L’obiettivo di questo rapporto è di descrivere il protocollo per rilevazione immunohistochemical robusto di marcatori epigenetici, 5-metilcitosina (5mC) e 5-idrossimetilcitosina (5hmC) nello sviluppo e postmitotic mouse retina.
L’epigenetica di sviluppo retinico è un campo di ricerca ben studiata, che promette di portare un nuovo livello di comprensione circa i meccanismi di una varietà di malattie degenerative della retina umane e individuare nuovi approcci terapeutici. L’architettura nucleare della retina di topo è organizzato in due modelli differenti: convenzionale e invertito. Modello convenzionale è universale dove eterocromatina è localizzata alla periferia del nucleo, mentre l’eucromatina attiva risiede all’interno di nucleare. Al contrario, invertito modello nucleare è unico ai nuclei delle cellule del fotoricettore adulto asta dove eterocromatina si localizza al centro nucleare, e l’eucromatina risiede nella periferia nucleare. Metilazione del DNA è osservata principalmente in cromocentri. Metilazione del DNA è una modificazione covalente dinamica relativa ai residui di citosina (5-metilcitosina, 5mC) di dinucleotidi CpG che sono arricchiti in regioni promotore di molti geni. Tre DNA metiltransferasi (DNMT1, DNMT3A e DNMT3B) partecipano nella metilazione del DNA durante lo sviluppo. 5mC rilevazione con tecniche immunoistochimiche è molto impegnativo, che contribuiscono alla variabilità nei risultati, come tutte le basi di DNA comprese le basi 5mC per volta sono nascosti all’interno di elica del DNA double-stranded. Tuttavia, dettagliate delineazione di 5mC distribuzione durante lo sviluppo è molto istruttiva. Qui, descriviamo una tecnica riproducibile per rilevazione immunohistochemical robusto di 5mC e un altro epigenetici DNA marker 5-idrossimetilcitosina (5hmC), che colocalizza con la cromatina “apre”, trascrizionalmente attiva nello sviluppo e retina di topo postmitotic.
Regolazione epigenetica di sviluppo e postmitotic omeostasi della retina di topo è un campo di ricerca, specifici del tipo di cella che promette di portare una nuova comprensione dei meccanismi biologici che controllano determinazione di destino delle cellule e retinogenesis, emozionante la funzione metabolica, nonché patologie cellulare, morte cellulare e rigenerazione1,2,3,4,5,6,7,8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13. cromatina subisce cambiamenti dinamici in fase di sviluppo, così come in risposta a segnali esterni variabili che si tratti di stress, metabolico o delle cellule morte stimoli6,14,15, 16 , 17 , 18. nei nuclei del mouse, la cromatina è diviso in euchromatin attivo e inattivo eterocromatina6,19,20. Nel nucleo di interfase, l’eucromatina risiede nella regione interna del nucleo mentre eterocromatina linee la periferia nucleare e nucleolo. Questo modello è chiamato convenzionale ed è altamente conservato negli eucarioti. Al contrario, i nuclei di asta in animali notturni quali topi e ratti invertito modello dove il nucleo è occupato dall’eterocromatina nel centro circondato dall’eucromatina formando il guscio più esterno6,18, 20. Alla nascita, asta nuclei hanno architettura nucleare convenzionale. Inversione dei nuclei di asta si verifica durante lo sviluppo di rimodellamento dell’architettura nucleare convenzionale. Durante questo processo, eterocromatina periferico separa dalla periferia nucleare e cromocentri si fondono insieme per formare un singolo chromocenter nel centro del nucleo6,18.
La metilazione del DNA genomica partecipa nel controllo locale della cromatina conformazione21. Metilazione del DNA avviene nella posizione 5′ di residui di citosina di dinucleotidi CpG che sono arricchiti nella regione del promotore di molti geni in mouse genomi22,23,24,25,26 così come in intergenica e regioni introne, che trasportano gli elementi normativi27. La metilazione delle isole CpG prossimale promotori21,24 e sequenze CpG in gene rinforzatori27,28 è importante nella regolazione dello stato dinamico della cromatina bivalente, contenente molti fattori di sviluppo geni/trascrizione che gioca un ruolo importante nello sviluppo, cancro e invecchiamento29,30,31,32,33,34 . Tre DNA metiltransferasi (DNMTs) partecipano nella metilazione del DNA nel corso del mouse sviluppo35. Tutti i tre DNMTs sono espressi durante del mouse sviluppo retinico36 e retina-specifiche modifiche in Dnmt geni impatto sviluppo retinico2,7. Idrossimetilcitosina (5hmC) è il prodotto ossidativo di demetilazione 5-metilcitosina (5mC). I tre enzimi di dieci-undici traslocazione (TET) partecipano a 5mC demetilazione37,38,39. Modifica di idrossimetil-C viene arricchita in promotori, enti di gene e sequenze intergeniche genomic gene ricca e regioni attivamente trascritto27,40.
