RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Jing Zhang*1, Jing Huang*2, Ishani Majumdar1, Ryan C. James3, Julia Gichimu1, Manikandan Paramasivam4, Durga Pokharel5, Himabindu Gali6, Marina A. Bellani1, Michael M Seidman1
1Laboratory of Molecular Gerontology, National Institute on Aging,National Institutes of Health, 2Institute of Chemical Biology and Nanomedicine, State Key Laboratory of Chemo/Biosensing and Chemometrics, College of Biology,Hunan University, 3Department of Molecular Biology and Genetics,Cornell University, 4Department of Cellular and Molecular Medicine,University of Copenhagen, 5Horizon Discovery, 6Boston University School of Medicine
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
DNA adduktları ile replikasyon çatalı çarpışmaları çift iplikçik kopmalarına neden olabilirken, replikomlar ve bloke edici lezyonlar arasındaki etkileşim hakkında daha az şey bilinmektedir. Bu karşılaşmaları görselleştirmek ve replisome kompozisyonunun sonuçlarını karakterize etmek için yakınlık ligasyon testini kullandık.
Nükleazlar, radyasyon ve diğer DNA kırıcılar tarafından indüklenen çift iplikçik kırılmalarına (DSB'ler) hücresel yanıt hakkında önemli bilgiler mevcuttur. Bu kısmen, kırılma yerlerinin tanımlanması için yöntemlerin kullanılabilirliğini ve bu dizilerde DSB'lere alınan faktörlerin karakterizasyonunu yansıtır. Bununla birlikte, DSB'ler, doğrudan kırılmalara neden olmayan ve belirli sekans bölgelerinde reaksiyona girmeyen bileşikler tarafından oluşturulan DNA adduktlarının işlenmesi sırasında ara ürünler olarak da görünür. Sonuç olarak, bu ajanların çoğu için, yanıt faktörleri ile bağlanma etkileşimlerinin analizine ve onarım proteinlerine izin veren teknolojiler bilinmemektedir. Örneğin, DNA interstrand çapraz bağları (ICL'ler), replikasyon çatalı karşılaşmalarını takiben kırılmalara neden olabilir. Kanser kemoterapötikleri olarak yaygın olarak kullanılan ilaçlar tarafından oluşturulmasına rağmen, replikasyon proteinleri ile etkileşimlerini izlemek için herhangi bir metodoloji bulunmamaktadır.
Burada, bu zorlu adduct'larla çatal çarpışmalarına hücresel tepkiyi takip etme stratejimizi açıklıyoruz. Bir steroid antijenini, canlı hücrelerin çekirdeklerinde fotoaktivasyona bağımlı ICL'ler oluşturan psoralen'e bağladık. ICL'ler antijen etiketine karşı immünofloresan ile görselleştirildi. Etiket ayrıca iki antijenin yakın ilişkisini bildiren Yakınlık Ligasyon Testi'nde (PLA) bir ortak olabilir. PLA, etiketlenmiş ICL'lerle yakından ilişkili olan proteinleri olmayanlardan ayırt etmek için kullanıldı. ICL'lerle karşılaştıktan sonra tutulan replisome proteinleri tanımlamak ve kaybolan diğerlerini tanımlamak mümkündü. Bu yaklaşım, immünolojik olarak tespit edilebilen herhangi bir yapı veya DNA katkısı için geçerlidir.
Çift iplikçik kopmalarına hücresel yanıt, kopmaları spesifik genomik bölgelere yönlendirmek için giderek daha güçlü yöntemlerin art arda gelmesi nedeniyle iyi belgelenmiştir 1,2,3. Konumun kesinliği, bölgede biriken ve DNA Hasar Yanıtına (DDR) katılan proteinlerin ve diğer faktörlerin kesin karakterizasyonunu sağlar, böylece kırılmaları onaran Homolog Olmayan Son Birleştirme (NHEJ) ve Homolog Rekombinasyon (HR) yollarını yönlendirir. Tabii ki, birçok kırılma, radyasyon ve belirli dizilere saldırmayan kimyasal türler gibi ajanlar tarafından tanıtılır4. Bununla birlikte, bunlar için uçları etiketleme ve yerelleştirme için uygun yapılara dönüştürebilen prosedürler mevcuttur 5,6. Kırılmalar, immünoglobulinin yeniden düzenlenmesi gibi biyolojik süreçlerle de ortaya çıkar ve son teknoloji, lokalizasyonlarına da izin verir7. Yanıt veren faktörler ve bu siteler arasındaki ilişki daha sonra belirlenebilir.
