L’objectif de ce rapport est de décrire le protocole pour la détection immunohistochimique robuste de marqueurs épigénétiques, 5-méthylcytosine (5mC) et 5-hydroxyméthylcytosine (5hmC) dans le développement et postmitotiques rétine de souris.
L’épigénétique du développement rétinienne est un domaine de recherche bien étudiée, ce qui promet d’offrir un nouveau niveau de compréhension des mécanismes d’une variété de maladies dégénératives rétiniennes et identifier de nouvelles approches de traitement. L’architecture nucléaire de rétine de souris est organisé en deux modèles différents : classique et inversée. Modèle classique est universel où l’hétérochromatine est localisée à la périphérie du noyau, tandis que l’euchromatine active se trouve à l’intérieur du nucléaire. En revanche, modèle nucléaire inversé est unique pour les noyaux des cellules photoréceptrices tige adulte où hétérochromatine se localise au centre nucléaire, et euchromatine réside dans la périphérie nucléaire. Méthylation de l’ADN est principalement observée dans chromocentres. Méthylation de l’ADN est une modification covalente dynamique sur les résidus de cytosine (5-méthylcytosine, 5mC) des dinucléotides enrichis dans les régions promotrices des gènes nombreux. Trois ADN méthyltransférases (DNMT1, DNMT3A et DNMT3B) participent à la méthylation de l’ADN au cours du développement. 5mC détection avec des techniques immunohistochimiques est très difficile, contribuant à la variabilité dans les résultats, comme toutes les bases de l’ADN y compris les bases de 5mC modifiés sont cachés dans l’hélice d’ADN double brin. Toutefois, le tracé détaillé des 5mC distribution au cours du développement est très instructif. Ici, nous décrivons une technique reproductible pour détection immunohistochimique robuste 5mC et un autre épigénétique ADN marqueur 5-hydroxyméthylcytosine (5hmC), qui permet avec la chromatine « ouverte », transcriptionnellement active dans l’élaboration et rétine de souris ici.
Régulation épigénétique du développement et l’homéostasie mitotiques de rétine de souris sont un domaine passionnant de recherche, qui promet d’apporter une nouvelle compréhension des mécanismes biologiques contrôlant la détermination sort retinogenesis et cellule, spécifiques à un type de cellules fonction métabolique ainsi que des pathologies cellulaires, la mort cellulaire et régénération1,2,3,4,5,6,7,8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13. la chromatine subit des changements dynamiques dans le développement, ainsi qu’en réponse à des signaux variables externes que ce soit le stress, métabolique ou mort des stimuli6,14,15, de cellules 16 , 17 , 18. dans les noyaux de la souris, la chromatine est divisée en euchromatine actif et inactif hétérochromatine6,19,20. Dans le noyau interphasique, euchromatine réside dans la région interne du noyau alors que hétérochromatine tapisse la périphérie nucléaire et le nucléole. Ce modèle est appelé classique et est hautement conservé chez les eucaryotes. En revanche, les noyaux de tige chez les animaux nocturnes tels que les souris et le rat ont inversé modèle où le noyau est occupé par l’hétérochromatine au centre entouré d’euchromatine formant la coque ultrapériphériques6,18, 20. À la naissance, noyaux de la tige ont architecture nucléaire conventionnel. Inversion des noyaux de la tige se produit au cours du développement de remodelage de l’architecture nucléaire conventionnel. Au cours de ce processus, hétérochromatine périphérique se sépare de la périphérie nucléaire et chromocentres fusionnent pour former un chromocentre unique dans le centre du noyau6,18.
