Bu iletişim kuralı plazmid DNA üzerinde tanımlanmış DNA-protein Glossar tamiri ölçmek için hedeftir. Lesioned plazmid alıcı memeli hücre satırları ve düşük molekül ağırlığı birden çok kez puan sonrası transfection hasat içine transfected. DNA onarım Kinetik sayısal qPCR tarafından takip strand özgü astar uzantısı kullanma.
Bu yöntemin amacı, DNA-protein crosslink (DPC) onarma memeli hücre hatlarında Kinetik incelemek için esnek, hızlı ve nicel bir tekniği sağlamaktır. Genel olarak xenobiotic kaynaklı veya spontan kromozom DPC kaldırma kaldırılması raporlaması yerine, bu tahlil özel bir site içinde bir plazmid DNA substrat adlı tanıttı homojen, kimyasal olarak tanımlı bir lezyon tamiri inceliyor. Önemlisi, bu yaklaşımın radyoaktif malzemelerin kullanımı önler ve pahalı ya da son derece uzman teknolojiye bağımlı değildir. Bunun yerine, standart rekombinant DNA yordamlar ve yaygın olarak kullanılan gerçek zamanlı, nicel Polimeraz zincir reaksiyonu (qPCR) araçları kullanır. Kullanılan strateji doğal esnekliğini, çapraz protein boyutunu, hem de kimyasal ile bağlantısını ve hassas DNA doğası göz önüne alındığında sıra bağlam eki sitenin ilgili katkıları bu adrese değiştirilebilir parametreleri DPC onarım genel verimliliği. Bu yöntemi kullanarak, plazmid siteye özgü bir DPC içeren hücrelere transfected ve çeşitli zamanlarda sonrası transfection, düşük moleküler ağırlıklı DNA kurtarıldı. Kurtarılan DNA sonra bir astar plazmid hasarlı strand tamamlayıcı kullanarak strand özgü astar uzantısı (SSPE) tabi tutulur. DPC lezyon blok Taq DNA polimeraz beri un tamir için tamir DNA oranı kantitatif qPCR kullanarak tespit edilebilir. Döngüsü eşik (CT) değerler ilgili hücre hatları çeşitli zaman noktalarda yüzde onarmak hesaplamak için kullanılır. Bu SSPE-qPCR yöntemi kantitatif onarım değerlendirmek için de kullanılabilir Kinetik herhangi bir DNA adduct o blok Taq polimeraz.
Burada açıklanan PCR tabanlı tahlil SSPE-qPCR olarak adlandırılır. Bu yöntemin amacı plazmid DNA onarım eksik ve yetkin memeli hücre içine transfected DPC onarım ölçmek etmektir. Bu tahlil hızlı, nicel, son derece esnek, ve doğrudan önlemler etkinlik. Bu rapor DPC tamiri eğitim için bu yöntem kullan seçeneğine odaklanır iken, sonuçları aşağıda sunulan herhangi bir lezyon engelleyen Taq polimeraz Bu metodoloji kullanarak okudu olabilir o tamiri göstermektedir.
Hangi aracılığıyla DPC memeli hücreleri tamir mekanizmaları bir anlayış kazanmak için bu yöntem geliştirilmesi arkasındaki mantığı olduğunu. DNA hasar diğer türlerinden farklı olarak, DPC kitlesel farklı1,2vardır. Çalışmalar yüzlerce proteinlerin kovalent hücresel DNA3‘ e bağlı olmak çok sayıda amino asit yan zincirleri vardır, ilke olarak, her protein için DNA ve çapraz olabilir göstermiştir. Buna ek olarak, proteinler de dahil olmak üzere çeşitli kademelerde nükleotit bazlar yanı sıra riboz şeker4,5DNA omurga üzerine için çok sayıda kimyasal ek puan vardır. Bu kimyasal çeşitlilik farklı biyokimyasal yollar farklı DPC onarmak için güvenerek umudu yükseltir. SSPE-qPCR tahlil geliştirilmiştir akılda bu endişe ile yapıldı.
Moleküler Biyoloji, hücresel DPC onarma anlayış kazanmak için çeşitli teknikler geliştirilmiştir. Aşağıda her sahip büyük bir özeti ile güçlü ve zayıf yönlerini geliştirilmiştir önemli yaklaşımlar genel bir bakış sağlar. Bu Özet memeli hücre kültürü sistemlerinde DPC onarım çalışmaları üzerinde duruluyor olsa da, DPC onarım mevcut model önemli katkılar bu konuda açıklanan değil mikrobiyal ve boş hücre sistemleri kullanarak yapılmadığını vurgulayarak değer olduğunu el yazması.
