Summary

الكشف والتصور من المجمعات البروتين الناجم عن الأضرار الحمض النووي في الثقافات خلية تعليق باستخدام التقريب ربط القرب

Published: June 09, 2017
doi:

Summary

هنا، ويتبين كيف يمكن في الموقع التقريب التقارب القرب (جيش التحرير الشعبى الصينى) يمكن استخدامها للكشف وتصور التفاعلات البروتين البروتين مباشرة بين أتم و p53 في الثقافات خلية تعليق تتعرض للإجهاد السامة الجينات.

Abstract

استجابة الحمض النووي الضرر يبرر إصلاح آفات الحمض النووي التي تحدث بشكل عفوي، والناجمة عن الإجهاد السمية الجينية، أو تظهر في سياق فواصل الحمض النووي المبرمج في الخلايا الليمفاوية. الكيناز المتحول (أتم) كيناز (أتم) و كيناز المرتبط ب ATM3 و Rad3 (أتر) والوحدة الفرعية الحفازة للبروتين كيناس المعتمد على الحمض النووي (دنا-يكس) هي من بين الأولى التي يتم تنشيطها عند تحريض تلف الحمض النووي، وهي أجهزة تنظيم مركزية للشبكة التي تتحكم في إصلاح الحمض النووي، موت الخلايا المبرمج، وبقاء الخلية. كجزء من مسار قمعي للورم، أتم و أتر تفعيل p53 من خلال الفسفرة، وبالتالي تنظيم النشاط النسخي من p53. يؤدي تلف الحمض النووي أيضا إلى تشكيل ما يسمى بؤر الإشعاعات المؤينة (إريف) التي تمثل مجمعات استشعار الحمض النووي الضرر وإصلاح البروتينات التي تتراكم في مواقع تلف الحمض النووي، والتي تصور بواسطة المجهر مضان. غير أن التوطين المشترك للبروتينات في إريفس لا يعني بالضرورة دالتفاعلات البروتين البروتين مباشرة، كما أن قرار المجهر مضان محدودة.

في الموقع التقريب التقارب القرب (جيش التحرير الشعبى الصينى) هو أسلوب الرواية التي تسمح التصور المباشر من البروتين البروتين التفاعلات في الخلايا والأنسجة مع خصوصية لم يسبق لها مثيل والحساسية. وتستند هذه التقنية على القرب المكاني للأجسام المضادة المحددة ملزمة للبروتينات ذات الاهتمام. عندما البروتينات استجواب في غضون ~ 40 نانومتر يتم تنشيط رد فعل التضخيم من قبل قليل النوكليوتيدات التي مترافق إلى الأجسام المضادة، ويتم تصور المنتج التضخيم من قبل وضع العلامات الفلورسنت، مما أسفر عن إشارة التي تتوافق مع الموقع تحت الخلوية من البروتينات المتفاعلة. باستخدام التفاعل الوظيفي القائم بين أتم و p53 كمثال على ذلك، هو موضح هنا كيف يمكن استخدام جيش التحرير الشعبى الصينى في الثقافات خلية تعليق لدراسة التفاعلات المباشرة بين البروتينات التي هي جزء لا يتجزأ من استجابة تلف الحمض النووي.

Introduction

يسبب تلف الحمض النووي سلسلة من التنظيمات العالية من الأحداث التي تنطوي على التفاعلات البروتين البروتين والتغييرات بعد متعدية التي تضمن إصلاح فعال وسريع من الحمض النووي، وبالتالي الحفاظ على السلامة الجينية 1 . عادة، يتم دراسة إصلاح الحمض النووي في الخلايا المعرضة للإشعاع المؤين من خلال رصد تشكيل ما يسمى بؤر الإشعاعات المؤينة (إريف) من قبل (متحد البؤر) المجهر مضان. العديد من إصلاح الحمض النووي والبروتينات الاستشعار عن الضرر الحمض النووي تشكل إريفس، والتي تمثل المجمعات البروتين التي نواة في مواقع الكروماتين الحفاظ على تلف الحمض النووي 2 ، 3 . موقع وحل إريفس مع مرور الوقت يعطي نظرة ثاقبة هامة في المنظمة المكانية الزمانية من إصلاح الحمض النووي، وقد تشير إلى تورط مسارات إصلاح الحمض النووي المختلفة. طبيعة الضرر الحمض النووي ومرحلة دورة الخلية التي يتم تحقيق الضرر يحدد أي مسار إصلاح الحمض النووي يتم تفعيلها. فو ، في الخلايا التي تشارك بنشاط في تكرار الحمض النووي (S- المرحلة)، إعادة التركيب مثلي (هر) هو مسار إصلاح الحمض النووي المهيمن، في حين أنه في الخلايا في G1- أو G2 / M- المرحلة من دورة الخلية، متماثل نهاية انضمام (نهيج) مسار إصلاح تسود. واحدة من أقدم الأحداث التي تلحق الضرر الحمض النووي هو تنشيط الحمض النووي كينسيس الاستشعار عن الأكسار أتاكسيا تيلانجيكتاسيا البروتين المتغير (أتم)، التي هي في الغالب نشطة في G1- و G2 / M- مراحل دورة الخلية وينظم نهيج، و أتاكسيا تيلانجيكتاسيا والبروتين ذات الصلة Rad3 (أتر)، الذي يعمل في S- المرحلة من خلال تفعيل الموارد البشرية. كل من أجهزة الصراف الآلي و أتر هي كيناسيس بليوتروبيك جدا أن الفسفوريلات العديد من البروتينات التي تشارك في إصلاح الحمض النووي، موت الخلايا والبقاء على قيد الحياة 4 . وقد أظهرت كل من كيناز للفوسفهوريلات وتفعيل p53 البروتين الكابتة للورم بعد التعرض للإجهاد السمية الجينية، مشيرا إلى أن هذه كيناسس هي وسطاء المنبع من محور محوري ورم إشارة قمعية"كريف"> 5 ، 6 .

