Biz doğrudan etiketli floresan problar kullanarak 3D DNA FISH ile nükleer mimarisi analiz için sağlam ve çok yönlü protokol açıklar.
3D DNA FISH çekirdeğin üç boyutlu organizasyon analiz için önemli bir araç haline gelmiştir ve tekniğin çeşitli varyasyonları yayınlanmıştır. Bu yazıda sağlamlık, tekrarlanabilirlik ve kullanım kolaylığı için optimize edilmiş bir protokol açıklar. Parlak floresan doğrudan etiketli probları boya kimyasal bağlantı takip amino-allyldUTP ile nick-çeviri tarafından oluşturulur. 3D DNA BALIK hücre geçirgenliği için bir donma-çözülme adım ve prob ve nükleer DNA eşzamanlı denatürasyonu için bir ısıtma aşaması kullanılarak gerçekleştirilir. Protokol hücre tipleri, bir dizi ve problar, çeşitli (BAC'ler, plazmidleri, fosmids veya bir bütün olarak Kromozom Boyalar) uygulanabilir ve yüksek verimli otomatik görüntüleme için izin verir. Bu yöntemle rutin üç kromozom bölgelerine kadar nükleer lokalizasyon araştırmak.
In situ hibridizasyon DNA floresan (DNA FISH) hücre döngüsünün tüm aşamalarında bireysel gen loci, subchromosomal etki alanları ve hatta tüm kromozom üç boyutlu görselleştirme sağlar. 3D BALIK yoğun interfaz sırasında genomu ve fonksiyonunun mekansal organizasyon (orada 1,2 ve referanslar) arasındaki ilişkiyi araştırmak için kullanılmıştır ise 2D BALIK metafaz çalışmaları için kullanılır. Tarihsel olarak, ortak ilişkilendirme çalışmaları FISH bireysel loci yüzlerce onlarca soruşturma ile yapıldı. Bu 4C ve Hi-C gibi daha yakın zamanda güçlü yüksek verimlilik 3C-tabanlı teknikler farklı lokus binlerce arasındaki moleküler çapraz konuşma soruşturma izin, 3 geliştirilmiştir. 3C-tabanlı teknikler ve DNA FISH tamamlayıcı yöntemler olabilir, onlar mutlaka aynı soruları cevap yok. 3C tabanlı yöntemler bir probabil sonuçlanan, karışık hücre popülasyonlarının bir topluluk okuma sağlamakortak dernekler için Sığ. Buna karşılık, verim düşük ise, BALIK tabanlı teknikler gelişim veya hücre döngüsü aşamalarında göre tek tek hücrelerin içinde loci ya da kromozom mekansal düzenlemeleri analiz imkanı sunuyoruz. Bu nedenle, BALIK nükleer yapı-işlev ilişkileri sondalama için önemli bir araç olmaya devam edecektir.
Başarılı 3D BALIK deneyler iki önemli hususlar vardır. Bunlar; 1. en iyi şekilde işaretli problar ve 2 elde edilmektedir. fiksasyon, öncesi ve sonrası-hibridizasyon adımları, prob hibridizasyon için yeterince erişilebilir DNA yaparken mümkün olduğu kadar nükleer morfolojisi korumak için de dahil olmak üzere hücresel tedaviler, seçimi. Verimli prob etiketleme FISH için çok önemlidir. Geleneksel olarak, takma yapıldı hapten veya fluorofor konjuge nükleotid 4 ya da tanıtmak için kullanılmıştır. Benzer şekilde, ticari nick-çeviri kitleri doğrudan hapten veya fluorofor dahil, met için kullanılabilirT, iki adımlı bir etiketleme için aminoallyl nükleotidler ve amin-reaktif boyalar kullanılarak. İkinci DNA polimeraz ile çalışmak için daha az hacimli molekülü vererek daha verimli boya dahil vermektedir. Daha yakın zamanlarda, DNA, enzimatik olmayan etiketleme için kitler de nükleik asitlere platin koordinatif bağlama yararlanma de geliştirilmiştir. FISH probları bile zaten 5 etiketli satın alınabilir. Kitleri ve ticari olarak üretilen probları şüphesiz kullanım kolaylığı verirken, onlar oldukça içi problar tek tek bileşenler satın alma ve üretim daha pahalı. Biz doğrudan doğruya birden fazla renkte birçok farklı BAC prob etiket için düşük maliyetli bir nick çeviri protokolü optimize edilmiş. Biz çok saf BAC DNA elde 10 ile karşılaştırıldığında, FISH slayt başına prob sadece 10-20 ng için bir gereklilik kritik ve sonuçları olduğunu keşfetti – 20 kat daha kirli DNA kullanıldığında, büyük sonuçlanan maliyet ve zaman- tasarruf. Amino-allyldUTP bölgesinin kullanımı esnek etiketleme sağlar:kullanılabilir amin-reaktif boyalar (örneğin Alexa Fluor veya Cy-boyalar) veya haptenler (örneğin biotin, digoxigenin) ile sondalar. Hapten etiketli probları sinyal yükseltmek ve görselleştirmek için fluorofor-konjuge antikor veya streptavidin tarafından tespit edilir. Parlak doğrudan etiketli probları genellikle daha az arka plan boyama göstermek ve dolayısıyla nükleer lokalizasyon ve odağı morfolojisinin daha doğru bir şekilde temsil sonuçlanan, sinyallerin aşırı amplifikasyon kaçının.