Belki de DPC onarım genetik bir anlayış kazanmak için alınabilecek en kolay strateji DPC6,7neden acentelere maruz vahşi tipi ve mutant hücrelerdeki gözlenen hücre ölümü için ilgili duyarlılık değerlendirmek etmektir. Bu strateji nispeten hızlı, ucuz ve temel hücre kültürü teknikleri gerçekleştirmesini ötesinde özel uzmanlık gerektirmez. Bu avantajları dengelemek aşağıdaki gibi bu yaklaşımın çok sayıda sınırlamalardır. İlk olarak, tahlil doğrudan DNA tamiri ölçmek değil. Bu stratejinin temel çalışma ihracı ilgili DNA onarım proteinler kodlama genlerdeki mutasyonlar DNA bir birikimi sonuçlarında bu Tetikleyicileri programlanmış hücre ölümü zarar varsayılır. Ancak, DNA tamiri protein kodlama genlerdeki mutasyonlar prensipte geliştirmek (azaltmak hücresel duyarlılık xenobiotic indüklenen hücre ölümü veya). İkinci olarak, DPC kaçınılmaz oluşturmak aracıları diğer türleri DNA hasar neden (tek işlemdir 5-aza-2′-deoxycytadine, ama bu aracı da hücresel metiltransferaz düzeyleri8depletes). Sonuç olarak, bu söz konusu aracı gelişmiş hücresel hipersensitivite kusurları tamir interstrand Glossar veya diğer lezyonlar yansıtıyor olabilir akla yatkın. Üçüncü olarak, yukarıda belirtildiği gibi DPC kimyasal Glossar, farklı türde oluşan büyük ölçüde türdeş olmayan bir sınıf içeren farklı protein ortakları temsil eder. Onarım bu lezyonların alt türlerinden bir veya daha fazla belirli bir genetik arka plan değişmiş olabilir iken, bu fark önemli ölçüde ölüme bu Aracısı tarafından indüklenen hücresel aşırı duyarlılık değiştirmek yeterli olmayabilir mümkündür. Bu strateji çekici bir başlangıç noktası temsil ederken Özet olarak, yukarıda özetlenen sınırlamalar DPC onarım Kinetik çalışmaya diğer, daha doğrudan yöntemleri takip önemini vurgulayın.
İlgili yaklaşımlar bir dizi bu hedefe ulaşmak için geliştirilmiştir. Örneğin, müfettişler ‘ücretsiz’ DNA ve protein bağlı DNA9,10,11arasında ayırt etmek için yöntemler geliştirdik. Bu yaklaşımları kullanarak, kararlı durum düzeyleri DPC veya aşağıdaki maruz kalma bir DPC üreten acentası farklı genetik geçmişleri ile karşılaştırmak mümkündür. En yaygın kullanılan iki strateji DPC içeren DNA nitroselüloz membran bağlama stratejisini veya KCl/SDS yağış12,13kullanarak ücretsiz DNA’dan ayırarak gerektirir. Eski yaklaşımda hücreleri lysed ve nitroselüloz filtreden geçirilen. Nitroselüloz protein bağlar için filtre ücretsiz DNA geçmesine izin DNA, protein bağlantılı korunur. SDS protein ama değil DNA bağlar ve buna ek olarak KCl tarafından çöktürülmüş dayalı aslında bu ikinci stratejisinde protein bağlı DNA ücretsiz DNA’dan ayrılır. Sonuç olarak, ilişkisiz DNA çözüm içinde kalırken protein bağlı DNA çözünmez hale gelir. DPC içeren DNA sonra quantitated (hücreleri başlangıçta metabolik olarak etiketli ise) radiolabeled timidin kullanarak veya bir DNA-seçici floresan boya Höchst 33258 gibi. Bu yöntemler tekrarlanabilir ve küçük birkaç adım gerektirir. Ancak, onlar protein DNA’yı iliştirilmesi kimyasal crosslink, doğa ile ilgili bilgi vermeyin. Ayrıca, bu deneyleri DPC onarmak yanlışlıkla eksik tamir, Yani, alay-e doğru kolayca tuzağa veya, çöktürülmüş iyi niyetli DNA gibi olmayabilir daha küçük DNA-peptid Glossar proteolitik puanlama tarafından aşırı tahmin unutmamak önemlidir onarım.
