공초점 형광 현미경 검사 법 및 레이저 마이크로 조사 제공 도구 DNA 손상 유도 및 선택한 하위 핵 분야에서 DNA 수 선 단백질의 응답을 모니터링. 이 기술은 크게 손상 감지, 신호, 및 채용의 우리의 지식의 전진 했다. 이 원고에서는 단일 및 이중 가닥 브레이크 수리 검사 이러한 기술을 보여 줍니다.
높은 조정된 DNA 복구 경로 검색, 소비 세 및 손상 된 DNA 기초, 대체 및 DNA 가닥 나누기의 복구를 조정 존재 한다. 분자 생물학 기술 구조, 효소 기능 및 복구 단백질의 활동을 명확히 해야, 하는 동안 아직도 어떻게 수리는 핵 내에서 조정 필요가 하다. 레이저 마이크로-방사선 DNA 손상 유도 및 복구 단백질의 신규 모집을 모니터링을 위한 강력한 도구를 제공 합니다. 레이저 마이크로-방사선에 의해 DNA 손상을 유도 파장의 범위와 함께 발생할 수 있으며 사용자가 안정적으로 단일 가닥 나누기, 기본 병 변 및 복용량의 범위와 이중 가닥 나누기를 일으킬 수 있다. 여기, 레이저 마이크로-방사선 조사 선 단일 및 이중 가닥 나누기 두 일반적인 confocal 레이저 파장, 355에 의해 유도 된 검사는 nm, 405 nm. 사용자 reproducibly 레이저 마이크로 조사 데이터 수집 및 분석을 수행할 수 있도록 유도 하는 특정 손상 혼합물에 적용 된 레이저 복용량의 추가, 적절 한 특성 설명 되어 있습니다.
형광 현미경 검사 법은 셀룰러 아키텍처를 시각화 하 고, 단백질 지 방화, 시험 하 고 단백질-DNA와 단백질-단백질 상호 작용을 모니터링 하는 강력한 기법으로 떠오르고 있다. DNA 손상 응답 글로벌 DNA 손상 자외선 (UV) 등 에이전트의 응용 프로그램 후 공부를 형광 현미경 검사 법을 사용 하 여 이온화 방사선, 화학 산화 alkylating 에이전트, 또는 chemotherapeutics 제공 하고있다 새로운 통찰력 시작, 신호, 및 DNA의 모집 단백질 DNA 손상1,2의 사이트를 복구 합니다. 그러나, 이러한 글로벌 및 손상 이벤트 비동기는 제한 경우 채용 순서, 협회 또는 분리의 활동에 대 한 자세한 정보 및 주요 DNA 수 선 단백질 사이의 관계는 모색 하 고 있다. 다행히, 레이저 confocal 현미경 검사에서 발전, 손상 유도 레이저 파장, 및 형광 단백질에서 지난 25 년 동안 개선의 광범위 한 가용성 제공 향상 된 도구와 연구원은 이러한 검사 타겟된 DNA 손상 유도 통해 DNA의 복구.
세포 및 subcellular 기능을 공부 하기 위하여 레이저 microbeams 셀의 조사는 셀 및 방사선 생물학3확고 도구입니다. DNA 수리의 학문에이 기술의 응용 프로그램 등장 Cremer 및 동료 사용 매우 초점을 맞춘 UV (257 nm) 중국 햄스터 난소 (CHO) 자리는 0.5 µ m 이상의 DNA 손상 유도 레이저 microbeam 체계4 세포와의 유도 설립 DNA photolesions이 시스템5. 동안 제공 크게 향상 UV microbeam 방법에 비해이의 입양 당시 시스템을 손상의 특수 설정, 및 생성을 하지 못하는 제한 된 이중 가닥 나누기 (DSBs)6. 자외선 B (290-320 nm)와 UV의 다양 한 후속 조사-몇명의 그룹에 의해 (320-400 nm)의 파장 UV photoproducts, 산화 병 변, 기본 밝혀 단일 가닥 (SSBs), 휴식과 DSBs 레이저 파장에 따라 유도 될 수 및 파워4,7,8,,910 ( 3에서검토) 적용. 또한, 이러한 자외선-B와 자외선 파장 sensitizing psoralen, bromodeoxyuridine (BrdU), Hoechst 염료, 같은 에이전트와의 조합 또한 발견 했다 파장, 전력, 그리고 노출의 기간에 DNA 손상을 유도 하 능력을 필요 유도 피해는 종종 이러한 에이전트11,12,13,,1415의 낮 췄 다. 이러한 방법의 더 넓은 채용을 위해 해결 되어야 아직 기술적인 장애물 있었지만 이러한 발전 마이크로-방사선의 사용 확대.