Kırılmalar ayrıca, doğal kırıcılar olmayan, ancak transkripsiyon ve replikasyon gibi DNA işlemlerini bozan bileşikler tarafından oluşturulan adduktların dolaylı bir sonucu olarak ortaya çıkar. Bu tıkanıklıklara hücresel yanıtın bir özelliği olarak, belki onarım sırasında veya nükleaz saldırısına karşı savunmasız bir yapıyı tetikledikleri için oluşabilirler. Tipik olarak, addukt, mola ve yanıt veren faktörlerle ilişki arasındaki fiziksel ilişki çıkarımsaldır. Örneğin, ICL'ler sisplatin ve Mitomisin C8 gibi kemoterapötikler tarafından ve abazik bölgeler9'un bir reaksiyon ürünü olarak oluşturulur. ICL'ler, replikasyon çatalları10'a güçlü bloklar olarak bilinir, böylece nükleazlar11 tarafından bölünebilen çatalları durdurur. İplikçikler arasındaki kovalent bağlantı genellikle ara12,13 olarak zorunlu kırılmalara sahip yollar tarafından rahatlatılır ve replikasyon çatalı14'ü yeniden oluşturmak için homolog rekombinasyon gerektirir. Çoğu deneyde araştırmacı, bir replikasyon çatalının bir ICL ile çarpışmasının aşağı yönünde oluşan kırılmalara ilgi faktörlerinin tepkisini takip eder. Bununla birlikte, provokatif bir lezyonun lokalizasyonu için herhangi bir teknoloji bulunmadığından, replisome'un ve bileşen parçalarının ICL'ye yakınlığı ancak varsayılabilir.
Burada ICL'ler tarafından gösterilen, sekansa özgü olmayan kovalent katkılarla protein ilişkilerinin analizini sağlamak için bir strateji geliştirdik. Sistemimizde bunlar, binlerce yıldır cilt bozuklukları için terapötik olarak kullanılan fotoaktif bir doğal ürün olan psoralen tarafından tanıtılmaktadır15. Yaklaşımımız psoralenslerin iki önemli özelliğine dayanmaktadır. Birincisi, sisplatin veya Mitomisin C 8,16 gibi popüler bileşiklerin oluşturduğu% 10'dan azının aksine, adduktların% 90'ını aşabilen yüksek çapraz bağlantı oluşum sıklığıdır. İkincisi, bileşiğin çapraz bağlama kapasitesi kaybı olmadan konjugasyona erişilebilirliğidir. Trimetil psoralen'i kovalent olarak uzun zamandır kurulmuş bir immünoetiket olan Digoxigenin'e (Dig) bağladık. Bu, genomik DNA'daki psoralen adduktlarının Dig etiketinin immünoboyaması ile tespit edilmesini ve konvansiyonel immünofloresan17 ile görselleştirilmesini sağlar.
Bu reaktif, önceki çalışmamızda, DNA lifi bazlı bir tahlil16 kullanılarak ICL'lerle replikasyon çatalı karşılaşmalarının analizine uygulandı. Bu çalışmada, replikasyonun bozulmamış bir ICL'den sonra devam edebileceğini bulduk. Bu, replikasyon stresi ile aktive olan ATR kinazına bağlıydı. CMG replikatif helikazın yapısı göz önüne alındığında replikasyon yeniden başlatma beklenmiyordu. Bu, GINS kompleksinin (PSF1, 2, 3 ve SLD5'ten oluşan G) ve CDC45 (C)18'in proteinleri tarafından kilitlenen lider iplik sentezi için şablon ipliği etrafında ofset aralıklı bir halka oluşturan MCM hetero-heksamerinden (M) oluşur. Replikasyonun, ICL distal tarafında, replisome çarpışmasının yanına kadar yeniden başlayabileceği önerisi, replisome'un yapısında bir değişiklik yapılmasını savundu. Bir ICL ile karşılaşma sırasında hangi bileşenlerin yanıt verdiği sorusunu ele almak için, burada açıklanan yaklaşımı geliştirdik. Dig etiketini, ICL'nin replisome20'nin proteinleriyle yakın ilişkisini sorgulamak için Proximity Ligation Assays'da (PLA)19'da bir ortak olarak kullandık.
1. Hücre hazırlığı

2. Yakınlık ligasyon testi
NOT: 3. Günde yakınlık ligasyon testi yapın.
