December 13th, 2012
Canlı hücreler içinde ayrı DNA molekülleri gözlenmesi için bir yöntem tarif edilmektedir. Bu teknik ilgi DNA içine yerleştirilmiştir bağlanma yerleri için bir floresan etiketlendi lac represör proteininin bağlayıcı esas alınmaktadır. Bu yöntem, zaman içindeki çok sayıda canlı hücreler rekombinant DNA izlemek için adapte edilebilir.
Bu prosedürün genel amacı, bölünen hücrelerde viral genomların bölünmesini gözlemlemektir. Bu, önce floresan mikroskobu ile görselleştirilebilen bir plazmit yapılarak gerçekleştirilir. Burada bir plazmit, laktoz operatör dizisinin veya LAC O'nun tandem tekrarlarını içerecek şekilde tasarlanmıştır.İkinci adım, plazmiti bölünen hücrelere sokmak, ardından hücrelerin laktoz baskılayıcısını kodlayan bir retrovirüs veya bir floresan proteine kaynaşmış lak gözü ile enfeksiyonu izlemektir.
Laktoz baskılayıcı füzyon proteinleri, plazmit altındaki laktoz operatör dizilerini spesifik olarak bağlayacaktır. Hücreler, çoklu hücre döngüleri boyunca tek tek plazmitleri izlemek için floresan mikroskobu ile izlenir. Sonuç olarak, elde edilen görüntüler, viral genomların bölünen hücrelerde nasıl korunduğunu belirlemek için işlenir.
Bu tekniğin kantitatif PCR Southern blotlama veya floresan in situ u hibridizasyon gibi mevcut yöntemlere göre ana avantajı, bu tekniğin bireysel plazmitlerin zaman içinde birden fazla noktada gözlemlenmesine izin vermesidir. Plazmitin floresan mikroskobu ile görselleştirilmesini sağlamak için, laktoz operatör dizisinin veya LAC O'nun yaklaşık 250 kopyasını içeren bir DNA fragmanını plazmide sokmak için standart moleküler klonlama teknikleri kullanılır. Bu örnekte, plazmit, cap sarkomu ile ilişkili herpes virüsü veya KSHV'nin tüm genomunu içeren ve higromisine direnci kodlayan yaklaşık 170 kilobaz çiftinden oluşan bir arka ortadır.
Plazmid DNA içeren LAC O'yu transfeksiyon yoluyla hela ve SLK memeli hücrelerine sokun. 60 milimetrelik tabaklarda, hücreleri 10 mikrogram saflaştırılmış plazmit, DNA 25 mikrolitre, lipektomi, 2000 0.5 mililitre, Optum ve 3.5 mililitre ile inkübe edin. Dört saat boyunca DMEM. Ortamı% 10 fetal sığır serumu ile DMEM olarak değiştirin ve hücrelerin 48 saat boyunca iyileşmesine izin verin.
Daha sonra, transfekte edilmiş hücreleri büyük tabaklarda düşük yoğunlukta plakalayın ve DMEM'de üç hafta boyunca% 10 fetal sığır serumu ve eklenen plazmidi seçmek için mililitre higromisin başına 300 mikrogram ile kültürleyin, higromisin dirençli kolonileri yeni kültür kaplarına aktarmak için steril geziler ve ıslatılmış filtre kağıdı kullanın. Bulaşıkları bir ila iki hafta sonra inkübatöre koyun, transfekte edilmiş klonlar tabağı doldurmak için büyüdüğünde, LAC O plazmidinin polimerinin homojen ve beklenen boyutta olduğundan emin olmak için kısıtlama, sindirim ve güney lekeleme için DNA'yı izole edin. Bu örnek leke, klon birdeki LAC O polimerinin homojen olduğunu ve pozitif kontrolünkiyle aynı olduğunu göstermektedir.
Yedinci şeritte, plazmit, laktoz baskılayıcı lak gözünün bir füzyonunu ifade edecek şekilde tasarlanmamışsa, lak gözü, TD domates gibi kırmızı bir floresan proteine kaynaşmış lak gözü kodlayan bir retrovirüs ile uygun klonları enfekte etmek, uzun süreler boyunca çoklu maruziyetlerden kaynaklanacak fototoksisiteyi en aza indirmek için yeşile daha yakın floresan floresan veren proteinler yerine TD domatesi seçilir. LAC göz füzyon proteini eklendikten sonra, füzyon proteinlerinin DNA'ya bağlanmasını bloke etmek için mililitre IPTG başına 200 mikrogram varlığında hücreleri kültürleyin. Bu prosedürün en kritik yönlerinden biri, uygun floresan yoğunluğuna sahip klonların elde edilmesidir.