يتم تقييم تكوين وتكوين إيريفس عادة عن طريق تحديد المشاركة في توطين البروتينات المختلفة باستخدام ثنائي اللون تلطيخ المناعي والمجهر، ومع ذلك، ليس كل البروتينات التي هي جزء من المجمعات إصلاح البروتين تشكل إيريفس، مما يحد من تطبيق هذا النهج. وعلاوة على ذلك، (متحد البؤر) المجهر المناعي محدودة بخصائص حيود الضوء، مما أدى إلى قرار المكانية الفقيرة بدلا من حوالي 200-300 نانومتر، وتجاوز حجم معظم الهياكل تحت الخلوية، والتي تحظر أساسا الاستجواب المباشر للتفاعل البروتين البروتين في المستوى الجزيئي. على هذا النحو، والمشاركة في توطين أنماط تلطيخ المناعي كما تم الكشف عنها من قبل (متحد البؤر) المجهر مضان ليست بالضرورة مؤشرا لتفاعلات البروتين البروتين مباشرة. في الآونة الأخيرة، تم تطوير تقنيات فائقة الدقة الجديدة، مثل ستروك ثلاثي الأبعاد(3D-سيم) 7 ، والتي استخدمت بنجاح لدراسة 53BP1 و BRCA1 أريف تشكيل على التفاصيل نانو على نطاق، وكشف عن خصائص التوزيع المكاني لهذه البروتينات التي لا يمكن الكشف عن طريق متحد البؤر المسح المجهري بالليزر 8 .

ويمكن استخدام العديد من الطرق الأخرى للكشف عن التفاعلات البروتين البروتين في الجسم الحي ، مثل شارك في مناعي، وأساليب المنسدلة والخميرة نهجين الهجينة الفرز. ومع ذلك، فإن هذه التقنيات مرهقة نوعا ما، تتطلب كميات كبيرة من الخلايا أو البروتينات أو تنطوي على أوفيركسريسيون من البروتينات، والذي يدخل التحف التجريبية. في الآونة الأخيرة، وقد تم تطوير تقنية جديدة تسمح التصور وكمي من البروتينات التفاعلات البروتين في الموقع ( أي في الخلايا والأنسجة)، وهو ما يسمى التقريب التقارب التقارب (بلا) 9 ، 10 . العلاقات العامةيتم الكشف عن الأجسام المضادة إيماري التي تعترف اثنين من البروتينات من الفائدة من قبل الأجسام المضادة الثانوية التي مترافق إلى قليل النوكليوتيدات (ما يسمى تحقيقات جيش التحرير الشعبى الصينى). إذا كان اثنين من الأجسام المضادة الثانوية مختلفة قريبة بما فيه الكفاية بسبب التفاعلات بين البروتينات المعترف بها من قبل الأجسام المضادة الأولية، وأوليغونوكليوتيدس مترافق تهجين ويمكن ليغاتد لتشكيل الركيزة الحمض النووي دائرية مغلقة. يتم تضخيم هذا الركيزة دائرية في وقت لاحق من قبل المتداول دائرة التضخيم، وتصور مع أوليغونوكلأوتيدس التكميلية متلألئ مترافق. باستخدام جيش التحرير الشعبى الصينى، يتم الحفاظ على توطين تحت الخلوية من التفاعل البروتين البروتين كما يبقى فلوريسنتلي المسمى المتداول دائرة التضخيم المنتج تعلق على تحقيقات جيش التحرير الشعبى الصينى. القرار من هذا الفحص هو <50 نانومتر، استنادا إلى النتيجة التي يبلغ قطرها الأجسام المضادة حوالي 7-10 نانومتر 11 . المتداول دائرة التضخيم لا يمكن إلا أن تأخذ مكان في حالة اثنين من أزواج من الأجسام المضادة (الابتدائي + سيكونداري) التفاعل الجسدي داخل محيط التي يتم تعريفها من قبل حجمها (10 + 10 + 10 + 10 = 40 نانومتر). خطوة التضخيم إشارة يزيد من حساسية الفحص جيش التحرير الشعبى الصينى ويمكن الكشف عن التفاعلات من البروتينات أعرب بالكاد. جيش التحرير الشعبى الصينى يولد منقط، وبؤر إشارات مثل أنماط التي يمكن كميا على أساس كل خلية، والتي من خلالها يمكن تقييم التباين داخل و خلوي في التفاعلات البروتين البروتين.