3. Görüntüleme ve nicelleştirme
pMCM2'nin 4.3D gösterimi: ICL etkileşimleri
Sürüngen proteinler ile Dig-TMP'nin PLA'sı
Dig-TMP'nin yapısı Şekil 1'de gösterilmiştir. Trimetil psoralenin bir glikol bağlayıcı aracılığıyla digoxigenin'e konjuge edildiği sentezin detayları daha öncetartışılmıştı 17,21. Hücrelerin bileşik ile inkübasyonu ve ardından 365 nm ışığa (UVA) maruz kalmak, bileşiği fotoaktive eder ve çapraz bağlama reaksiyonunu yönlendirir. Adducts'un% 90'ından biraz fazlası ICL'lerdir16. Dig etiketi, çekirdek boyunca ICL'lerin varlığını ortaya koyan immünofloresan ile görselleştirilebilir (Şekil 2). MCM2 gibi bir replisome proteinin immünofloresansı, ICL'lerin girişinden etkilenmeyen bir dağılım olan çekirdek boyunca bir dağılımı da gösterir. Bu sonuçlar, DSB'lere DNA Hasar Yanıtı'nda (DDR) görüldüğü gibi, yanıt veren proteinlerin odak görünümünün, yanıtın bir özelliği olmadığını göstermiştir: ICL etkileşimleri.
Şekil 2'de gösterilen deneyde yanıtlayıcıların ICL'lerle etkileşimini görselleştirmek için, iki antijenin yakınlığını bildiren PLA'yı uyguladık (Şekil 3a). ICL'lerin uygulanmasından 1 saat sonra MCM5 ve Dig etiketinin ilişki sıklığını ölçtük (Şekil 3b). PLA sinyalleri, yanıtların ICL'lere yakınlığını gösterdi.
ICL'ler tarafından sunulanlar da dahil olmak üzere çoğaltma stresi, ATR kinaz22'yi aktive eder. ATR'nin birçok substratı arasında, serin 10823'teki MCM2 de dahil olmak üzere MCM proteinleri bulunur. ICL ile tekrarlanabilir bir karşılaşmanın, diğer birçok substratın yanı sıra MCM2'nin fosforilasyonuna neden olması beklenir. Bu beklentiye uygun olarak, pMCM2Ser108 ile Dig etiketi arasındaki PLA pozitifti (Şekil 3c). Diğer deneylerde plato frekansına 1 saat20'de ulaşıldığını bulduk. Bu sonuçları, genom boyunca çeşitli şekillerde yerleştirilmiş ve bir ICL'den değişken olarak uzak olan replisomelerin sonunda blokla karşılaştığını, ATR aktivasyonunu ve MCM2 fosforilasyonunu tetiklediğini gösteren olarak yorumladık.
Önceki şekillerdeki PLA sonuçları, çoklu optik düzlemlerin sıkıştırılmış bir toplamı olarak sunulmaktadır. Bununla birlikte, bireysel çekirdeklerden elde edilen sonuçlar, Video 1'deki pMCM2: Dig-TMP PLA için gösterildiği gibi üç boyutlu bir rekonstrüksiyonda da sunulabilir. Bu analiz, ICL'lerle replisome karşılaşmaların çekirdek boyunca gözlemlenebileceğini göstermiştir.
Replikasyon çatalı çalışmamız, ICL karşılaşmalarının beklenmedik bir replikasyon yeniden başlatma fenomeni16'yı ortaya çıkardığını göstermiştir. İşlevsel bir yanıtın kilitli halka yapısı göz önüne alındığında, replikasyon aparatının bileşiminin bir ICL ile çarpıştığında değişip değişmediğini sormak oldukça ilgi çekiciydi. Replikasyon çatallarının% 10'undan azı bir ICL ile temas ettiğinden, tüm replisomelerin protein bileşimini basitçe analiz etmek üretken olmazdı. Bununla birlikte, Dig ve çeşitli bileşenler arasındaki PLA bu soruyu ele almamıza izin verdi. pMCM2 ile elde edilen olumlu sonuçların aksine, GINS kompleksinin proteinlerinin ICL'lerle PLA sinyali veremediğini bulduk. Öte yandan, CDC45 ile yapılan tahlil pozitifti, bu da diğer kilitleme proteininin tutulduğunu gösteriyordu (Şekil 4a,b). Hücreler bir ATR inhibitörü ile inkübe edildiğinde, yeniden başlatma tamamen bastırıldı ve GINS: Dig PLA güçlü bir şekilde pozitifti (Şekil 4c). Bu sonuçları yorumlamamız, ATR aktivitesinin yokluğunda GINS proteinlerinin tutulduğu, CMG helikazın kilitli bir konfigürasyonda kaldığı ve ICL20'den sonra replikasyon yeniden başlatma olmadığı yönündeydi.