Optimal floresan Kültürüne sahip olanları belirlemek için çok sayıda klon taranmalıdır. Optimal lak göz TD domates proteini ekran klonlarının ekspresyonuna izin vermek için en az üç gün boyunca hücreler, minimum arka plan bağlanmamış füzyon proteini seviyeleri ile farklı sinyaller ortaya çıkaran TD domates, LAC I TD domates eksprese eden hücreleri görüntülemeden 24 ila 48 saat önce, bunları %10'dan daha az bir yoğunlukta 35 milimetrelik bir cam tabanlı tabağa yerleştirir. Bu, hücre çiftlerinin, görüntülemenin başlamasından bir ila üç saat önce üst üste binmeden sekiz ila 16 hücreli kolonilere bölünmesine izin verecektir.
Plakayı, hem seçici ilaçlar hem de IPTG içermeyen kültür ortamı ile üç kez durulayın. Bu, canlı olmayan hücreleri yıkar ve lak göz füzyon proteinlerinin plazmitlerdeki LAC sitlerini bağlamasına izin verir. Kültür ortamını iki mililitre ile değiştirin, DMEM'i% 10 fetal sığır serumu ve 25 milimolar Hippiler, görüntülemeden hemen önce bir ila üç saat inkübe eder, kültür kabının üst kısmını 35 milimetrelik bir tabak için bir montaj halkasına gerilmiş kült folyo ile değiştirin.
Bu örtü, kültür ortamının buharlaşmasını engelleyecek, bu da zamanla tuz konsantrasyonunu artıracak ve hücreleri öldürecektir. Bu deneyde kullanılan görüntüleme sistemi, sinyallerin hassas bir şekilde algılanması için motorlu bir tabla ve bir EM CCD kamera ile donatılmış bir Zeiss Axio 200 M ters çevrilmiş mikroskoptan oluşur. Floresan uyarma ışığı, bir Collibra sisteminin nötr beyaz LED'i tarafından sağlanır.
Görüntüleme sistemi, birden fazla Z yığını ile uzun zaman aralıklarında görüntülerin otomatik olarak alınması için bir yazılım tarafından kontrol edilir. Hücreleri nemlendirilmiş bir odada 37 santigrat derece, %5 ila %10 karbondioksitte tutmak için bir sahne üstü inkübatör kullanılır. Objektifin sifonlanmasını önlemek için yağ objektifi için ısıtılmış bir bilezik kullanın.
Numuneden gelen ısı, sistemin sabit bir sıcaklığa gelmesi için yeterli zaman sağlar. Deney sırasında hareket artefaktlarını en aza indirmek için, görüntüleme sistemi titreşimlerden izole edilecek bir hava tablasına oturmalıdır. Etiketli DNA'yı görselleştirme prosedürüne başlamak için, hücreleri görüntülemek ve her alanda birden fazla görüş alanında hücrelerin üst ve alt kısımlarının odak düzlemini belirlemek için DIC görüntülemeyi kullanın, hücrenin tepesinden yaklaşık üçte biri kadar bir odak düzlemine geçin, x'i kaydedin, Kaydedilen sahne konumları listesinde y, Z koordinatları.
Bu kaydedilen konumların her biri, mikroskop kontrol yazılımında hücreyi yakalamak için bir Zack görüntüsünün merkezi olacak, kaydedilen her aşama konumunda gerçekleştirilecek görüntülerin bir Zack'ini tanımlayacak, tüm hücrenin yakalanması için yeterli dilim tanımlayacak, hücrelerin bulunduğu düzlemlerin üstünde ve altında ekstra dilimlerle birlikte. Z boyutunda yaklaşık nyquist örneklemesine izin vermek için 0,35 ila 0,50 mikron arasında bir Z adımı boyutu seçin. Bu dilimler, hücre döngüsü sırasında hücre hareketlerini takiben algılamaya izin verir ve ayrıca görüntü yığınlarının elde edilme sonrası işlenmesinde de kullanılır.
