민감한 면역를 사용하여 시토신의 수정 된 형태의 검출

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Abakir, A., Wheldon, L., Johnson, A. D., Laurent, P., Ruzov, A. Detection of Modified Forms of Cytosine Using Sensitive Immunohistochemistry. J. Vis. Exp. (114), e54416, doi:10.3791/54416 (2016).

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Abstract

Introduction

DNA (5mC)에서 시토신 염기의 메틸화는 전사 1 침묵과 관련된 척추 동물의 게놈에서 발견되는 주요 후생 유전 학적 마크를 나타냅니다. 5mC 도입하고 DNA의 methyltransferases 2-5로 유지하고, 유전체 각인, X 염색체 불 활성화, 세포 분화 및 발달 3,6. 따라서, 중단 포함한 생물학적 과정의 숫자에 중요한 역할을하는 것으로 나타났다되고 5mC 게놈 패턴 질환 7, 8-11의 번호와 관련된다. 개발 및 질병에 5mC 역할을 이해하는데 진전에도 불구하고, 여전히이 마크가 개발 및 성인 조직에서 제거되는 방법을 크게 알려지지 않은 남아있다. DNA 탈 메틸화 여러 가능성 메커니즘은 최근 능동 및 수동 탈 메틸화기구 12, 13, 14, 15을 포함하여 제안되었다. 디스커버리 10-11 전위에 의해 매개 enzym 5mC 순차 산화 생성물ES (tet1 / 2 / 3)가 중간체로서 작용할 수 있는지 5 hydroxylmethylcytosine (5hmC) -5- formylcytosine (5fC) 및 DNA 16, 17, 18, ​​19 추측 자극 진핵 5- carboxylcytosine (5caC) 등 자신의 권리 (13)의 DNA 탈 메틸화 과정 또는 행위 안정적 후생 유전 학적 마크. 기본 절단 수리의 구성 요소, 티민-DNA 글리코 (TDG)가 결합하여 DNA 19 일부터 5fC과 5caC 모두 제거 할 수있는 데모, 20 활성 DNA 탈 메틸화에 수정 된 5mC 유도체의 역할을 제안하는 동안. 5fC / 5caC가 전사 조절 (29)에이 마크의 잠재적 인 참여에 RNA II의 processivity 점의 속도를 조절할 수 있음을 보여주는 최근의 증거. 인해 5mC의 산화 된 형태의 이러한 잠재적 인 생물학적 중요성 생화학 항체 기반 기술의 범위는 게놈 분포 글로벌 콘텐츠 (16), 19-24 연구에 이용되어왔다.

주어진 t의 대부분이그는 16-18, 20, 23, 25 내지 27은 서로 다른 조직에서 산화 5mC 유도체의 공간 분포를 결정하는 실험 중요해진다 장기 상이한 세포 유형으로 구성 수정 시토신 염기의 분포가 조직과 특정 세포 형인지 척추 생물학적 기능을 공개에 필요한 작업. 생화학 및 항체 기반 접근 방법의 대부분은 다른 조직과 세포 유형에 5mC의 수정 된 형태의 분포에 관한 공간 정보를 제공하지 않습니다. 대조적으로, 면역 화학 기반 기술 5mC (28) 및 산화 된 유도체 (20)의 공간적 분포와 핵 이행을 평가하는 신속한 수단을 제공 할 수있다. 즉 마우스 게놈 18 (매 10 6 시토신 3)보고 매우 낮은 5fC의 풍요 로움 (20 매 10 6 시토신에) 및 5caC 표준 면역 화학에 대한 큰 도전을 나타냅니다 말한다.

이리,우리는 강력한 제공하는 매우 민감한 면역 화학적 방법 및 포유 동물의 뇌 조직에서 시토신의 산화 된 형태의 신속 검출을 설명합니다. 신호 증폭 단계에 결합 된 퍼 옥시 다제 접합 이차 항체를 포함하여, 이러한 방법은 5fC 및 5caC의 매우 소량을 검출 문제를 회피. 또한,이 기술은 이러한 효과 후생 유전 학적 마크의 생물학적 기능을 밝히는데 다른 방법을 보완 리니지 마커 특정 사이토 공동 검출 변형 형태에 사용될 수있다.