Şekil 1: Digoxigenin antijen etiketine bağlı trimetil psoralenin yapısı. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Replisome protein MCM5 ve DIG TMP'nin immünofloresansı ayrık odaklar göstermez. Hücreler Dig-TMP ve UVA ile tedavi edildi ve 1 saat sonra MCM5 ve Dig için immün boya uygulandı. Beyaz çubuk 5 μm'yi temsil eder. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: Dig-TMP ve MCM5 arasındaki PLA. (a) MCM5 replisome proteini ile ICL üzerindeki Dig etiketi arasındaki etkileşime uygulanan Proximity Ligation Assay'ın şeması. Şema basitleştirilmiştir. Pratikte primer antikorlar, oligonükleotidlere kovalent olarak bağlanmış sekonder antikorlar tarafından bağlandı. (b) MCM5 ve Dig-TMP arasındaki PLA. Etkileşim alanlarını gösteren ayrık sinyallere dikkat edin. Sinyal dağılımını (nokta grafiği) ve medyanı (kutu grafiği kırmızı çubuk), 25. ve 75. yüzdelik dilimleri (kutu uçları) ve aykırı değerler (aşırı çizgiler) hariç enyüksek ve en düşük değerleri gösteren nokta ve kutu grafikleri. Wilcoxon-Rank Sum testi, iki koşul arasında anlamlı bir fark olduğunu doğruladı (p<0.001). Beyaz çubuklar, pMCM2 ve Dig-TMP arasında 5 μm. (c) PLA'yı temsil eder. Bu sinyaller, MCM2'nin ATR'ye bağımlı fosforilasyonunu tetikleyen ICL ile replisome'un karşılaşmasını temsil eder. PLA, farklı hücrelerdeki karşılaşma sıklığının değişkenliğini bildirir. Beyaz çubuk 5 mm'yi temsil eder. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: Dig-TMP ve replisome kilitleme proteinleri arasındaki PLA. (a) CDC45: Dig-TMP. Beyaz çubuk 5 μm. (b) PSF1: Dig-TMP'yi temsil eder. Minimum sinyal frekansı, çapraz yolu bloke eden bir ATR inhibitörü ve PSF1 içeren GINS kompleksinin salınımı ile tedavi edilerek büyük ölçüde arttırılır. Beyaz çubuklar 5 μm'yi temsil eder. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Video 1: pMCM2'nin üç boyutlu rekonstrüksiyonu: PLA sinyallerini kazmak, çekirdek boyunca dağılımı gösterir. PCNA yeşil, PLA kırmızı, DAPI mavi renkte boyanır. Bu videoyu indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Dosya 1: PLA ölçümü için hücre profili işlem hattı. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Dosya 2: PLA ölçümü için IMARIS hücre modülü toplu iş parametreleri. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yok.
DNA adduktları ile replikasyon çatalı çarpışmaları çift iplikçik kopmalarına neden olabilirken, replikomlar ve bloke edici lezyonlar arasındaki etkileşim hakkında daha az şey bilinmektedir. Bu karşılaşmaları görselleştirmek ve replisome kompozisyonunun sonuçlarını karakterize etmek için yakınlık ligasyon testini kullandık.
Bu araştırma, kısmen, NIH, Ulusal Yaşlanma Enstitüsü, Amerika Birleşik Devletleri (Z01-AG000746-08) Intramural Araştırma Programı tarafından desteklenmiştir. J.H., Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakıfları (21708007 ve 31871365) tarafından desteklenmektedir.