Cremer와 동료 셀에서 매우 지역화 된 영역 중요 한 파괴적인 에너지를 적용할 UV microbeam 정확 하 게 집중 하 여 마이크로-방사선 분야 고급 크게. Confocal 현미경과 레이저 서 시스템 고급, 긴밀 하 게 초점 맞춘된 빛이 더 광범위 하 게 액세스할 수; 그러나, UV 소스 범위에 커플링 하 고 그들은 여전히 유도 색수차를 다루는 대부분 사용자3,,616에 상당한 도전을 제시. UV 높은 만들 수 있는 능력에 초점을 맞춘 UV 염료 광학 초점의 수는 1990 년대 내내 인기에서 증가 하 고 캡처 UV 흥분 형광 되었다 더 광범위 하 게 사용할 수 있는16, 사용자가 제공 하는 레이저 스캐닝에서 개선 여기 셀6,17내 명소. 그러나, 그것이 2000 년대 초반까지 수많은 보고서와에 sensitizers 없이 DNA 가닥 나누기 유도 될 수 있는 시연 등장 때 높은 강도 레이저와 밀접 하 게 집중 된 광속의이 조합은의 진정한 영향 생각 했다는 UV-A 범위6,10,18,,1920, 405 nm21,22,,2324, 25,26, 488 nm27처럼 더 이상 보이는 파장에도. 이러한 발전은 다양 한 상업 시스템에 마이크로-방사선 조사 기술의 더 광범위 하 게 채택에 대 한 허용. 이러한 개발 병행, 2 광자 기술 또한 등장 DNA 손상;의 정확한 유도 허용 이러한 진보는 여기 논의 될 것입니다, 하지만이 방법론9,,2829,30논의 검토 기사 수가 있다.
Confocal 현미경 매우 집중된 UV 빛 및 DNA 수 선 단백질의 실시간 추적을 허용 하도록 형광 단백질의 대폭적인 가용성의 수의 현재 접근와 마이크로-방사선 조사 기술 진화 DNA 손상 응답 및 복구 경로 조사 하기 위한 강력한 도구. 그러나, 사용자는 DNA 손상의 세대는 매우 레이저 파장 및 하위 핵 영역에 적용 하는 파워에 의존 해야 합니다. UV-C의 사용 (~ 260 nm) 직접 DNA 여기 및 UV photoproducts7,8의 유도 대 한 높은 선택도 허용 하는 파장. 자외선-B와 자외선 A 파장이 DNA 손상 (기본 병 변, SSBs, 및 DSBs)의 혼합물을 생성, 적용 능력과 세포 배경에 따라 활용7. 타겟된 세포에 산화 수준과 생 photosensitizers이이 파장을 제작한 DNA 손상 혼합물을 좌우할 수 있다. 또한, 외 인 photosensitizers (BrdU, 등)를 사용 하 여 DNA 손상의 유도에 필요한 에너지를 낮추는에 도움이 수 있습니다. 그러나, 이러한 에이전트 스스로, DNA 손상을 일으킬 수 있다 그리고 그들의 사용 사용자가 고려해 야 하는 원치 않는 효과 생산할 수 있습니다 그래서 세포 주기 및 염색 질 구조를 변경할 수 있습니다 그들은. 따라서, 마이크로-방사선 조사를 사용 하 여 DNA 손상 응답 및 수리 공부를 하기 전에 관심, 사용, 사용할 수 있는 파장 그리고 만든 DNA 손상 혼합의 DNA 수 선 통로의 신중한 고려가 필요 합니다.
여기, 레이저 마이크로-방사선 두 가지 일반적으로 사용 되 파장, 355에서 수행 됩니다 및 405 nm,이 파장 및 이러한 손상 혼합물의 수리 검토에 영향에 의해 유도 된 DNA 손상의 혼합물을 보여 sensitizers 없이SSBs 및 DSBs. 사용자는이 파장 스트랜드 나누기 또는 기본 병 변의 단일 종 생성 하지 않는 알고 있어야 합니다. DNA 복구 경로 구분 하기 위해 사용자는 핵의 특정 영역에 적용 된 파워 제어 고 여러 가닥 휴식 마커 및 DNA 병 변 항 체를 사용 하 여 유도 된 손상 특성화 신중 하 게 해야 합니다. 제대로 적용을 특징 레이저 마이크로-방사선 DNA 손상으로 일부 기본 병 변 및 SSBs 또는 DSBs, 수리를 평가 하기 위해 사용자의 일부 수 종을 풍요롭게 수 있습니다. 따라서, 우리 사용자가 reproducibly 레이저 마이크로-방사선 조사를 수행, 적용 된 레이저 복용량에 의해 유도 된 DNA 손상 혼합물의 특성 및 데이터 분석을 수행 하는 방법을 제공.