Protocol

모든 동물 관련 절차는 대학의 노팅엄의 윤리 심의위원회에 따라 수행 하였다.

1. 면역 염색에 적합한 조직 준비를 선택

  1. 이전 25 설명 된 바와 같이 야생형 CD1 마우스 배아 및 성인 뇌 조직의 파라핀 포함 된 섹션을 생성합니다. 4 % 포름 알데히드 (FA) 또는 방법 (25)에 대한 면역 염색을 4 % 파라 포름 알데히드 (PFA) 중 고정 뇌 조직 절편을 사용한다.
    주 : 파라핀 조직 절편의 사용은 표지 된 항체에 앞서 탈 왁싱 필요하다. (2)로 처리하기 때문에 - DNA의 변성을위한 프로토콜에 사용될 4 M 염산 (HCL) 가장 항원 검색 전략 호환되지 우리 단백질 5mC 산화 유도체의 공동 검출 cryo- 또는 마이크로톰 섹션 중 하나의 사용을 권장 마커.

2. 탈납 파라핀 조직 절편 < / P>

  1. 실행중인 클래스 II 안전 캐비닛에서, 자일 렌, 실온에서 10 분 동안 2 회 가득 코 플린 항아리에 파라핀을 내장 조직 섹션을 씻는다.
    참고 : 불완전 파라핀 제거가 일치하지 않는 염색 패턴으로 이어질 수 있습니다 그것은 신선한 크실렌을 사용하는 것이 중요합니다.
  2. 탈 왁싱 후에 빠르게 연속적으로 95, 75로 세척하여 조직 절편을 재수 화 및 RT에서 10 분마다 50 % 에탄올.

3. 고정 및 Cryo- 및 마이크로톰 섹션 투과성으로

  1. RT에서 15 분 동안 빙냉 4 % PFA 또는 4 % FA 하나에 배치하여 재수 조직 섹션을 고정한다.
  2. RT에서 5 분 동안 PBS의 섹션 (인산염 완충 식염수)을 세척하여 과잉 정착액을 제거합니다.
  3. 실온에서 30 분 동안 (PBS에서 0.5 % 트리톤 X-100) PBX 가득 코 플린 항아리에 배치하여 조직 절편을 Permeabilize 하시려면. PBT (PBS에 0.​​01 % 트윈 20)에 곧 부분을 세척하여 여분의 PBX를 제거합니다.
OXI-5mC 파생 상품에 대한 jove_title "> 4. 면역 염색