| Alexa Fluor 568, Keçi anti-Tavşan IgG (H + L) Çapraz Adsorbe Edilmiş İkincil Antikor | Invitrogen | A-10011 | 1000'de |
| 1 35 mm camlı plakalar 1.5 lamel | MatTek | P35-1.5-14-C | Cam Tabanlı Mikro Kuyu Tabakları 35mm Petri Kabı Microwell |
| Alexa Fluor 488, Keçi anti-Fare IgG (H + L) Çapraz Adsorbe Edilmiş İkincil Antikor | Invitrogen | A-10001 | 1'de 1000 |
| Sığır serumu albümin (BSA) | SeraCare | 1900-0012 | Bloke edici çözelti, reaktiflerin 4 ° C'de saklanması gerekir; C |
| CDC45 antikoru (tavşan) | Abcam | ab126762 | 200'de 1 |
| Hücre yapıştırıcısı | Hücre-TAK çözeltisi için | Yaşam Bilimleri | 354240 |
| Konfokal mikroskop | Nikkon | Nikon TE2000 Volocity yazılımı ile donatılmış eğirme diski mikroskobu | |
| Digoxigenin (Dig) antikoru (fare) | Abcam | ab420 | 200'de 1 |
| Dig-TMP | sentezlenir Seidman Lab | ||
| Duolink Amplifikasyon reaktifleri (5 kez;) | Sigma-Aldrich | DUO82010 | reaktiflerinin -20 ° C'de saklanması gerekir; C |
| Duolink yerinde tespit reaktifleri | Sigma-Aldrich | DUO92007 | reaktiflerinin -20 ° C'de saklanması gerekir; C |
| Duolink in situ oligonükleotid PLA probu EKSI | Sigma-Aldrich | DUO92004 | anti-fare EKSI, reaktiflerin 4 ° C'de saklanması gerekir; C |
| Duolink in situ oligonükleotid PLA probu PLUS | Sigma-Aldrich | DUO92002 | anti-tavşan PLUS, reaktiflerin 4 ° C'de saklanması gerekir; C |
| Duolink yerinde yıkama tamponu A | Sigma-Aldrich | DUO82046 | Duolink Yıkama Tamponları, reaktiflerin 4 ° C'de saklanması gerekir; C |
| Duolink yerinde yıkama tamponu B | Sigma-Aldrich | DUO82048 | Duolink Yıkama Tamponları, reaktiflerin 4 ° C'de saklanması gerekir; C |
| epifloresan mikroskop | Zeiss | Axiovert 200M mikroskop | Axio Vision yazılım paketleri ile donatılmıştır (Zeiss, Almanya) |
| Formaldehit %16 | Fisher Scientific | PI28906 | sabitleme çözeltisi için |
| Keçi serumu | Thermo | 31873 | Bloke etme çözeltisi, reaktiflerin 4 ° C'de saklanması gerekir; C |
| Görüntü analiz yazılımı | açık kaynak Hücre | profilleyici | ,tek düzlem görüntülerin analizi için çalışır |
| Görüntü analiz yazılımı lisansı gereklidir | Bitplane | Imaris | Hücre Biyolojisi modülü gereklidir. Görüntü yığınlarındaki (3B) PLA noktalarını/çekirdeklerini ölçebilir ve 3B rekonstrüksiyonlar yapabilir |
| Ligaz (1 birim/μ l) | Sigma-Aldrich | DUO82029 | reaktiflerinin -20 ° C'de saklanması gerekir; C |
| Ligasyon reaktifi (5 kez;) | Sigma-Aldrich | DUO82009 | reaktiflerinin -20 ° C'de saklanması gerekir; C |
| MCM2 antikoru (tavşan) | Abcam | ab4461 | 200'de 1 |
| MCM5 antikoru (tavşan monoklonal) | Abcam | Ab75975 | 1000'de 1 |
| Metanol | Lab ALLEY | A2076 | -20 ° C'de ön soğuk; C kullanmadan önce |
| fosfoMCM2S108 antikoru (tavşan) | Abcam | ab109271 | 200'de 1 |
| Polimeraz (10 birim/μ l) | Sigma-Aldrich | DUO82030 | reaktiflerinin -20 ° C'de saklanması gerekir; C |
| ThermoFisher Scientific | P36935 | PSF1 antikoru (tavşan) | ile altın montaj ortamını uzatınAbcam |
| ab181112 | 200 | ||
| RNA'da 1 A 100 mg/ml | Qiagen | 19101 | reaktiflerinin 4 ° C'de saklanması gerekir; C |
| İstatistiksel analiz ve veri görselleştirme yazılımı | açık kaynak | R studio | nokta grafiği ve kutu grafikleri oluşturmak için ggplot2 paketi |
| İstatistiksel analiz ve veri görselleştirme yazılım lisansı gereklidir | Systat Yazılımı | Sigmaplot V13 | |
| TMP (trioksalen) | Sigma-Aldrich | T6137_1G | |
| TritonX-100 | Sigma-Aldrich | T8787_250ML | |
| Tween 20 | Sigma-Aldrich | P9416_100ML | |
| UV kutusu | Güney New England Ultraviyole | Durduruldu. Olası bir yedek UV test odası olarak Opsytec UV test odasına bakın | |
| Opsytec | UV TEST ODASI BS-04 | ||
| VE-821 | Selleckchem | S8007 | son konsantrasyon 1 mikrodur; M |