NaOH denatürasyon, HCl denatürasyon ile formaldehit tespit ile glutaraldehit tespit ve ısı denatürasyon ile formaldehit tespit 6-9: Farklı fiksatif, ön işlemler, ve post-hibridizasyon yıkar kullanabilirsiniz ancak bu genellikle aşağıdaki kategoriye ayrılır birkaç farklı FISH teknikler vardır . Bunların her biri, avantajları ve dezavantajları vardır. Glutaraldehyde sabitleme iyi nükleer yapısal korunması sonuçları, fakat en aza indirmek için indirgeyici ajanlar ile tedavi gerektirirOrtaya çıkan otofloresans, ve NaOH tedavi dikkatli bir şekilde yeterli bir DNA'nın denatürasyonu ve nükleer yapı 6'ya potansiyel zarar dengelemek için kontrol edilmesi gerekmektedir. Formaldehit tespit nükleer mimari pertürbasyonların bir artış olasılığı veren daha az güçlü, ama aynı zamanda tipik olarak daha güçlü ve daha güvenilir sinyalleri ve 9 otofloresans düşük verir. HCl tedavisi problar için DNA kolay erişim sağlayan, proteinlerin DNA ve şeritler depurinates, aynı zamanda DNA kırıkları tanıtmak olabilir. Isıtma fiziksel olarak iyi hedef hibridizasyon ve güçlü sinyaller ile sonuçlanan iki DNA ipliklerini ayıran ama nükleer yapı 8 bazı pertürbasyon neden olabilir. Bu tekniklerin her biri protein epitoplannın etki eden derecesi deneysel olarak her bir protein immüno-FISH deneylerde kullanılmak üzere uygun protokol belirlemek için gereksinimi ile sonuçlanan, yaygın olarak 6,9 arasında değişir.
Hayır 'mükemmel' DNA FISH te varkeniyi bir şekilde kontrol eğer NİK, hepsi yararlı olabilir. Amacımız, en güvenilir sinyalleri için ısıtma yöntemi odaklanarak, hücre tipi 10, çeşitli çoklu noktaların uzaysal konumunu araştırmak için sağlam ve tekrarlanabilir DNA FISH için bir protokol optimize etmek için yapıldı. Bu ve otomatik bir görüntüleme sisteminin kullanımı ile, nükleer düzenlemelerin tek bir hücre analizi için verim artırmaya yönelik.
3D DNA FISH çekirdeğinde mekansal düzenlemeleri analiz etmek için yaygın olarak tanınan bir araç haline gelmiştir. FISH gibi her tekniği ile, görsel ve doğrudan sonuçlar sağlarken, biri kendi sınırlarının farkında olması gerekir. DNA BALIK nispeten sert tedaviler sonuçta analiz edilecek nükleer yapı-çok şey bozan FISH probları için kromatin erişilebilir yapmak için gerekli olduğu doğal sorunla karşı karşıya. Çeşitli stratejiler erişilebilirlik ve yapı koruma dengelemek için takip edilmiştir. Burada açıklanan protokol, kromozomal DNA prob hibridizasyon önce hücreleri ve ısı denatürasyonunun donma-çözülme permeabilization erişilebilir yapılır. Solovei, et al., (2002) benzer tedavi sonrası yapısal değişiklikler analiz ve kromatin etki ortalama yer değiştirme genom 8 kabaca 1 Mb bölgelere yapısal analiz çözümü sınırlar 300 nm olduğunu bulundu. Bu yüksek çözünürlük olmasa da, bunükleer pozisyonunun analiz edilmesi için makul bir ölçektir.