  1. DNA의의 본 antibody에 대한 실온에서 60 분 동안 2 N 염산의 투과성이 섹션을 배치합니다.
    참고 : 비록 염산의 높은 농도 (예를 들어, 4 N) 리드보다 효율적인 DNA의 변성에, 그들은 DAPI와 OXI-MCS의 공동 검출을위한 호환되지 않습니다.
  2. HCL에 중화 RT에서 30 분 동안 10 mM 트리스 - 염산 (산도 8.5)에서 섹션을 배치합니다. 또한, 5 분 PBS의 각 섹션을 세 번 씻는다. RT에서 5 분 동안 PBT의 섹션을 품어.
  3. 조심스럽게 부드럽게 슬라이드를 흔들어 모든 단계에서 완전히 건조 할 수있는 조직 섹션을 말도없이 조직 섹션을 둘러싼 영역에서 액체를 제거합니다. 섹션을 건드리지 않고 부분을 둘러싸 소수성 장벽 펜을 사용합니다.
    주 : 소수성 장벽 펜 조직을 염색하고, 여러 섹션이 differen로 염색 할 수 있도록 필요한 항체의 양을 감소같은 슬라이드 t 항체.
  4. 습윤 챔버에서 RT에서 1 시간 동안 차단 용액 (PBS 중 10 % 소 혈청 알부민)를 100 μL의 섹션을 인큐베이션.
    참고 :이 단계를 건너 뛰는 것은 수정 된 시토신 기지를 염색의 효율성에 영향을 미치지 않을 것이다.
  5. 마우스 단일 클론 항 5hmC 5,000 희석 및 1 : 습기 챔버에서 실온에서 1 시간 동안 차단 솔루션 토끼 다 클론 항 5caC 차 항체의 1,000 희석 1 100 ㎕의 조직 섹션을 품어. 필요한 경우 또는 4 ° C에서 하룻밤 배양을 수행합니다.
    주 : 일차 항체없이 처리 섹션은 염색 절차 적합한 부정적인 컨트롤을 제공 할 수 있습니다. 12.5 일 양성 대조군으로 사용할 수 있습니다 5caC, 5fC 및 5hmC (20)이 풍부한 교미 쥐의 배아 뇌 섹션을 게시 할 수 있습니다.
  6. 경찰에 5 분 동안 PBT 가득 코 플린 항아리에 각각 세 번 절을 세척하여 과량의 항체를 제거RT에서 린 항아리입니다.
    주 : 세정액의 양을 증가 시키면 배경 얼룩을 줄일 수있다.
  7. 과량의 PBT를 제거하고, 필요한 경우, PBT은 소수성 장벽을 약화시킬 수있는 세제를 포함하기 때문에, 소수성 장벽 펜으로 다시 섹션을 둘러싸.
  8. 염소 항 - 토끼 HRP - 복합 항체의 400 희석 및 1 : 솔루션을 차단하는 당나귀 항 - 마우스 555 - 복합 항체의 400 희석 1을 확인합니다.
  9. 습윤 챔버에서 실온에서 1 시간 동안 단계 4.9에서 이차 항체 혼합물을 100 ㎕의 조직 섹션을 인큐베이션.
  10. RT에서 5 분마다 PBT로 3 회 가득 코 플린 항아리에 조직 섹션을 씻으십시오.
  11. 실온에서 2 분 동안 tyramide 신호 증폭 버퍼에 tyramide 200 희석 : 1 100 ㎕의 조직 섹션을 배치합니다.
  12. 즉시, PBT에서 5 분간 슬라이드를 각각 세 번 세척하여 과량 tyramide 용액을 제거한다.
  13. 자르y를 초과 PBT를 제거하고 즉시 커버 섹션을 마운팅 중간의 드롭 (자료 목록 참조).
  14. 부드럽게 조직 섹션에 커버 슬립을 배치하고 즉시 매니큐어로 커버 슬립을 밀봉.
  15. 현미경 검사 전에 몇 시간 동안 4 ° C에서 조직 섹션을 저장합니다. (- 40X 배율 10) 405, 488 및 / 또는 555 nm에서 형광 현미경으로 검사합니다.

Representative Results

뇌 조직 섹션에서 5hmC의 분포를 확인하기 위해, 우리는 특히이 마크와 상호 작용하지만 상업 항 5hmC 항체를 사용, 사후 유사 분열 뉴런, NeuN에 대한 마커이 후생 유전 학적 변형의 공동 검출을 수행되지 수정의 다른 형태와 시토신 (20), (25). 성인 뇌의 5hmC 및 5caC 분포의 면역 조직 화학적 분석은 눈에 띄는 5hmC 염색이 NeuN 양성 세포와 공동 지역화 반면, NeuN 음성 아교 세포가 유전자 5hmC (그림 1) (20)의 낮은 수준을 가지고 것으로 나타났습니다.