Méthylation de l’ADN génomique participe au contrôle de conformation de la chromatine local21. Méthylation de l’ADN se produit à la position 5′ des résidus cytosine des dinucléotides enrichis dans la région promotrice de nombreux gènes chez la souris génomes22,23,24,25,26 ainsi que dans intergéniques et régions intron, qui transportent des éléments régulateurs27. La méthylation des îles de CpG en proximal promoteurs21,24 et séquences CpG dans le gène exhausteurs27,28 est importante dans la régulation de l’état dynamique de la chromatine bivalente, contenant de nombreux facteurs de développement gènes/transcription jouant un rôle important dans le développement, le cancer et vieillissement29,30,31,32,33,34 . Trois ADN méthyltransférases (DNMTs) participent à la méthylation de l’ADN au cours du développement de souris35. Tous les trois DNMTs sont expriment au cours de la souris développement rétinienne36 et les changements spécifiques rétine Dnmt gènes impact rétinien développement2,7. Hydroxyméthylcytosine (5hmC) est le produit oxydant de la déméthylation de la 5-méthylcytosine (5mC). Les trois enzymes de Translocation (TET) de dix-onze participent 5mC déméthylation37,38,39. Modification de l’hydroxyméthyl-C est enrichie en promoteurs, organismes de gène et intergéniques séquences génomiques dans les gènes riche et régions transcrites activement27,40.
Il y a une variété d’approches décrites pour déterminer l’évolution méthylation de l’ADN dans les cellules41,42,43,44,45,46, permettant à certains d’entre eux quantifier les changements globaux de méthylation de l’ADN tandis que d’autres en se concentrant sur les changements précis dans les régions riches en CpG au sein des promoteurs et exhausteurs. Méthodes de détection et de quantification des 5hmC ont également étaient signalés47, y compris par immunohistochimie13. Des techniques immunohistochimiques, permettant un contrôle robuste des changements 5mC et 5hmC dans les noyaux de développer et de cellules postmitotiques, sont très instructifs pour délimiter la chromatine dynamics in situ en réponse aux changements internes ou externes impact sur les cellules4,13,48,49. Toutefois, cette approche est encline à sous-estimer la méthylation de l’ADN et les changements de hydroxymethylation en raison de difficultés techniques, associées à la détection des modifications de cytosine dans les préparations histologiques. C’est parce que les bases de l’ADN non polaire, y compris 5mC et cytosine 5hmC modifiés, sont cachés au sein du Centre des ADN double-brin hélice50et nécessitent la mise à nu. C’est particulièrement difficile dans les préparations histologiques congelées, qui peuvent perdre rapidement informative organisation du tissu original lorsque le traitement rigoureux est appliqué.
La rétine de souris est un excellent modèle pour disséquer la contribution de méthylation de l’ADN au développement neurologique et homéostasie mitotiques. Il y a seulement 6 types de neurones (tiges et cônes photorécepteurs, amacrines, des cellules bipolaires, horizontale et ganglion), une cellule gliale type (glia Muller) et une neuroépithéliales cellule type (épithélium pigmentaire rétinien)51. Types de cellules rétiniennes auraient ont des profils distincts de DNA methylation18,19, qui a récemment été étudiée à base unique résolution1,5,9,12. Nous avons récemment rapporté immunohistochimie demande à délimiter 5mC patron de distribution dans les noyaux des cellules rétiniennes et des changements dans le noyau de la rétine de souris adultes, où tous les trois ADN méthyltransférases ont été supprimées en ciblant conditionnelle 7. par rapport à un certain nombre de rapports, où la présence de méthylation de l’ADN dans les cellules de la rétine pourrait être considérée seulement comme un positif, ou le signal négatif en fait les cellules en apoptose, notre approche activé la détection spécifiques de chromatine arrangement dans les noyaux des cellules rétiniennes, qui nous et plusieurs groupes signalés et nous l’avons vu5,6,7,18,19,36 , 52. nous décrivons ici la technique d’immunohistochimie (IHC) de détecter 5mC et 5hmC dans les coupes histologiques paraformaldéhyde-correction congelées en détails ainsi que le démontrent les données, que nous avons pu reproduire de notre rapport initial7 .