FISH analizi için daha pratik göz bu görüntü elde etme ve nükleer mesafeleri ölçümleri analiz edilebilir çekirdeklerin sayısını sınırlamak zaman alıcı süreçleri vardır. Biz yüksek kapasiteli otomatik görüntüleme yapmak amacıyla seyrek olayları incelemek için. Daha sonra, yerde uygun kontroller ile, yeterli sayıda mekansal ilişkilerin sağlam istatistiksel analiz sağlamak için karşılaştırılabilir. Biz rutin olarak biz nükleer hacmi içinde bütün FISH sinyallerinin 3D koordinatlarını belirleyen için veri noktası başına 600 çekirdek analiz. Bu veriler çok az depolama alanı gerektirir ve arası ve içi allelik mesafeler, ya da daha sonraki herhangi bir noktada radyal pozisyonların analizi için izin verir. Ayrıca, otomatik işleme büyük ölçüde bilinçsiz önyargı olasılığını azaltan bir araştırmacı kör bir şekilde yapılabilir.
Yüksek verimlilik analizi çalışan bu tür etkinleştirmek için, amacımız DNA FISH yerine hızlı ve verimli bir şekilde kurmaktı edilir. Biz protokol sürekli düşük arka plan ile parlak sinyalleri üreten, son derece sağlam olması için burada açıklanan bulundu. Bu biz slayt hücrelerin bağlama adım adapte sağlanan çalıştığımız tüm hücre tipleri için çalıştı. Ayrıca, bir istisna dışında, biz kullanılan tüm BAC'ler parlak probları haline olabilir. Biz de başarıyla DNA BALIK sonra antikor boyama ile nükleer proteinlerin bir dizi tespit ettik. Bu iyi çalışıyor bazı proteinler için, biz IF ve DNA immün BALIK (11 karşılaştırın) arasındaki antikor boyama desen tutarlılığı sağlamak için geleneksel immünofloresan (IF) ile karşılaştırılması tavsiye ederiz.
Genel olarak, farklı renklerde etiketli sondalar, aynı sonuçlar bulundu. Etiketleme boya seçerken Ancak, aşağıdaki hususları dikkate alınmalıdır. İlk olarak, fluorofor renk mikroskop u kadar, algılanabilir olması gerekmektedirsed. İkinci olarak, florofor tarafından yayılan ışığın dalga boyu, diğer kanalın içine akmasını önlemek için yeteri kadar farklı olmalıdır. Bu mikroskop filtre bağlıdır. Ve üçüncü, en azından bizim ellerde, bazı renkler daha tutarlı diğerlerinden daha parlak sinyalleri üretmek. Biz her zaman probları etiketleme için iyi seçimler Alexa Fluor 555 (kırmızı), 488 (yeşil) yapan bir karşı olarak DAPI (mavi) kullanılır ve 647 (en kırmızı) var. Bizim görüntüleme sistemi ile, Alexa Fluor 488 (yeşil) takip parlak sinyalleri, üretmek için Alexa Fluor 555 (kırmızı) bulundu. Alexa Fluor 647 (en kırmızı) bu insan gözü tarafından tespit edilemez ve mikroskop aşağı ararken bu nedenle sinyal görülebilir dezavantajı vardır. Iki renkli FISH yapıyor eğer Böylece, biz kırmızı ve yeşil boya kombinasyonu tavsiye.