우리는 최근 구정에 의존 5mC 산화가 신경 줄기 세포 (NSCs의) 20의 혈통 사양 중 동작하는 것으로 나타났다. NSCs의에서 immunochemically 탐지에도 불구하고, 5fC 및 5caC는 신경 a를 향해 NSCs의 분화의 초기 단계에서 눈에 띄는 면역 염색을 전시 차 아교 계통. 이 두 마크는 일시적으로 초기 신경 세포 및 교세포의 분화 (20)의 마커의 모양과 동시에 축적된다. 우리는 아교 분화 유도 3 일에서 NSCs을의 고정 문화에 아교 마커 GFAP에이 마크의 공동 염색을 수행 NSCs의 차별화에 5caC의 분포를 확인하십시오. NSCs의 성숙이나 성상 달리 (데이터 미도시), 우리는 이러한 배양에서 GFAP 발현 세포 (도 2) (20)의 비교적 큰 비율 5caC 강한 신호를 관찰 하였다.

그림 1
5hmC DAPI (파란색)으로 대조 성인 뇌 조직에서 NeuN (빨간색)와 (녹색). 개별 채널과 병합보기 그림 1. 공동 면역 염색이 표시됩니다. 스케일 바는 25 μm의 수 있습니다."빈>이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2
그림 폐해 차별화의 3 일에서 NSC의 문화에서 GFAP와 5caC 2. 공동 면역 염색. 개별 채널과 병합 된 뷰가 표시됩니다. 스케일 바는 20 μm의 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Discussion

일부 조직에서 5mC 산화 유도체, 5fC 및 5caC의보고 낮은 풍부 표준 면역 화학 프로토콜에 대한 상당한 제한을 제시 것이지만, 퍼 옥시 다제 접합 된 이차 항체의 결합은 고정 된 조직과 세포에서 이러한 시토신 수정의 검출을 허용한다 (그림 2) . 그러나 tyramide 용액 최적의 배양 시간은 신호 강도 및 tyramide 기반 신호 증폭 기간 사이에 선형 관계가 내용은 관측 tyramide 신호 증폭 키트의 각각의 배치에 대해 실험적으로 최적화되어야 알메이다 등 참조. 2012 26 . 또한, 신호 / 배경 비는 크게 초과하는 항체를 효율적으로 제거 할 수 있도록하는 코 플린 항아리에서 세척을 수행함으로써 향상 될 수있다. tyramide 용액 인큐베이션 후, 즉시 내지 D PBT 용액에 세척하여 반응을 중단하는 것이 중요ecrease 배경 염색. 이 섹션의 절차를 수행하는 동안 어느 시점에서 건조하는 것을 허용하지 않는 것이 중요합니다.

DNA의 본 antibody의 효율은 37 ° C에서 본 antibody 반응을 수행함으로써 개선 될 수있다. 이 이중 가닥 DNA와 독점적으로 상호 작용으로 4 N 염산을 사용하는 대신이 있지만 N은 DAPI와 협력 염색을 허용하지 DNA의 antibody에서는 4 N 염산을 사용하여 5mC의 변형 된 형태의 염색을 향상시킨다.

이 기술은 시토신 염기 위치를 검출의 변형 형태의 강력한 반 정량적 평가를 제공 할 수 있지만, 5mC 또는 산화 유도체의 절대 레벨을 평가하기 위해 사용될 수 없다. 따라서, 우리는 다른 보완의 사용을 권장하지만 양적는 16, 19 -24 접근한다. 포유 동물 게놈에서 5mC 산화 유도체의 발견 이래, 여러 접근법은 생물학적 역할 16, 19-24을 연구하기 위해 개발되었다. 이 approa 있지만CHES가 5mC 산화 유도체의 절대 수준을 결정하는데 유용 할 수 있고, 이들은 공간적 분포 (20), (26)에 관한 정보를 제공하지 않는다. 우리는 성공적으로 상이한 세포 유형에서 5mC 산화 유도체의 공간적 분포 및 위치 파악을 매핑하기 위해 여기에 기술 된 방법을 사용한 현상과 성인 뇌 (20)