여기 설명 하는 조건을 사용 하 여, UV-A 또는 405 nm 레이저, 제조 업체에 의해 통합 또는 최종 사용자에 의해 추가 된 모든 confocal 현미경 세포의 핵 내 DNA 손상 유도 고 수의 사이트에 DNA 수 선 단백질의 신규 모집을 허용 모니터링할 DNA 손상을 유도 한다. 그러나, 프로토콜 및 대표 결과, 파장 선택 했 듯이 전원, 적용 하 고 손상을 특성화는 모든 중요 한 문제 해결 되어야 합니다 먼저 사용자가 특정 DNA를 연구 하기 위해 복구 통로. 또한, 사용자가 또한 고려 되어야 하는 실험 설계에서 다른 고려 사항이 있다.
라이브 셀 게시물에 단백질의 동작을 모니터링 하기 위해 마이크로-방사선, 붙일 레이블된 단백질 생성 되어야 합니다. 다양 한 괴기 하 게 분리 될 수 있다 형광 단백질의 가용성은 DNA 손상 유도 세포 응답을 특성화에 사용할 수 있는 단백질 융해를 만들기 위한 도구를 제공 합니다. 관심사의 형광 단백질의 과도 transfection 손상 조건, 돌연변이, 또는 심지어 억제제의 빠른 심사 안정적 transfected 세포를 제공 하는 동안 더 식 수준 이상의 제어 하 고 다른 생 화 확 적인 허용 수행 characterizations 마이크로 조사 결과 검증. 괴기 하 게 고유한 형광 단백질 또한 동일한 경로 또는 다른 경로에서 단백질 간의 상호 작용을 모니터링 하는 같은 셀에 활용할 수 있습니다. 형광 단백질 또한 관심사의 각 단백질을 위한 특정 항 체에 대 한 필요성을 제거 하 고 라이브 세포 손상의 유도 후 오랜 기간에 대 한 단백질 동작의 모니터링 허용.
그러나, 형광 단백질의 사용 또한 단점이 있다. 유전 배경 관심의 protein(s) 부족, 없이 생 단백질 붙일 태그가 단백질 경쟁할 것 이다. 단백질의 N 또는 C terminus에 형광 태그의 활용 수 있습니다 단백질 접기 변경, 주요 단백질-단백질 상호 작용을 방해 또는 차단 전 신호; 기능을 변경 하 고 잠재적으로 모집 역학에 영향을 미치는입니다. 이러한 효과 다양 한 보고서를 극적으로 다른 모집 및 피해 사이트28생 단백질에 대 한 보존 시간 시연 immunofluorescent 얼룩에 입증 되었습니다. 과도 transfection 또는 안정적인 클론의 사용 또한 관찰, 일반적으로 단백질 표정 수준에 변화를 통해 응답을 변경할 수 있습니다. 또한, 단일 실험에서 여러 형광 단백질의 사용 또한 변경할 수 있습니다 모집의 역학 단백질 레벨은 잘 equilibrated 하지 또는 다른 단백질의 신규 모집을 차단 하는 큰 붙일 태그가 단백질의 신규 모집 . 마지막으로, 형광 단백질 약한 과민성 에이전트, 반응성 산소 종의 형성을 증가 하 고 잠재적으로 DNA 손상 혼합물 유도46,47변경으로 작동할 수 있다. 이러한 단점에도 불구 하 고 형광 단백질 공부 DNA에 뚜렷한 장점을 마이크로-방사선, 복구 및 사용자 설명 여기, 피해 특성 등의 적절 한 컨트롤을 통합 하는 경우에, 그들은 새로운 통찰력을 제공할 수 있습니다 제공 에 손상 응답 및 단백질-단백질 상호 작용3.
