specified in the MSDS when handling paraformaldehyde. |
Sucrose | Sigma | S0389 | Used for cryoprotecting tissue before freezing. Sucrose from any supplier may be used. |
O.C.T. compound | Tissue-Tek | 4583 | Embedding medium for cryosectioning. |
Cryostat | Leica | CM 3050S | A Leica CM3050S cryostat was used for the preparations described here. Any cryostat capable of cutting 10 μm sections may be used. |
Glass slides, 25 x 75 x 1 mm | Fisher | 12-552-3 | Slides from any supplier may be used. |
Gelatin | Sigma | G-9391 | Gelatin is used to promote tissue section adhesion to glass slides. To coat glass slides with gelatin, dissolve 2.75 g gelatin and 0.275 g chrome alum in 500 mL distilled water, warm to 60 °C, dip slides for several seconds, and let dry. Gelatin from any supplier may be used. Alternatively, gelatin-precoated slides may be purchased. |
Chromium(III) potassium sulfate dodecahydrate (chrome alum) | Sigma | 243361 | Chrome alum is added to gelatin solution to promote tissue adhesion on glass slides. It is a possible carcinogen and a toxin by inhalation and skin contact. Please follow precautions specified in the MSDS when handling chrome alum. |
Vectabond tissue adhesion reagent | Vector Labs | SP-1800 | Optional substrate for better tissue adhesion to glass slides; gellatin-coated slides may be used instead. |
Tween20 | Sigma | P9416 | A detergent used to permeabilize tissue. Tween20 from any supplier may be used. |
Triton X100 | Sigma | T8787 | A detergent used to permeabilize tissue. Triton X100 from any supplier may be used. |
TACS 2 TdT fluorescein in situ apoptosis detection kit | Trevigen | 4812-30-K | Commercial kit for fluorescence-based TUNEL labeling. |
DNase/nuclease | Trevigen | 4812-30-K | (included with kit) |
DNase/nuclease buffer | Trevigen | 4812-30-K | (included with kit) |
10x phosphate buffered saline (PBS), pH 7.4 | Amresco | 780 | Make 1x PBS for washes and dilutions. PBS from any supplier may be used. |
DNase-free water | Quality Biologicals | 351-029-131 | Water from any supplier may be used. |
Hoechst 33258 | Sigma | 94403 | Nuclear dye. Any blue fluorescent nuclear dye may be used. As a DNA-binding dye, Hoechst is a suspected carcinogen and should be handled with protective equipment to minimize skin contact. |
Parafilm M | multiple | 807 | Any other hydrophobic film or cover slip may be used. Available from multiple suppliers. |
Fluorescent microscope with digital camera | – | – | Any fluorescent microscope capable of digitally capturing red, green, and blue fluorescence in separate channels may be used. |
Vectashield antifade media | Vector Labs | H-1000 | Antifade media from any supplier may be used. |
glass coverslips, No.1 thickness | Brain Research Labs | 2222-1 | Cover slips from any supplier may be used. The smallest size of 22×22 mm is sufficient for neonatal mouse leg sections. |
Nail polish | Ted Pella | 114-8 | Used to seal coverslips. Nail polish from any supplier (including regular retailers) may be used. Avoid using nail polish with color or additives that may reflect light during fluorescent imaging. |