Kuyruklu yıldız deneyleri hücreleri14oluşumunda DPC görselleştirmek için kullanılabilir. Bu deneylerde DPC varlığı azaltmak sonra İndinavir K. pretreating tarafından geri alınabilir DNA geçiş Bu nedenle, kuyruk uzunluğu DPC oluşumu tahmin etmek için kullanılabilir. Ancak, yukarıda belirtildiği gibi DPC oluşturan uyuşturucu olan kuyruk uzunluğu değiştirmek DNA hasar diğer türleri oluşturun. Bu iletişim kuralı da son derece teknik ve eğitim confocal görüntülemede ve uzmanlık gerektirir.
Kütle spektrometresi DPC onarım Kinetik crosslinking ajanlar15,16,17ile tedavi aşağıdaki çalışma için kullanılabilir. Bu deneyler DPC oluşturmayan ajanlar hücrelerle tedavi ve biotin yakalama veya fenol: kloroform (1:1) çıkarma DPC yalıtır. Kütle spektrometresi sonra çapraz proteinler tanımlamak veya zaman içinde oluşan DPC miktarda quantitate için kullanılabilir. Bu yaklaşımın önemli avantajı üretilen veri doğasıdır. Tam olarak maruz kalma bir xenobiotic, ancak, bu iletişim kuralını takip etmek haline protein türleri pahalı, zaman alıcı ve tespit edilebilir crosslink türüne göre sınırlı katalog mümkündür.
Maizels ve ark. geliştirilen bir hassas ‘RADAR’ (hızlı yaklaşım DNA adduct kurtarma) tahlil immunodetection DNA-protein quantitate adducts yanı sıra bir ELISA tabanlı RADAR tahlil18,19. Geçici hücrelerde formu ve örnekleri kütle spektroskopisi yeni protein tanımlamak uygun oluşturmak DNA-protein ara ürün bindirme adducts için bu deneyleri özellikle yararlı olur. Bu immunodetection tahlil DNA-protein crosslink yakalamak için antikorlar kullanılabilirliğine dayanır ve bu nedenle, bozulmuş DNA-peptid oluşturan onarım sırasında adducts algılama yeteneğine sahip olmayabilir. Son zamanlarda, belirli bir DPC DNA ikileşmesi ve hangi DPC proteolyzed daha küçük peptidler için onarım20,21sırasında olan bir DNA-bağımlısı metalloprotease Spartalı keşfedilmiştir bağlantılı yolu onarın. Devralınan mutasyonlar bu gen Ruijs-Aalfs Sendromu genomik istikrarsızlık, erken yaşlanma ve karaciğer kanseri22ile karakterize bir hastalık insanlarda, ile ilişkilidir. Fareler genetiği Spartan gen kusurları ile benzer fenotipleri23görüntüler.
Transkripsiyon etkinlik konak hücre reaktivasyonu tanımlanmış lezyonlar transfected plazmid DNA yüzeylerde24,25tarihinde mevcut tamiri çalışma kullanılmaya başlanmıştır. Bu deneylerde, plazmid DPC (veya diğer tip-in DNA lezyonlar) içeren bu luciferase gibi bir muhabir transkripsiyon engellemek, hücrelere transfected. Alınan 24-72 saat sonra sonra ilişkili mısınız DPC ile ışıldama ölçümleri onarın. Ancak, bu dolaylı onarım deneyleri 24 saat sonrası transfection’den önceki onarım olayları tespit aciz ve kısmen onarılan yüzeylerde, RNA polimeraz yan yol ve tam onarım ayırt edemez.
Yukarıda açıklanan yöntemlerin her birinin avantajları vardır ve DPC onarım, geçerli modeli katkıda bulunmuştur. Ancak, SSPE-qPCR tahlil bu diğer yaklaşımlar ile ilgili sınırlamalar birkaç kaçınmanızı sağlar ve sonuç olarak daha özel DPC tamir mekanizmaları içgörü sağlayabilir. Örneğin, SSPE-qPCR tahlil doğrudan siteye özgü DPC sağlam memeli hücrelerde DNA tamiri ölçebilirsiniz. Bu yöntem çok yönlü ve transfection hamster ve insan hücre satırlarını takip onarım sonuçları elde etmek için kullanılır. Plazmid transfection lipofection veya elektroporasyon kültürlü memeli hücre hatlarında kullanılarak gerçekleştirilebilir. Ayrıca tek tanımlanmış DPC tamiri ölçülür ve DNA hasar değil diğer türleri çoğu DPC oluşturan aracılar tarafından indüklenen sağlar. SSPE-qPCR yapmak kolay, ucuz ve hızlı. Bu tahlil kullanarak elde edilen sonuçlar onarım olaylar 2 h sonrası transfection gibi erken tespit etti. Bu yöntemi kullanarak, DPC onarım sonuçları etkileyebilecek değişkenleri hassas ve verimli bir şekilde okudu. Örneğin, transkripsiyon DPC tamir rolü titizlikle değerlendirilmesi henüz. SSPE-qPCR tahlil esneklik nedeniyle DPC crosslinking sitenin bu soruyu çözmek için manipüle edilebilir. Buna ek olarak, çoğaltma DPC taşıyan plazmid içine bir menşe giriş çoğaltma DPC tamir etkisini gidermek için kullanılabilir. Ayrıca, birden çok Glossar plazmid birden çok Glossar karşı tek bir DPC tamiri farklılıkları incelemek için oluşturulabilir. Kromozom DNA’yı kullanarak cevap vermek zor olurdu ama kolayca SSPE-qPCR tahlil kullanarak ele alınması sorular bunlar. Genel olarak, SSPE-qPCR tahlil saf, plazmid DNA bilinen bir konuma bir lezyon içeren mikrogram miktarda gerektirir. Adducts yanı sıra DPC bu assay olarak kullanılabilir, ancak, lezyon Taq polimeraz tarafından uzantısı engelleme yeteneğinin olması gerekir.