Hydroxymethylation et la méthylation de l’ADN sont dynamiques et réversibles ADN modifications, qui vont de diverses modulatethe des mécanismes biologiques dans un pays en développement ainsi que dans les cellules postmitotiques. Ici, nous décrivons une technique reproductible pour détecter 5mC et 5hmC ADN modifications in situ par technique immunohistochimique (utilisant des anticorps anti-5mC et anti-5hmC) dans les coupes congelées paraformaldéhyde-correction de la rétine de souris et de fournir lignes directrices pour améliorer et de normaliser les résultats, surtout lorsqu’on compare plusieurs spécimens différents. Nous précédemment utilisé cette méthode pour délimiter 5mC changements dans la rétine de souris avec la rétine spécifiques ciblant de Dnmt1, Dnmt3a et Dnmt3b gènes de l’ADN méthyltransférase et signalé l’épuisement (attendu) des marques 5mC dans leurs rétines7 .
L’étape critique de détection immunohistochimique 5mC est l’optimisation du traitement des coupes histologiques avec HCl : moins de 15 min un prétraitement ne devrait pas produire des résultats reproductibles, alors qu’un traitement excessif avec HCl détruit le nucléaire architecture. Nous avons trouvé le meilleur résultat après 30 min d’incubation avec HCl. Nous recommandons d’utiliser toujours des HCl fraîchement diluée et fraîchement préparée solution PFA à 4 % pour la fixation du tissu de dénaturation et de la rétine ADN.
Pour dépanner les résultats, nous recommandons d’inclure trois ou quatre réplicats biologiques tout en optimisant le signal 5mC. Alors que la valeur de chaque individu de coloration immunohistochimique peut générer des résultats légèrement différents (plus ou moins lumineuses régions hétérochromatiques), qui est attendu en immunohistochemical méthode, 5mC et 5hmC distribution nucléaire au sein de l’ensemble des des articles devrait être très reproductible, pour aussi longtemps que le protocole est respecté.
Cette technique a également limitation que nous avons constamment observé la variabilité 5mC distribution dans les noyaux des cellules photoréceptrices dans la même section. Nous avons trouvé quelques noyaux a montré fort 5mC signal tandis que les noyaux de la cellule adjacente n’affiche aucun signal de 5mC. C’est en raison de la limitation à démasquer 5mC antigène par traitement de HCl dans les coupes congelées.
L’importance de cette technique permet la localisation 5mC sans DNase et la protéinase K traitement conduisant à une meilleure préservation des chromocentres. Cette technique est censée travailler vigoureusement sur toutes les sections de tous les tissus animaux vertébrés, comptable 5mC, 5hmC marques et traitée avec une approche similaire, non seulement rétine de souris, pour aussi longtemps que le protocole est respecté.
The authors have nothing to disclose.
Ce travail a été soutenu par une subvention SBIR (1R44EY027654-01 a 1).
Supplies | |||
29G1/2 ULTRA-FINE | BD Biosciences | 329461 | |
Ophthalmic scissor | Fine Science tools, Inc. | 15000-03 | |
PAP pen | RPICORP.com | 195505 | |
Microslide Superfrost plus | VWR | 48311-703 | |
Reagent | |||
Paraformaldehyde | Electron Microscope Science | 15710 | |
1x PBS | Corning | 21-031-CV | |
Sucrose | Sigma | S9378 | |
Tissue-Tek Optical cutting compound (OCT) | VWR | 4583 | |
Triton X 100 | Sigma | T9284 | |
6 N HCl | VWR analytical | BDH7204-1 | |
Tris-HCl pH 8.3 | Teknova | T1083 | |
Goat serum | Jackson Immunoresearch | 005-000-121 | |
5mC | Genway Biotech | GWB-BD5190 | |
5hmC | Active Motif | 39791 | |
LaminB1 | Abcam | Ab16048 | |
Cy2 AffiniPure Goat Ant-Rabbit IgG | Jackson Immunoresearch | 111-225-1444 | |
Cy3 AffiniPure Goat Ant-Mouse IgG | Jackson Immunoresearch | 115-585-166 | |
DAPI | Thermo Fisher Scientific | D1306 | |
Prolong Gold Antifade medium | Thermo Fisher Scientific | P36930 | |
Equipment | |||
MICRM HM 550 | Thermo Fisher Scientific | 388114 | |
Confocal microscope | Zeiss |