라이브 셀 이미징 필요 하지 않으면, 면역 형광 유도 된 손상에 대 한 응답을 모니터링 하는 데 사용할 수 있습니다. 특정 시간에 세포를 고정 하 여 손상 유도 및 항 체와 단백질 및 관심, 손상 유도의 정적 스냅샷 및 모집 병 변 및 단백질을 만들 수 있습니다 수리의 보존에 대 한 특정 얼룩 게시. 항 체는 관심의 포스트 번역 상 수정 DNA 손상 응답에 의해 유도 된 여러 단백질의 신규 모집을 모니터링 하는 데 사용할 수 있습니다. 면역 형광의 사용 형광 성 단백질에 대 한 필요성을 제거 하 고 생 단백질 동작 검사를 허용 합니다. 그러나,이 메서드는 너무 그 단점이 있습니다. 매우 특정 항 체는 필요, 그리고 permeabilization 및 차단 절차 충분 한 신호 강도 가진 신규 모집의 검색 수 있도록 최적화 해야 합니다. 해결 절차는 순간, 고이 물리적 제약이이 접근의 시간 해상도 제한 합니다. 세포 염색 후 다시 찾을 수 있도록 손상 유도 사이트 매핑 또한 중요 한 과제를 제시할 수 있습니다. 이 작품에 사용 하는 confocal 현미경 수 있습니다 이미지 기반 등록 위에서 설명한 대로 그래서 손상 된 세포 높은 정밀도로 이전 될 수 있습니다. 고유한 간격으로 손상 유도 및 이미지 모집 된 결합 단계 등록을 하지 않고 재배치 세포 면역 형광을 만들 수 있습니다 단계 등록 또는 에칭된 coverglass 사용할 수 없는 경우, 투자에 참여 하는 시간 일부 사용자에 게 매력적. 그러나, 가장 정확 하 고 완전 한 마이크로 방사선 실험 디자인 제시 프로토콜에 설명 된 대로 이러한 유형의 형광 단백질의 사용과 동시에 접근을 통합할 예정 이다.
여기, 라이브 셀 이미징 및 면역 형광 레이저 마이크로-방사선의 유틸리티를 설명 하는 데 사용 됩니다. Immunofluorescent 얼룩 수 있도록 만든 DNA 손상의 혼합물을 정확 하 게 검사 하 고 더 나은 수 있게 하는 각 레이저 파워에 의해 유도 된 단백질의 채용 모집 및 XRCC1 GFP의 보존에 관찰된 변경 해석. 이러한 결과 바탕으로, 405 nm 레이저를 사용 하 여 BER 및 SSBR 단백질의 검사에 대 한 제한 되어야 합니다. 또한, 최적의 실험 설계 목적, 사용 하 고, 각 셀 라인에 대 한 전체 손상 혼합물 특성화 및 채용의 유효성 검사 후 전력 측정 포함 하 고에 놓여있는지 관찰 보존 태그와 단백질 면역 형광 검사입니다. 물론, 장비, 시간, 및 비용 고려 할 수 있습니다 이러한 최적의 실험 설계 불가능 한 일부 사용자에 대 한. 그러나, 이러한 요소 각각의 중요성은 여기, 증명 하 고 사용자가 이러한 고려 사항을 염두에 두어야 마이크로 조사 실험을 시작 하는 때.
The authors have nothing to disclose.
저자 박사 사무엘 H. 윌슨에서 국립 연구소의 환경 건강 과학이이 작품에 사용 된 셀 라인에 대 한 감사 하 고 싶습니다.
Nikon A1rsi laser scanning confocal microscope | Nikon | ||
NIS Elements software | Nikon | ||
355 nm laser | PicoQuant VisUV | Radiation source | |
Galvanometer photoactivation miniscanner | Bruker | ||
Microscope slide photodiode power sensor | THORLabs | S170C | |
Fiber photodiode power sensor | THORLabs | S150C | |
Digital handheld optical power and energy meter | THORLabs | PM100D | |
CHO-K1 | From Dr. Samuel H. Wilson, NIEHS | ||
Minimal essential media | Hyclone | SH3026501 | |
Fetal bovine serum | Atlanta biologicals | S11550 | |
XRCC1-GFP | Origene | RG204952 | |
Jetprime | Polyplus transfection | 11407 | |
Geneticin | ThermoFisher | 10131035 | |
4 chambered coverglass | ThermoFisher | 155382 | |
8 chambered coverglass | ThermoFisher | 155409 | |
Anti 53BP-1 | Novus | NB100304 | |
Anti-phospho-histone H2AX | Millipore | 05-636-I | |
Anti cyclobutane pyrimidine dimer | Cosmo Bio clone | CAC-NM-DND-001 | |
Anti 8-oxo-2´-deoxyguanosine | Trevigen | 4354-MC-050 | |
Alexa 488 goat anti-mouse | ThermoFisher | A11029 | |
Alexa 546 goat anti-rabbit | ThermoFisher | A11010 | |
4’,6-Diamidino-2-Phenylindole (DAPI) | ThermoFisher | R37606 | Caution toxic! |
Phosphate buffered saline | ThermoFisher | 0780 | |
Normal goat serum | ThermoFisher | 31873 | |
Bovine serum albumin (BSA) | Jackson Immuno Research | 001-000-162 | |
37% Formaldehyde | ThermoFisher | 9311 | Caution toxic! |
Ethanol | Decon Labs | 2716 | |
Methanol | VWR | BDH1135 | Caution toxic! |
HCl | Fisher | SA49 | |
Sodium azide | Sigma-Aldrich | S2002 | Caution toxic! |
Tris Hydrochloride | Amresco | O234 | |
Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787 |