SSPE-qPCR yöntemi bir tek, tanımlı DPC lezyonu içeren homojen bir nüfus tamiri incelenerek diğer yaklaşımlar çok sayıda avantaj sunar. Bu protein ve protein DNA için bağlanmak için kullanılan kimyasal crosslink türü kimlik kontrol ek olarak, bu kolayca DPC lezyon tanıtıldı sıra içerik işlemek mümkün olduğunu dikkat çekicidir. Biz de lezyon şablonu tanıtan veya iplikçik etkin bir promotor odağı, nehrin aşağısında bir plazmid kodlama DPC onarım etkisi incelemiş bulunuyoruz. Benzer şekilde, DPC onarım HEK293T hücrelere transfected çoğaltma SV40 kökeni içeren bir M13 plazmid kullanarak çoğaltma etkisi soruşturma sürecinde olan. Tahlil burada doğrudan dolaylı olarak tahminleri etkinlik24,25onarmak konak hücre yeniden etkinleştirme gibi diğer stratejileri karşı önlemler DPC onarım nitelendirdi. Buna ek olarak, güçlü, hassas ve nicel sistemidir. DPC kaldırma ölçmek, diğer sistemleri aksine bu tahlil, yalnızca tam onarım olaylar, Yanialgılar, sadece DPC lezyon kaldırılması ancak çift yönlü DNA bütünlüğünü tamamen olmak17geri gerektirir. Bunun nedeni abasic siteleri ve rumuz veya sonu fosfodiester omurgasında tahlil özgün DPC lezyon29olarak etkili bir şekilde engellemek.
Bu rapor belirli bir enzim reaksiyon borhidrür yakalama tarafından ara oluşturuldu, DPC türüne odaklanır iken şu anda yaklaşımlar içeren diğer proteinler ve lezyonlar hangi DPC tamiri çalışma gelişmekte olan protein bağlantı DNA riboz konumu yerine nükleozit Bankası gerçekleşir. İndirgeyici amination kullanarak, sitozin ve guanin bağlı protein ve peptid Glossar oluşturduğunuz temel bir DNA astar30. Bu oligonucleotides homojenliği için saflaştırılmış ve supercoiled plazmid DNA-protein ve DNA-peptid Glossar içeren oluşturmak için kullanılan. Bu tepkiler verimliliğini biraz bu yukarıda ayrıntılı olarak açıklanan oxoguanine glycosylase crosslink yaklaşımın göre azalır iken, onlar yine de başarılı oldun ve vahşi-türü olarak bu yüzeylerde tamiri muayene izin ve nükleotid eksizyon tamir-eksik memeli hücre hatları. Biz de oxoguanine lezyonlar ve via hücresel nükleotid eksizyon tamir makineleri31onarılması için daha önce gösterilen bir sentetik riboz-kolesterol eşlenik tamir çalışmaya SSPE-qPCR tahlil kullandık. Şekil 2 grafik olarak tasvir gibi herhangi bir lezyon SSPE-qPCR tahlil kullanarak blok astar uzantısı Taq polimeraz tarafından prensip olarak ölçülen onarın.
