Обнаружение и визуализация ДНК-индуцированных белковых комплексов в суспензионных клеточных культурах с использованием анализа лигирования близости

Ущерб ДНК вызывает высокорегулярную последовательность событий, включающих белково-белковые взаимодействия и посттрансляционные модификации, которые обеспечивают эффективный и быстрый ремонт ДНК, тем самым защищая геномную целостность ¹ . Как правило, репарация ДНК изучается в клетках, подвергнутых воздействию ионизирующего излучения, путем мониторинга образования так называемых ионизирующих излучений фокусов (IRIF) с помощью (конфокальной) флуоресцентной микроскопии. Многие репарации ДНК и ДНК, чувствительные к повреждениям ДНК, образуют IRIF, которые представляют собой белковые комплексы, которые зарождаются на участках хроматина, поддерживающих повреждение ДНК ^{2 , 3} . Расположение и разрешение IRIF со временем дают важное представление о пространственно-временной организации репарации ДНК и могут указывать на участие различных путей восстановления ДНК. Характер повреждения ДНК и стадии клеточного цикла, в которой достигается повреждение, определяет, какой путь восстановления ДНК активирован. Fo Например, в клетках, активно участвующих в репликации ДНК (S-фаза), гомологичная рекомбинация (HR) является доминирующим способом восстановления ДНК, тогда как в клетках в G1- или G2 / M-фазе клеточного цикла, Преобладает путь восстановления гомологичного концевого соединения (NHEJ). Одним из ранних событий после повреждения ДНК является активация ДНК-чувствительных киназ Ataxia Telangiectasia-Mutated protein (ATM), которая в основном активна в G1- и G2 / M-фазах клеточного цикла и регулирует NHEJ, И Ataxia Telangiectasia и Rad3-родственный белок (ATR), который действует в S-фазе путем активации HR. Оба АТМ и АТР представляют собой плейотропные киназы, которые фосфорилируют многие белки, которые участвуют в репарации ДНК, гибели клеток и выживании ⁴ . Было показано, что обе киназы фосфорилируют и активируют белок-супрессор опухоли р53 после воздействия генотоксического стресса, указывая, что эти киназы являются предшественниками медиаторов основной оси подавления опухолей"Xref"> 5 ^{, 6} .

Образование и состав IRIF обычно оценивают путем определения совместной локализации различных белков с использованием двухцветного иммунофлуоресцентного окрашивания и микроскопии, однако не все белки, которые являются частью ремонтных белковых комплексов, образуют IRIF, что ограничивает применимость этого подхода. Кроме того, (конфокальная) иммунофлуоресцентная микроскопия ограничивается дифракционными свойствами света, что приводит к довольно плохим пространственным разрешением около 200-300 нм, превышающим размер большинства субклеточных структур, что существенно запрещает прямой опрос белково-белковых взаимодействий при Молекулярный уровень. Таким образом, совместная локализация образцов окраски иммунофлюоресценции, обнаруженная (конфокальной) флуоресцентной микроскопией, необязательно является показательной для прямых белково-белковых взаимодействий. Недавно были разработаны новые технологии с высоким разрешением, такие как трехмерные структуры(3D-SIM) ⁷ , который был успешно использован для изучения формирования IRIF 53BP1 и BRCA1 на наномасштабных деталях, выявляя характеристики пространственного распределения этих белков, которые не были обнаружены с помощью конфокальной лазерной сканирующей микроскопии ⁸ .

Для обнаружения белково-белковых взаимодействий in vivo можно использовать несколько других методов, таких как совместное иммунопреципитация, методы вытягивания и двухгибридные скрининг-дрожжи. Однако эти методы довольно громоздки, требуют больших количеств клеток или белков или включают избыточную экспрессию белков, которая вводит экспериментальные артефакты. Совсем недавно был разработан новый метод, который позволяет визуализировать и количественно определять белково-белковые взаимодействия in situ ( т.е. в клетках и в тканях), который называется анализом лигирования близости (PLA) ^{9 , 10} . PrИмариновые антитела, которые распознают два представляющих интерес белка, обнаруживаются вторичными антителами, которые конъюгированы с олигонуклеотидами (так называемые PLA-зонды). Если два разных вторичных антитела достаточно близки из-за взаимодействий между белками, распознаваемыми первичными антителами, конъюгированные олигонуклеотиды гибридизуются и могут быть лигированы с образованием замкнутого кольцевого ДНК-субстрата. Этот круглый субстрат затем амплифицируют путем амплификации окружности качения и визуализируют с комплементарными флуорохромовыми комплементарными олигонуклеотидами. Используя PLA, субклеточная локализация белково-белкового взаимодействия сохраняется, так как флуоресцентно меченый продукт амплификации скользящего круга остается прикрепленным к PLA-зондам. Разрешение этого анализа составляет <50 нм, на основании нахождения, что диаметр антитела составляет приблизительно 7-10 нм ¹¹ . Усиление прокатного круга может иметь место только в случае, если две пары антител (первичный + секонDary) физически взаимодействуют по периметру, который определяется их размером (10 + 10 + 10 + 10 = 40 нм). Шаг усиления сигнала увеличивает чувствительность анализа PLA и позволяет обнаруживать взаимодействия едва выраженных белков. PLA генерирует точечные фокусные сигналы, которые могут быть определены количественно на основе клеток, с помощью которых можно оценивать внутри- и межклеточные изменения в белково-белковых взаимодействиях.

Образование и состав восстановительных комплексов ДНК и IRIFs в основном изучают в клеточных линиях клещей, таких как линия U2OS эпителиальных клеток костной остеосаркомы человека, линия клеток эмбриональной почки человека HEK293 и линия эпителиальных клеток ретинального эпителия RPE-1, Растут и легко трансфицируются. Культуры клеток суспензии, такие как лимфоидные и миелоидные клеточные линии, используются реже, поскольку они менее подвержены трансфекции и обычно не прилипают к покровным, что требует дополнительной / альтернативной ст.Eps для визуализации. Однако разрешение повреждения ДНК очень важно в контексте лимфоидных и миелоидных злокачественных новообразований, так как ответ на повреждение ДНК часто зависит от геномных (драйверов) аберраций в этих опухолях, играя ключевую роль в злокачественной трансформации нормальных лимфоидных и миелоидных ( Предшественник) ^{12 , 13 , 14} .

Этот протокол описывает, как PLA может использоваться для оценки и количественного определения белково-белковых взаимодействий после индукции повреждения ДНК в культурах суспензионных клеток. Здесь выполняется PLA для определения и визуализации взаимодействий между ATM и p53 при повреждении ДНК в клетках лейкемии человека B-клеток, которые индуцируются для того, чтобы подвергнуться остановке клеточного цикла G1-фазы. Следует отметить, что представленный здесь протокол не ограничивается изучением взаимодействий ATM и p53 в клетках лейкемии, арестованных G1, но также может быть использован для визуализации другого белково-белкового взаимодействияВ различных типах клеток и в культурах суспензионных клеток.