Summary

L'analisi del particolato ambientale indotto aberrazioni cromosomiche L'utilizzo di un<em> In Vitro</em> sistema

Published: December 21, 2016
doi:

Summary

Questo protocollo descrive le tecniche per la quantificazione e la caratterizzazione delle aberrazioni cromosomiche in vitro in RAW264.7 macrofagi di topo dopo il trattamento con particolato nell'aria ambiente.

Abstract

L'esposizione al particolato (PM) è una delle principali preoccupazioni di salute mondo, che può danneggiare i vari componenti cellulari, tra cui il materiale genetico nucleare. Per valutare l'impatto del PM sull'integrità genetica nucleare, aberrazioni cromosomiche strutturali sono segnati degli spread metafase dei macrofagi del mouse RAW264.7. PM è raccolto da aria ambiente con particelle campionatore ad alto volume totale sospeso. Il materiale raccolto viene solubilizzato e filtrato per mantenere la porzione fini idrosolubile. Le particelle si caratterizzano per la composizione chimica mediante spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR). Differenti concentrazioni di sospensione di particelle vengono aggiunti a una coltura in vitro di RAW264.7 macrofagi di topo per un tempo di esposizione di 72 ore, insieme con cellule di controllo non trattate. Alla fine dell'esposizione, la coltura viene trattata con Colcemid di arrestare le cellule in metafase. Le cellule vengono quindi raccolte, trattate con soluzione ipotonica, fissato acetomethanol, dropped su vetrini e infine colorate con la soluzione Giemsa. I vetrini sono esaminati per valutare le aberrazioni strutturali cromosomiche (CA) in metafase propagarsi 1,000X ingrandimento utilizzando un microscopio in campo chiaro. 50 a 100 diffusione metafase vengono assegnati per ciascun gruppo di trattamento. Questa tecnica è adatta per la rivelazione di aberrazioni strutturali cromosomiche (CA), come ad esempio le pause cromatidio-tipo, gli scambi cromatidi-tipo, frammenti acentrici, cromosomi dicentrici e ad anello, doppie minuti, endoreduplicazione, e le traslocazioni robertsoniane in vitro dopo l'esposizione a PM. Si tratta di un potente metodo per associare un endpoint citogenetica consolidata ad alterazioni epigenetiche.

Introduction

E 'stato stimato che l'esposizione al particolato (PM) fa sì che oltre 3 milioni di morti in eccesso ogni anno, soprattutto per malattie cardiopolmonari e cancro ai polmoni 1. Infatti, PM è stata riconosciuta come cancerogena per l'uomo dall'Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro (Gruppo 1), come un aumento del rischio di cancro ai polmoni con l'aumento dei livelli di esposizione al PM è stato indicato 2. È interessante notare che quasi tutte le cellule tumorali porto anomalie cromosomiche numeriche e / o strutturali. Particulate carbonio organico è una variante, complessa, e la miscela eterogenea, la cui composizione e distribuzione dimensione dipende emissioni nonché trasformazioni fisiche e chimiche. Esso rappresenta 35-55% del urbana PM 2,5 di massa (PM 2,5 micron di dimensione e più piccolo) e più del 60% del fondo rurale e continentale PM 2,5 di massa 3, 4. rappresenta la frazione solubile in acqua per 30-90% di aerosol organico. Un gran numero di composti organicisono stati identificati, compresi gli idrocarburi alifatici, idrocarburi policiclici aromatici, e loro derivati ​​ossigenati e nitrati, aldeidi alifatici e alcoli, acidi grassi liberi e loro sali, acidi di-carbossilici, composti multifunzionali, proteine ​​e macromolecole umiche-like (HULIS) utilizzando metodi cromatografici accoppiato con tecniche di spettrometria di massa 5-8. Questi composti rappresentano meno del 10-20% di carbonio organico particolato, quindi la maggior parte del carbonio organico è sconosciuto 9.

Prove sperimentali suggeriscono che la citotossicità, stress ossidativo, e infiammazione sono coinvolti nello sviluppo di stati patologici PM-associati. Recentemente è stato dimostrato, tuttavia, che l'esposizione a PM traduce anche in un certo numero di alterazioni epigenetiche, comprese le alterazioni nella metilazione del DNA di elementi ripetitivi, sia sperimentale sistemi in vitro ed in soggetti umani 10-12. Di particolare interesse sono gli effetti dellaPM DNA satellite – maggiori e minori satelliti – che si trovano nella regione heterochromatic attorno al centromero dei cromosomi. E 'stato dimostrato che questi effetti possono essere persistenti per natura, in quanto possono essere rilevati per almeno 72 ore dopo l'esposizione 12. Alterazioni nella metilazione del DNA, in particolare intorno centromeri, possono portare ad accumulo di trascritti di mRNA DNA satellite, l'integrità cromosomica compromesso durante la divisione cellulare e, successivamente, provocare lo sviluppo di una varietà di stati patologici 13.