تكوين وتكوين المجمعات إصلاح الحمض النووي و إيريفس درس في الغالب في خطوط الخلايا ملتصقة مثل العظام العظام العظام الخلايا الظهارية خط U2OS، الإنسان الجنينية خط خلية الكلى HEK293 والشبكية الشبكية خط الخلايا الظهارية ربي-1، تزايد وسهلة ل ترانسفيكت. وتستخدم الثقافات خلية تعليق مثل الخلايا اللمفاوية وخلايا الخلايا النخاعية أقل في كثير من الأحيان، وهذه هي أقل قابلية للترنسفكأيشن وعموما لا تلتزم كوفرسليبس، مما يتطلب ست /إبس، ب، التصوير. ومع ذلك، فإن حل تلف الحمض النووي ذو صلة كبيرة في سياق الأورام الخبيثة اللمفاوية والخلايا النخاعية، حيث يتأثر رد فعل تلف الحمض النووي في كثير من الأحيان بانحرافات الجينوم (السائق) في هذه الأورام، ولعب دورا محوريا في التحول الخبيث للالمفاوية العادية والنخاعي ( السلف) 12 ، 13 ، 14 .

يصف هذا البروتوكول كيف جيش التحرير الشعبى الصينى يمكن استخدامها لتقييم وكمية التفاعلات البروتين البروتين بعد تحريض تلف الحمض النووي في الثقافات خلية تعليق. هنا، يتم تنفيذ جيش التحرير الشعبى الصينى لتحديد وتصور التفاعلات بين أجهزة الصراف الآلي و p53 على تلف الحمض النووي في خلايا سرطان الدم الخلايا B البشرية التي يتم تحريضها للخضوع لل G1 مرحلة اعتقال دورة الخلية. من ملاحظة، بروتوكول المعروضة هنا لا يقتصر على دراسة أتم والتفاعلات p53 في خلايا اللوكيميا اعتقلت G1، ولكن يمكن أن تستخدم أيضا لتصور البروتين البروتين الأخرى إنتيراكتيونس في أنواع الخلايا المختلفة والثقافات خلية تعليق.

Protocol

1. علاج الخلايا والحمض النووي الضرر الحث ثقافة خلايا الخلايا الليمفاوية الحادة BCR- عبل + B خلايا الخلايا الليمفاوية الحادة B1717 أو سوب-B15 في إدم تستكمل مع 20٪ فس، 50 ميكرومتر β ميركابتويثانول، 2 ملي L- الجلوتامين، و 100 U / مل ال?…

Representative Results

وقد أظهرت الفسفرة من p53 في بقايا Ser15 أن تعتمد على أتم كيناز النشاط 16 . لإثبات وتأكيد خصوصية تقنية جيش التحرير الشعبى الصينى على الاستعدادات سيتوسبين من الثقافات خلية تعليق، ويظهر أن تحريض تلف الحمض النووي من قبل 2 ساعة العلاج نس من خلايا ?…

Discussion

في هذا التقرير، يتضح أن جيش التحرير الشعبى الصينى يمكن استخدامها لتحديد وتصور التفاعل المحدد بين البروتينات في الثقافات خلية تعليق. من ملاحظة، بروتوكول الموصوفة هنا لا يقتصر على دراسة المجمعات إصلاح الحمض النووي ولكن ينطبق أيضا على تصور وقياس التفاعلات البروتين ال…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

وتمول البحوث في مختبر غويكيما من خلال برنامج الحوافز البحثية الابتكارية من المنظمة الهولندية للبحث العلمي (منحة فيدي 016126355) و 'ستيكتينغ كينديرف كانكرفريج' كيكا (مشروع 252).