DPC onarım mevcut modelleri önermek daha büyük DPC (> 10 kDa) daha küçük peptid lezyon kaldırma32,33,34önce için proteolitik işleme tabi tutulmaktadır. En olası adaylar için bu proteolizis sorumlu proteasome veya insan hücrelerinde Spartan20,21,35,36,37, adlı özel bir proteaz vardır 38. bu proteaz rolleri daha fazla soruşturma yürütülen SSPE-qPCR tahlil kullanarak. Proteasome inhibitörleri hücreleri DPC içeren yüzeylerde ile transfection önce pretreat için kullanılabilir. Alternatif olarak, Spartalı devirme hücre hatları daha büyük DPC proteolizis rolünü aydınlatmak için hasarlı Plasmid’ler ile transfected.
Crosslink oluşturmak için kullanılan yöntem bakılmaksızın veya DNA lezyon doğanın SSPE-qPCR metodoloji eleştirel homojen DPC-plazmid substrat önemli miktarda oluşturma yeteneği bağlıdır vurgulayarak değer değerdir. Adımlar için bu analiz dahil arıtma kovalent temel, kapalı-daire plazmid herhangi arakladım ortadan kaldırmak için astar uzantısı takip veya doğrusal plazmid molekülleri. Bu kirleticiler gözlenen herhangi bir sonraki DPC onarım nick yönettiği veya iki iplikçikli sonu yönetmen onarım işlemleri nedeniyle değil emin olmak için ortadan kaldırılmalıdır. Supercoiled DNA astar uzantısı tepkiler takip yeterli miktarda elde etmek için başarısızlık Oligonükleotid tek iplikçikli DNA için oranını değiştirerek üstesinden. SSPE-qPCR yöntemi için başka bir önemli adım plazmid protein crosslinking verimliliği olduğunu. Bu çalışmada, verimli, enzimatik reaksiyon kullanılan crosslink oxoguanine glycosylase protein bir 8-oxo-guanin lezyon için için. Alt optimum çapraz reaksiyon eklendi protein miktarı değişen tarafından geliştirilebilir.
Bu raporda açıklanan sonuçlar lipofection alıcı hücreye DPC onarım yüzeylerde tanıtmak dayanıyordu, neden yok, bir temanın, diğer transfections yöntemleri değil istihdam olabilir. Biz ön çalışmalar gerçekleştirilen ve gözlenen bu elektroporasyon39 de kullanılabilir. Ancak, bu deneyim dikkati çekiyor, elektroporasyon transfection verimliliği lipofection ile karşılaştırıldığında azalır ve onarım verileri elde etmek için (en çok 5 µg) taşıyıcı DNA DPC substrat 1,5 µg ek olarak kullanmak gerekli bulduk. Genel olarak, yukarıda açıklanan SSPE-qPCR yöntemi sadece DPC onarım plazmid DNA üzerinde incelemek ve DNA hasarı yanıt içine yeni bir bakış açısı oluşturmak için yenilikçi bir yol sağlar.
The authors have nothing to disclose.
Bu eser Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından (ES023350) finanse edildi. Lisa Chesner eğitim Grant 5T32HL007741 tarafından desteklenir. Natalia Tretyakova (Minnesota Üniversitesi) ve Kaan Basu (Connecticut Üniversitesi) ve laboratuvar üyeleri destek ve teknik danışmanlık sırasında erken ve ara aşamalarını Bu eser için teşekkür ederiz.
8-oxoguanine modified oligo | Midland Certified Reagent Company | NA | Sequence: 5’AGGGTTTTCCA (8-oxo-dG)TCACGACGTT 3’ |
T4 PNK | NEB | M0201S | |
Single-stranded M13 | NEB | N4040S | |
Taq polymerase | NEB | M0267L | |
ATP, 100mM | Thermo Scientific | R0441 | |
dNTP Mix, 10mM each | Thermo Scientific | R0192 | |
BSA | NEB | B9001S | |
T4 polymerase | NEB | M0203L | |
T4 ligase | NEB | M0202L | |
β-agarase | NEB | M0392S | |
Oxoguanine glycosylase 1 | NEB | M0241S | |
SYBR Green PCR Master Mix | Applied Biosystems | 4309155 | green PCR master mix |
Primer R | UMN Genomic Center | NA | 5’CGGCTCGTATGTTGTGTG 3’ |
Primer L | UMN Genomic Center | NA | 5’ GCTGCAAGGCGATTAAGT 3’ |
Lipofectamine Reagent | Invitrogen | 18324-012 | transfection reagent |
BspD1 | NEB | R0557S | |
NEB buffer 2 | NEB | B7002S | |
StepOnePlus Real Time PCR System | Applied Biosystems | 4376600 | |
UltraPure Buffer-Saturated Phenol | Invitrogen | 15513-047 | |
Chloroform, reagent ACS, spectro grade | ACROS | 40463-5000 |