자신의 공간 분포 (20)를 공개함으로써,이 기술은 생물학적 의미와 5mC 이러한 수정 유도체는 세포 분화, 개발 및 질병을 포함하여 검출 할 수있는 다양한 생물 상황에서 5mC의 산화 파생 상품의 운명을 이해하는 데 중요 할 수 있습니다. 또, 여기서 설명하는 방법 tyrami 서로 다른 배양 시간 (염색 강도에 비례) 퍼 옥시 다제 반응의 동역학을 평가함으로써 다른 조직에서 5mC의 산화 유도체 반 정량적 평가를 제공 할 수 있습니다드 26.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Coplin jar Cole-Parmer UY-48585-30 Glass made
Xylene Use only in Class II safety cabinet
Phosphate buffer saline (PBS) Fisher Scientific 12821680 pH 7.5, filtered before use
4% paraformaldehyde (PFA) Sigma Aldrich P6148 Once made can be stored at -20 °C in aliquotes for several months
4% formaldehyde  (FA) Sigma Aldrich F8775 Once made can be stored at -20 °C in aliquotes for several months
Ethanol, anhydrous denatured, histological grade Sigma Aldrich 64-17-5 95, 75, 50% in PBS
0.01% Tween 20 in PBS Sigma Aldrich P9416 PBT
0.5% Triton X-100 in PBS Sigma Aldrich X100 PBX
2 N HCl Sigma Aldrich 71826 caution extremely toxic
100 mM Tris-HCl  Promega H5121 pH adjusted to 8.5
hydrophobic barrier pen Abcam ab2601 for immunohistochemistry
Slide moisture chamber Scientific Device Laboratory 197-BL
anti-5mC mouse antibody Diagenode C15200081 monoclonal primary antibody
Anti-5hmC antibody Active Motif 39791 rabbit polyclonal primary antibody
Anti-5caC antibody Active Motif 61225 rabbit polyclonal primary antibody
Peroxidase-conjugated anti-rabbit seconday antibody Dako K1497
555-congjuated goat anti-mouse antibody Molecular probes A-11005  secondary antibody
10% BSA Sigma Aldrich A9418 Blocking solution
22 x 32 mm Glass cover slips BDH 406/0188/24
Tyramide Signal Amplification System Perkin Elmer NEL741001KT Other fluorochome conjugated seconday antibodies can be used for co-detection of oxi-5mC 
 Mounting Medium with DAPI Vector Labs H-1200
Colourless nail polish
chicken polyclonal anti-GFAP polyclonal antibody Thermo Scientific PA5-18598 1:400 dilution
anti-NeuN mouse monoclonal antibody Merck milipore MAB377B 1:400 dilution