Iki temel sorun ortaya çıkabilir: hücreler slaytlar ve zayıf sinyaller yıkama. De hücre slayt bağlı Nasıl derece değişken betw olduğunueen hücre tipleri ve hücrelerin tespit edilmesi gerekmektedir / tohum yerleşmek için en iyi protokolü. Biz başarıyla kullanmış ya pozitif yüklü veya Poli-L-lisin kaplı slaytlar (kullanıma hazır aldım), ama hücreler genellikle Poli-L-lisin kaplı slaytlar daha iyi yapıştırılır bulundu. Ayrıca hücreleri otomatik görüntüleme engel oldu ise çok yoğun tüm alanlarda, bir yaprak gibi soyulabilir mi vardı hücreleri çok seyrek olsaydı bulundu. Örnek çok değerli değilse Böylece, farklı hücre sayıları ideal yoğunluğu belirlemek için numaralı seribaşı edilmelidir. Hücreler yıkayın özellikle yatkındır ise, hidrofobik bir bariyer kalem kullanılabilir ve balık adımları dikkatli bir şekilde doğrudan slayt üzerine çözümler pipetleme ile gerçekleştirilebilir. Pipetleme da büyük ölçüde ihtiyaç duyulan reaktif hacimleri azaltır, ancak birden çok slayt yaparken biraz daha uzun sürebilir.
Zayıf sinyalleri genellikle kötü prob nedeniyle, ve iyi olanlar içine yapım zaman yatırım değer. Temiz BAC DNA kullanmak olmalıdırtekrar çökeltme ya da ticari olarak temin edilebilen kitler ile elde edilebilir, başlangıç malzemesi olarak d. Bakteriyel genomik DNA ile kirlenme negatif hücre parçalama sırasında prob kalitesi ve dikkatli bir şekilde ele etkiler ve hücre lizatı filtreleme minimumda tutmak için gereklidir. Bu büyük ölçüde verimi azaltır gibi, ancak, lineer DNA sindirimi bir eksonükleaz kullanmak adım gerekli değildir. Prob verimli etiketleme çok önemlidir. Bu adım için en önemli kalite kontrol (Temsilcisi Sonuçlar bakınız) nick çeviri sonra parça boyutu kontrol ediyor. Bir 'iyi' smear hemen hemen her zaman parlak renkli bir prob neden olacaktır. Bununla birlikte, zaman zaman, belirli bir BAC, iyi bir prob içine işlenmiş ve farklı bir BAC seçilmiş olması gerekir edilemez olduğunu bulduk. Bir diğer önemli adım ısı denatürasyon olduğunu. Eğer sıcaklık çok düşükse, DNA yalnızca kısmen denatüre olacaktır ve prob hibridizasyon bozulur. Sıcaklığı çok yüksek ise, nükleer yapı wigereğinden fazla tedirgin olacak. Bizim ellerde, ters bir sıcak blokta 78 ° C ideal bir uzlaşma, ancak bu kullanılan ilgili sıcak blok bağlı olarak değişebilir.
Biz Vectashield montaj orta kullanarak iyi sonuçlar vardı, ama Slowfade Altın daha az arka planı ve daha uzun süre floresan sinyal korur bulduk. Bu 3D yapısını etkileyen ve zaman içinde hava kabarcıkları oluşturmak için bulduğumuz gibi biz zor-set montaj orta kullanımını tavsiye etmiyoruz.
Sonuç olarak, burada tarif edilen DNA FISH protokolü ile birlikte parlak bir flüoresan işaretli problar doğrudan biyolojik soruları geniş bir yelpazede için geçerlidir nükleer mimari sağlam ve çabuk bir analiz için bir çözüm sunar.
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma BBSRC ve Wellcome Trust tarafından finanse edildi. Biz biyoinformatik analizi ile yardım için görüntüleme ve Felix Krueger ile yardım için Simon Walker teşekkür etmek istiyorum.