Bu, hücrelerin kalınlığına bağlı olarak 40 ila 60 görüntüden oluşan bir yığınla sonuçlanacaktır. Zacks'in 30 dakikalık aralıklarla parlak alan görüntüsünü ve 10 ila 60 dakikalık aralıklarla floresan görüntülerini toplamak için bir zaman serisi deneyi tanımlayın. Deney sırasında DIC görüntülemeyi kullanmayın, çünkü standart parlak alan görüntülemeden daha fazla ışık gerektirir, bu da hücreleri uzun deneyler boyunca gereksiz yere fototoksisiteye maruz bırakabilir.
Yazılım kontrollü deneyi başlatın. Deney sırasında sistemin herhangi bir şekilde rahatsız edilmediğinden emin olun. Deney için tüm görüntüler elde edildikten sonra, her Zack için görüntüleri gözden geçirin ve bilgisayarın işlem süresini azaltmak için görüntülerin gereksiz alanlarını kırpın.
Bir sonraki adımda, sinyal yoğunluğunu her Z yığınındaki orijin pikseline yeniden atamak için. Axio vision yazılımında, görüntüleme sisteminin ölçülen nokta yayılma işlevine dayalı bir evrişim çözme algoritması kullanın. Dekonvolüsyonun sonucu burada gösterilmiştir.
Hücre döngüsü sırasında plazmitlerin yoğunluk değişikliklerini ve hareketlerini ve plazmitlerin yavru hücrelere bölünmesini izlemek için görüntüleri inceleyin. Farklı sinyallerin bulunduğu birden fazla Z düzlemini içerecek şekilde hesaplamalı olarak yapılan bu görüntüler, LAC eye TD domatesini eksprese eden HELOC hücrelerinin çekirdeklerinin, füzyon proteini üzerindeki nükleer lokalizasyon sinyali nedeniyle floresan olduğunu ve onu çekirdeğe lokalize ettiğini göstermektedir. I-P-T-G-K-S-H-V genomlarının yokluğunda, LAC O dizilerini kodlayan genomlar, floresan proteinin birçok kopyasını işe alır ve çekirdeğin arka plan yoğunluğu üzerinde parlak sinyaller olarak öne çıkar.
Buna karşılık, IPTG'nin varlığında, LAC göz floresan proteinlerinin, tanıma eksikliği O dizisine, Zack'in maksimum yoğunluk projeksiyonlarına bağlanması önlenir. Temsili bir deneydeki noktalar bu şekilde gösterilmiştir. Panel A'da görülebilen hücredeki floresan etiketli viral genomlar, panel B'de gösterildiği gibi sentezlenir.Viral genomlar daha sonra panel C, D ve E'de gözlemlendiği gibi hücre bölünmesi sırasında yavru hücrelere bölünür. Sağlıklı HELOC hücreleri için hücre döngüsü yaklaşık 24 saat sürer ve yavru hücreler tipik olarak birbirine yakın bağlanır ve bir sonraki hücre döngüsünde aynı anda bölünmeye devam eder.
Bu protokol kullanılarak, bu prosedür denenirken hücredeki viral genomlar birden fazla nesil boyunca takip edilebilir. Deney boyunca hücrelerin sağlıklı olduğundan emin olmak için üretim süresinde hücre morfolojisini izlemeyi unutmamak önemlidir.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Bu makale, canlı hücrelerde bireysel DNA moleküllerini gözlemlemek için floresan etiketli bir lak represör proteini kullanan bir yöntemi açıklamaktadır. Bu teknik, rekombinant DNA'ların zaman içinde izlenmesini sağlayarak, bölünme hücrelerindeki davranışları hakkında bilgiler sunar.
Monitoring plasmid replication in live mammalian cells enables real-time observation of genetic element behavior across generations, addressing a key gap in understanding episomal maintenance in therapeutic contexts. This approach supports target validation by providing quantitative, single-cell resolution of synthesis and partitioning dynamics, which informs predictive confidence in vector design and transgene stability assessments. The method is particularly relevant for de-risking viral vector platforms and synthetic biology constructs where faithful inheritance impacts long-term expression and safety profiles.
The method fits within the discovery-to-preclinical continuum, particularly in early lead optimization where transgene stability and expression consistency are critical decision points.