Adattamento di approccio per l'analisi citogenetica di CA come end-point di alterazioni epigenetiche causati da PM, quindi, è di grande importanza. Qui, riportiamo l'approccio per il PM di raccolta e preparazione ambiente, de esposizione in vitro e analisi delle CA utilizzando il sistema murino macrofagi modello RAW264.7. I macrofagi comprendono la prima linea di difesa contro i corpi estranei inalati e, di conseguenza, tla linea cellulare serve come stabilito e il modello più utilizzato in tossicologia particelle 11, 12, 14, 15.

Protocol

1. Raccolta e preparazione delle particelle La calibrazione delle particelle campionatore ad alto volume totale sospeso Scollegare il motore campionatore dal controllore di flusso di massa e collegare il motore ad una sorgente di alimentazione CA stabile (figura 1). Nota: Un filtro non viene utilizzato durante questa procedura. Montare l'orifizio calibratore e piastra di adattamento di carico superiore al campionatore. Serrare l'adattatore di…

Representative Results

Grande attenzione dovrebbe essere presa nella scelta della posizione del campionatore TSP, nonché il tempo dell'anno in cui viene eseguita la raccolta. La composizione chimica e le dimensioni delle particelle possono influenzare notevolmente i risultati. Il materiale raccolto deve essere visibile contro il filtro bianco. Un normale del mouse metafase diffusione avrà 40 cromosomi acentrici. L'obiettivo della tecnica è quello di dimostrare un cambiamento (o assenza) nella propor…

Discussion

studio citogenetica o analisi microscopica dei numeri o strutture di cromosomi, soprattutto in spread metafase, fornisce informazioni cruciali per la prognosi, la valutazione del rischio, e il trattamento per varie malattie. E 'ormai ben stabilito che le anomalie citogenetiche sono collegati con la progressione e lo sviluppo di diverse malattie, compreso il cancro. Fino ad oggi, le CA sono stati trovati in tutti i principali tipi di tumore. CA può sorgere spontaneamente o da entrambi gli stimoli esterni o interni, …

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Il lavoro è stato sostenuto, in parte, dal National Institute of Health Center of Biological Research Excellence [concessione numero 1P20GM109005], il Consorzio Arkansas spazio di Grant attraverso National Aeronautics and Space Administration [codice di autorizzazione NNX15AK32A], e l'Istituto nazionale per la sicurezza e la Salute (NIOSH) [codice di autorizzazione 2T420H008436]. Gli autori desiderano ringraziare Christopher Fettes per la correzione e la modifica di questo manoscritto.

Materials

Total suspended particulate sampler Tisch Environmental TE-5170
Bruker Avance III NMR spectrometer  Bruker NA
TopSpin 3.5/pl2 software Bruker NA
ACD/NMR Processor Academic Edition ACD/Labs NA
RAW264.7 murine macrophages ATCC ATCC TIB-71
High glucose DMEM GlutaMAX media ThermoFisher 10569010 Warm in a 37°C waterbath before use
Fetal Bovine Serum ThermoFisher 16000044 Warm in a 37°C waterbath before use
Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL) ThermoFisher 15140163 Warm in a 37°C waterbath before use
Trypsin-EDTA (0.25%) ThermoFisher 25200056 Warm in a 37°C waterbath before use
PBS, pH 7.4 ThermoFisher 10010049 Warm in a 37°C waterbath before use
KaryoMAX Colcemid Solution in PBS ThermoFisher 15212012 Warm in a 37°C waterbath before use
KaryoMAX Potassium Chloride Solution ThermoFisher 10575090 Warm in a 37°C waterbath before use
Methanol (HPLC) Fisher Scientific A452N1-19
Acetic Acid, Glacial Fisher Scientific BP1185-500
Decon Contrad 70 Liquid Detergent Fisher Scientific 04-355-1
Wright and Wright-Giemsa Stain Solutions Fisher Scientific 23-200733
Permount Mounting Medium Fisher Scientific SP15-100
Axio Imager 2 Zeiss NA

References

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Citer Cet Article
Miousse, I. R., Koturbash, I., Chalbot, M., Hauer-Jensen, M., Kavouras, I., Pathak, R. Analysis of the Ambient Particulate Matter-induced Chromosomal Aberrations Using an In Vitro System. J. Vis. Exp. (118), e54969, doi:10.3791/54969 (2016).

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