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References

  1. Bird, A. DNA methylation patterns and epigenetic memory. Genes Dev. 16, 6-21 (2002).
  2. Reik, W., Dean, W., Walter, J. Epigenetic reprogramming in mammalian development. Science. 293, 1089-1093 (2001).
  3. Jaenisch, R., Bird, A. Epigenetic regulation of gene expression: how the genome integrates intrinsic and environmental signals. Nat Genet. 33, 245-254 (2003).
  4. Li, E., Bestor, T. H., Jaenisch, R. Targeted mutation of the DNA methyltransferase gene results in embryonic lethality. Cell. 69, (6), 915-926 (1992).
  5. Okano, M., et al. DNA methyltransferases Dnmt3a and Dnmt3b are essential for de novo methylation and mammalian development. Cell. 99, (3), 247-257 (1999).
  6. Cedar, H., Bergman, Y. Programming of DNA methylation patterns. Annu Rev Biochem. 81, 97-117 (2012).
  7. Amir, R. E., et al. Rett syndrome is caused by mutations in X-linked MECP2, encoding methyl-CpG-binding protein 2. Nat Genet. 23, 185-188 (1999).
  8. Chouliaras, L., et al. Consistent decrease in global DNA methylation and hydroxymethylation in the hippocampus of Alzheimer's disease patients. Neurobiol Aging. 34, 2091-2099 (2013).
  9. Jowaed, A., et al. Methylation regulates alpha-synuclein expression and is decreased in Parkinson's disease patients' brains. J Neurosci. 30, 6355-6359 (2010).
  10. Reik, W., et al. Age at onset in Huntington's disease and methylation at D4S95. J Med Genet. 30, 185-188 (1993).
  11. Landgrave-Gòmez, J., Mercado-Gòmez, O., Guevara-Guzmán, R. Epigenetic mechanisms in neurological and neurodegenerative diseases. Front Cell Neurosci. 27, 9-58 (2015).
  12. Seisenberger, S., Peat, J. R., Hore, T. A., Santos, F., Dean, W., Reik, W. Reprogramming DNA methylation in the mammalian life cycle: building and breaking epigenetic barriers. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 368, (1609), (2013).
  13. Wu, H., Zhang, Y. Mechanisms and functions of Tet protein-mediated 5- methylcytosine oxidation. Genes Dev. 25, 2436-2452 (2011).
  14. Oswald, J., et al. Active demethylation of the paternal genome in the mouse zygote. Curr Biol. 10, (8), 475-478 (2000).
  15. Ooi, S. K., Bestor, T. H. The colorful history of active DNA demethylation. Cell. 133, (7), 1145-1148 (2008).
  16. Kriaucionis, S., Heintz, N. The nuclear DNA base 5-hydroxymethylcytosine is present in Purkinje neurons and the brain. Science. 324, 929-930 (2009).
  17. Tahiliani, M., et al. Conversion of 5-methylcytosine to 5-hydroxymethylcytosine in mammalian DNA by MLL partner TET1. Science. 324, 930-935 (2009).
  18. Ito, S., et al. Tet proteins can convert 5-methylcytosine to 5-formylcytosine and 5-carboxylcytosine. Science. 333, 1300-1303 (2011).
  19. He, Y. F., et al. Tet-mediated formation of 5-carboxylcytosine and its excision by TDG in mammalian DNA. Science. 333, 1303-1307 (2011).
  20. Wheldon, L. M., et al. Transient accumulation of 5-carboxylcytosine indicates involvement of active demethylation in lineage specification of neural stem cells. Cell Rep. 7, 1353-1361 (2014).
  21. Yu, M., et al. Base-resolution analysis of 5-hydroxymethylcytosine in the mammalian genome. Cell. 149, 1368-1380 (2012).
  22. Lu, X., et al. Chemical modification assisted bisulfite sequencing (CAB-Seq) for 5-carboxylcytosine detection in DNA. J Am Chem Soc. 26, 9315-9317 (2013).
  23. Globisch, D., et al. Tissue distribution of 5-hydroxymethylcytosine and search for active demethylation intermediates. PLoS One. 5, e15367 (2010).
  24. Szwagierczak, A., et al. Sensitive enzymatic quantifi cation of 5- hydroxymethylcytosine in genomic DNA. Nucleic Acids Res. 38, e181 (2010).
  25. Ruzov, A., et al. Lineage-specific distribution of high levels of genomic 5-hydroxymethylcytosine in mammalian development. Cell Res. 21, 1332-1334 (2011).
  26. Almeida, R. D., et al. Semi-quantitative immunohistochemical detection of 5-hydroxymethyl-cytosine reveals conservation of its tissue distribution between amphibians and mammals. Epigenetics. 7, 137-140 (2012).
  27. Lister, R., et al. Global epigenomic reconfiguration during mammalian brain development. Science. 341, 1237905 (2013).
  28. Santos, F., Dean, W. Chapter 11, Using immunofluorescence to observe methylation changes in mammalian preimplantation embryos. Nuclear reprogramming methods and Protocols. Humana Press. Totowa, NJ. 129-138 (2006).
  29. Wang, L., et al. Molecular basis for 5-carboxycytosine recognition by RNA polymerase II elongation complex. Nature. 523, 621-625 (2015).

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