Reagent/Material | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
NTB buffer | Step 1.1.1 (See ‘FISH buffers and reaction mixes’ list below) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DTT | Invitrogen | D-1532 | Step 1.1.1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
dNTPs | Bioline | BIO-39025 | Step 1.1.1 (See ‘FISH buffers and reaction mixes’ list below) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Aminoallyl-dUTP | Ambion | AM8439 | Step 1.1.1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DNA Polymerase I | New England Biolabs | M02095 | Step 1.1.1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DNase I recombinant RNase free | Roche | 4716728001 | Step 1.1.1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
QIAquick PCR purification kit | Qiagen | 28104 | Step 1.1.4, 1.2.3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
NaOAc | VWR | 27653 | Step 1.1.5, Step 2.1.1.2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
NaHCO3 | Sigma | S5761 | Step 1.2.1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Alexa Fluor Reactive Dye Decapacks for Microarray Applications | Invitrogen (Molecular Probes) | A32750, A32756, A32757 | Step 1.2.2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DMSO (anhydrous) | Sigma Aldrich | 276855 | Step 1.2.2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
SYBR Safe DNA gel stain | Life Technologies | S33102 | Step 1.2.4 (alternative to ethidium bromide) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Cot-1 DNA | Invitrogen | 18440-016 | Step 2.1.1.1 (Cot-1 DNA can be home-made in large quantities and works just as well) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Single stranded DNA from salmon testes | Sigma | D7656 | Step 2.1.1.1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Deionized formamide | Sigma | F-9037 | Step 2.1.1.3 (Health hazard) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dextran sulphate | Sigma Life Sciences | D8906 | Step 2.1.1.4 (See ‘FISH buffers and reaction mixes’ list below) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
XMP painting probes | MetaSystems | 000000-0528-837 | Step 2.1.1.4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Poly-L-lysine coated slides | Sigma Aldrich | P0425 | Step 2.1.2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hydrophobic pen (ImmEdge) | Vector Laboratories | H-4000 | Step 2.1.2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
70 μm sieve (Mouse fetal liver cells only) | BD Falcon | 352350 | Step 2.1.2.1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
PFA | Sigma Aldrich | P6148 | Step 2.1.3 (Flammable, corrosive, acute toxicity, health hazard) (See ‘FISH buffers and reaction mixes’ list below) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tris-Cl | Step 2.1.3 (See ‘FISH buffers and reaction mixes’ list below) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Saponin from Quillaja bark | Sigma Aldrich | 47036 | Step 2.1.4, 2.1.11 (Acute toxicity), (See ‘FISH buffers and reaction mixes’ list below) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Triton X-100 | Sigma | T9284 | Step 2.1.4, 2.1.11 (Acute toxicity, hazardous to the environment) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
10 x PBS | Life Technologies (GIBCO) | 70011-036 | Step 2.1.4, 2.1.5, 2.1.6, 2.1.8, 2.1.10, 2.1.11, 2.1.12, 2.2.7, 2.2.9, | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Glycerol | Fisher Scientific | G/0650 | Step 2.1.6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HCl | VWR | 20252 | Step 2.1.9 (Acute toxicity, corrosive) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Formamide | Sigma Aldrich | 47670 | Step 2.1.14, 2.2.3 (Health hazard) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
SSC | Step 2.1.14, 2.2.2-2.2.6, 2.2.8 (See ‘FISH buffers and reaction mixes’ list below) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Coverslips 22 x 22 | Menzel-Glaser | BB022022A1 | Step 2.1.15 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Coverslips 22 x 50 | Menzel-Glaser | BB022050A1 | Step 2.1.15 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rubber cement | Marabu | 2901 (10 000) | Step 2.1.15 (Flammable, health hazard, danger to the environment) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DAPI | Invitrogen Molecular Probes | D3571 | Step 2.2.8 (Health hazard) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
SlowFade Gold | Invitrogen | S36936 | Step 2.2.10 (mounting medium) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Clear nail polish | Any supplier | Step 2.2.10 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Equipment | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nanodrop 2000 | Thermo Scientific | Step 1.1.6, 1.2.4 (microvolume spectroscopy) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Typhoon FLA 7000 phosphoimager | GE Life Sciences | Step 1.2.4 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Coplin jars | Sigma-Aldrich | S6016 (6EA)/S5516 (6EA) | Step 2.1.3 onwards | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Liquid nitrogen dewar | Any supplier | Step 2.1.7 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Base with Black Lid (light-tight chamber) | Simport | M920-2 | Step 2.1.17 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Thermomixer comfort | Eppendorf | 5355 000.011 | Step 2.2.3 (or use shaker in a 37 °C room) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Imaging and Image processing | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Metafer – Imaging Automation Platform | MetaSystems | automated imaging software | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
MetaCyte – Automated Interphase FISH analysis | MetaSystems | automated imaging software | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Axio Imager Z2 upright | Zeiss | epifluorescence microscope used with automated imaging | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
IX81 confocal microscope (FV1000) | Olympus | confocal microscope | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Bitplane, version 7.3 | Imaris | image analysis and 3D modeling software | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Scientific volume Imaging, version 4.1 | Huygens | image analysis and deconvolution software | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
FISH buffers and reaction mixes
|