Materials

BV173 cell line DSMZ AC-20 BCR-ABL+ B-ALL cell line
SUP-B15 cell line DSMZ ACC-389 BCR-ABL+ B-ALL cell line
Iscove's Modified Dulbecco's Medium (IMDM) Gibco (Life Technologies) 21980-032
Fetal Calf Serum Sigma Aldrich F7524 lot #: 064M3396
L-glutamine Gibco (Life Technologies) 25030-024
penicillin/streptomycin Gibco (Life Technologies) 15140-122
imatinib methanesulfonate LC Laboratories I-5508 Dissolve in DMSO, prepare 10 mM stock solution
neocarzinostatin Sigma Aldrich N9162 Mutagenic/teratogenic, handle with care
KU55933 Selleckchem S1092 Dissolve in DMSO, prepare 5 mM stock solution
Starfrost Microscopy Slides Waldemar Knittel VA11200 003FKB
PAP pen liquid blocker Sigma Aldrich Z377821-1EA
Cytospin funnel Q Path Labonord SAS 003411324
Duolink In Situ Red Starter Kit Goat/Rabbit Sigma Aldrich DUO92105 Available for different species/combinations, also available in FarRED, Orange and Green
goat-anti-ATM Bethyl Laboratories A300-136A PLA-grade; we succesfully used lot#A300-136A-1 in our studies
rabbit-anti-phospho-Ser15-p53 Cell Signaling Technology 9284 We succesfully used lot #9284-4 in our studies
Vectashield antifading mounting medium with DAPI Vector Labs H-1200
Vectashield antifading mounting medium Vector Labs H-1000
4% paraformaldehyde in PBS Santa Cruz Biotechnology sc-281692 Also available from various other vendors

Referências

  1. Maréchal, A., Zou, L. DNA Damage Sensing by the ATM and ATR Kinases. Cold Spring Harb Perspect Biol. 5 (9), a012716 (2013).
  2. Huen, M. S. Y., Chen, J. Assembly of checkpoint and repair machineries at DNA damage sites. Trends Biochem Sci. 35 (2), 101-108 (2010).
  3. Bekker-Jensen, S., Mailand, N. Assembly and function of DNA double-strand break repair foci in mammalian cells. DNA Repair. 9 (12), 1219-1228 (2010).
  4. Matsuoka, S., et al. ATM and ATR substrate analysis reveals extensive protein networks responsive to DNA damage. Science. 316 (5828), 1160-1166 (2007).
  5. Barlow, C., Brown, K. D., Deng, C. X., Tagle, D. A., Wynshaw-Boris, A. Atm selectively regulates distinct p53-dependent cell-cycle checkpoint and apoptotic pathways. Nature Genet. 17 (4), 453-456 (1997).
  6. Tibbetts, R. S., et al. A role for ATR in the DNA damage-induced phosphorylation of p53. Genes Dev. 13 (2), 152-157 (1999).
  7. Schermelleh, L., et al. Subdiffraction Multicolor Imaging of the Nuclear Periphery with 3D Structured Illumination Microscopy. Science. 320 (5881), 1332-1336 (2008).
  8. Chapman, J. R., Sossick, A. J., Boulton, S. J., Jackson, S. P. BRCA1-associated exclusion of 53BP1 from DNA damage sites underlies temporal control of DNA repair. J Cell Sci. 125 (Pt 15), 3529-3534 (2012).
  9. Gullberg, M., et al. A sense of closeness: protein detection by proximity ligation. Curr Opin Biotechnol. 14 (1), 82-86 (2003).
  10. Söderberg, O., et al. Characterizing proteins and their interactions in cells and tissues using the in situ proximity ligation assay. Methods. 45 (3), 227-232 (2008).
  11. Dong, Y., Shannon, C. Heterogeneous immunosensing using antigen and antibody monolayers on gold surfaces with electrochemical and scanning probe detection. Anal Chem. 72 (11), 2371-2376 (2000).
  12. Jackson, S. P., Bartek, J. The DNA-damage response in human biology and disease. Nature. 461 (7267), 1071-1078 (2009).
  13. Economopoulou, P., Pappa, V., Papageorgiou, S., Dervenoulas, J., Economopoulos, T. Abnormalities of DNA repair mechanisms in common hematological malignancies. Leuk Lymphoma. 52 (4), 567-582 (2011).
  14. Rendleman, J., et al. Genetic variation in DNA repair pathways and risk of non-Hodgkin’s lymphoma. PloS One. 9 (7), e101685 (2014).
  15. Ochodnicka-Mackovicova, K., et al. The DNA Damage Response Regulates RAG1/2 Expression in Pre-B Cells through ATM-FOXO1 Signaling. J Immunol. , (2016).
  16. Banin, S., et al. Enhanced phosphorylation of p53 by ATM in response to DNA damage. Science. 281 (5383), 1674-1677 (1998).
check_url/pt/55703?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Bahjat, M., Bloedjes, T. A., van der Veen, A., de Wilde, G., Maas, C., Guikema, J. E. J. Detection and Visualization of DNA Damage-induced Protein Complexes in Suspension Cell Cultures Using the Proximity Ligation Assay. J. Vis. Exp. (124), e55703, doi:10.3791/55703 (2017).

View Video