Herein we describe a sensitive immunochemical method for mapping the spatial distribution of 5mC oxidation derivatives based on the use of peroxidase-conjugated secondary antibodies and tyramide signal amplification.
Methylation of cytosine bases (5-methylcytosine, 5mC) occurring in vertebrate genomes is usually associated with transcriptional silencing. 5-hydroxylmethylcytosine (5hmC), 5-formylcytosine (5fC), and 5-carboxylcytosine (5caC) are the recently discovered modified cytosine bases produced by enzymatic oxidation of 5mC, whose biological functions remain relatively obscure. A number of approaches ranging from biochemical to antibody based techniques have been employed to study the genomic distribution and global content of these modifications in various biological systems. Although some of these approaches can be useful for quantitative assessment of these modified forms of 5mC, most of these methods do not provide any spatial information regarding the distribution of these DNA modifications in different cell types, required for correct understanding of their functional roles. Here we present a highly sensitive method for immunochemical detection of the modified forms of cytosine. This method permits co-detection of these epigenetic marks with protein lineage markers and can be employed to study their nuclear localization, thus, contributing to deciphering their potential biological roles in different experimental contexts.
DNA中のシトシン塩基(5MC)のメチル化は、1サイレンシング転写に関連した脊椎動物のゲノム中に見出される主要なエピジェネティックなマークを表します。 5MC導入及び維持DNAメチルトランスフェラーゼ2-5によって、ゲノムインプリンティング、X染色体不活性化、細胞の分化および発達3,6を含む生物学的プロセスの数に重要な役割を果たすことが示されているされている。従って、の破壊を5MCゲノムパターンは疾病7、8月11日の番号に関連付けられています。開発と疾患における5MCの役割を理解する上での進歩にもかかわらず、まだ、このマークを開発し、成体組織では削除されているかほとんどわかっていないされています。 15、14、13、DNA脱メチル化の潜在的なメカニズムは、最近12アクティブおよびパッシブ脱メチル化機構を含む提案されているいくつかの。十から十一の転座enzymによって媒介5MC逐次酸化の製品の発見5- hydroxylmethylcytosineとしてエス(tet1 / 2/3)(5hmC)、真核生物のDNA 16、17、18、19、5-formylcytosine(5FC)、および5-carboxylcytosine(5caC)は、それらの中間体として機能することができるかどうかを推測を促し自分の権利13におけるDNA脱メチル化のプロセスや行為などの安定したエピジェネティックなマーク。塩基除去修復の成分は、チミンDNAグリコシラーゼ(TDG)は、DNA 19から5FCと5caCの両方に結合し、除去することができることを実証しながら、20はアクティブなDNA脱メチル化における修飾5MC誘導体の役割を示唆しています。 5FC / 5caCが転写調節29におけるこれらのマークの潜在的な関与にRNA IIの処理能力の点の速度を調節することができることを示す最近の証拠。 5MCの酸化形態のこの潜在的な生物学的な重要性を、生化学的及び抗体ベースの技術の範囲は、それらのゲノム分布とグローバルコンテンツ16、19-24を研究するために使用されてきました。
トンのほとんどを考えます彼脊椎動物の器官は、異なる細胞型で構成され、修正されたシトシン塩基の分布は、組織及び細胞型特異16-18、20、23、25〜27であることが、種々の組織における酸化5MC誘導体の空間分布を決定することは重要な実験になりますそれらの生物学的機能を発表するために必要なタスク。生化学的および抗体ベースのアプローチのほとんどは、異なる組織および細胞型における5MCの修飾された形態の分布に関するあらゆる空間情報を提供していません。これとは対照的に、免疫化学ベースの技術は5MC 28とその酸化誘導体20の空間分布および核局在化を評価するための迅速なツールを提供することができます。それを言われて、マウスゲノム18における5FC(各10 6シトシン20)と5caC(各10 6シトシン3)の報告が非常に低い存在量は、標準的な免疫化学のための重要な課題です。
ここに、我々は、堅牢提供し、高感度免疫化学的方法および哺乳動物の脳組織中のシトシンの酸化型の迅速な検出を説明します。信号増幅ステップと結合されたペルオキシダーゼ結合二次抗体を組み込むことによって、この方法は、5FCと5caCの非常に少量を検出する課題を回避します。また、この技術は、効果的にこれらのエピジェネティックマークの生物学的機能を解明する他のアプローチを補完し、系統特異的マーカーとシトシンの修飾形態を同時検出するために用いることができます。
いくつかの組織で5MC酸化誘導体、5FCと5caCの報告低量は、標準的な免疫化学プロトコルのために重大な制限を提示するであろうが、ペルオキシダーゼ結合二次抗体の取り込みは、固定組織や細胞におけるこれらのシトシン修飾の検出を可能にした( 図2) 。しかし、チラミド溶液と最適なインキュベーション時間は、信号強度とチラミドベースの信号増幅の期間の間に直線関係が詳細については、観察されたチラミドシグナル増幅キットの各個々のバッチについて実験的に最適化する必要がありアルメイダらを参照してください。2012年26 。さらに、信号/背景比が著しく過剰な抗体の効率的な除去を可能にするためにコプリンジャー中での洗浄を実施することによって向上させることができます。チラミド溶液とのインキュベーション後、直ちにDにPBT溶液中で洗浄することにより反応を停止することが重要ですecreaseバックグラウンド染色。セクションでは、手順の間の任意の時点で乾燥できるようにするために重要ではありません。
DNAの脱プリン化の効率は、37℃で脱プリン反応を行うことにより改善することができます。それは、二本鎖DNAと排他的に相互作用する4 N HClを使用しての代わりに2ながらNは、DAPIで共染色することを認めていないDNAの脱プリン化のために4 N HClを用いて5MCの修飾された形態の染色を強化します。
この技法は、検出可能な、それは5MCまたはその酸化誘導体の絶対的なレベルを評価するために使用することができないシトシン塩基の修飾された形態の強固な半定量的評価を提供することができません。したがって、我々は他の補完の使用をお勧めしますが、量的には16、19 -24に近づきます。哺乳類のゲノム中の5MC酸化誘導体の発見以来、いくつかのアプローチは、それらの生物学的役割16、19-24を研究するために開発されてきました。これらapproaが、CHESは5MC酸化誘導体の絶対レベルを決定する上で貴重なことができ、彼らは彼らの空間分布20、26に関する情報を提供していません。我々は成功し、異なる細胞型で5MC酸化誘導体の空間分布及び局在をマッピングするために、ここで説明した方法を使用していました現像及び成人の脳20の
その空間分布20を明らかにすることにより、この技術は、生物学的影響および5MCのこれらの修飾された誘導体は、細胞の分化、開発および疾患を含む検出することができ、様々な生物学的状況における5MCの酸化誘導体の運命を理解するために重要であることができます。また、ここで説明する方法は、tyramiと異なるインキュベーション時間で(染色の強度に比例する)、ペルオキシダーゼ反応の動態を評価することにより、異なる組織における5MCの酸化誘導体の半定量的な評価を与えることができますデ26。
The authors have nothing to disclose.
We thank the Advanced Microscopy Unit (School of Life Sciences, University of Nottingham) and the Histology team of MRC Human Reproductive Sciences Unit (Edinburgh), the Institute of Neuroscience at the ULB and the FNRS for help and support. This work was supported by MRC (MR/L001047/1 to A.D.J.).
Coplin jar | Cole-Parmer | UY-48585-30 | Glass made |
Xylene | Use only in Class II safety cabinet | ||
Phosphate buffer saline (PBS) | Fisher Scientific | 12821680 | pPH 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 |
22x32mm 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 |