C’è una varietà di approcci descritti per determinare i mutevoli modelli di metilazione del DNA in cellule41,42,43,44,45,46, alcuni di loro abilitazione quantificare i cambiamenti globali di metilazione del DNA mentre altri focalizzarsi su precisi cambiamenti nelle regioni CpG-ricco all’interno di promotori ed esaltatori di sapidità. Metodi per il rilevamento e la quantificazione di 5hmC sono stati anche segnalati47comprese da immunohistochemistry13. Tecniche immunoistochimiche, che consentono il monitoraggio robusto di 5mC e 5hmC cambiamenti nei nuclei di sviluppo e cellule postmitotic, sono molto ben informato per la delineazione della cromatina dynamics in situ in risposta ai cambiamenti esterni o interni influenzando la cellule4,13,48,49. Tuttavia, questo approccio è incline a sottovalutare la metilazione del DNA e hydroxymethylation modifiche a causa di difficoltà tecniche, connesse con rilevamento modifiche citosina in preparati istologici. Questo è poiché il DNA non polare si basa, compresi 5mC e citosina 5hmC-modificato, sono nascosti all’interno del centro della doppia elica del DNA elica50e richiedono smascheramento. Questo rappresenta una sfida particolare in preparazioni istologiche congelate, che potrebbero perdere rapidamente informativo organizzazione del tessuto originale quando viene applicato il trattamento duro.
Retina di topo è un eccellente modello per sezionare il contributo di metilazione del DNA a sviluppo neurale e omeostasi postmitotic. Ci sono solo 6 tipi di neuroni (rod e cono fotorecettori, amacrine, bipolare, cellule del ganglio e orizzontale), tipo una cellula glial (glia Muller) e uno neuroepithelial delle cellule tipo (epitelio pigmentato retinico)51. Tipi di cellule retiniche sono stati segnalati per avere modelli distinti di DNA metilazione18,19, che recentemente è stato studiato al singolo-base risoluzione1,5,9,12. Recentemente abbiamo riferito applicazione di immunohistochemistry per delineare 5mC pattern di distribuzione all’interno dei nuclei delle cellule retiniche e cambiamenti nei nuclei della retina di topo adulto, dove sono stati rimossi tutti i methyltransferases del DNA tre mirando condizionale 7. rispetto ad una serie di rapporti, dove la presenza di metilazione del DNA in cellule della retina potrebbe essere visto solo come un segnale positivo o negativo segnale in hypermethylated cellule che subiscono apoptosi, il nostro approccio abilitato rilevamento specifico della cromatina disposizione all’interno dei nuclei delle cellule retiniche, che diversi gruppi e abbiamo segnalato e discusso in precedenza5,6,7,18,19,36 , 52. qui, descriviamo la tecnica immunoistochimica (IHC) di individuare 5mC e 5hmC in sezioni istologiche paraformaldeide congelate nei dettagli così come dimostrano i dati, che siamo stati in grado di riprodurre dal nostro rapporto originale7 .
Modificazioni del DNA dinamici e reversibile, che modulatethe la diversificata gamma di meccanismi biologici in uno sviluppo così come in cellule postmitotic hydroxymethylation e metilazione del DNA. Qui, descriviamo una tecnica riproducibile per la rilevazione 5mC 5hmC DNA modifiche e in situ mediante tecnica immunoistochimica (usando gli anticorpi anti-5mC e anti-5hmC) in paraformaldeide sezioni congelate di retina di topo e fornire linee guida per migliorare e standardizzare i risultati, soprattutto quando si confrontano diversi diversi esemplari. All’inizio abbiamo usato questo metodo per delineare 5mC cambiamenti nella retina di topo con retina specifiche targeting di Dnmt1, Dnmt3a e Dnmt3b DNA metiltransferasi geni e segnalato l’esaurimento (previsto) di marchi di 5mC in loro retine7 .
Il passaggio fondamentale nella rilevazione immunohistochemical 5mC è ottimizzazione del trattamento delle sezioni istologiche con HCl: meno di 15 min pretrattamento non dovrebbe produrre risultati riproducibili, mentre eccessivo trattamento con HCl distrugge il nucleare architettura. Abbiamo trovato il miglior risultato dopo un’incubazione di 30 min con HCl. Si consiglia di utilizzare sempre fresco diluito HCl e preparate 4% PFA soluzione per fissaggio del tessuto DNA denaturazione e retinico.
Per risolvere i risultati, si consiglia di includere tre o quattro repliche biologiche ottimizzando 5mC segnale. Mentre ogni singolo set di macchiatura immunohistochemical può generare risultati leggermente diversi (più o meno luminose regioni eterocromatiche), che è previsto in distribuzione immunohistochemical metodo, 5mC e 5hmC nucleare all’interno del set individuo delle sezioni dovrebbe essere molto riproducibili, per fintanto che il protocollo è seguito.
Questa tecnica ha anche limitazione come abbiamo costantemente osservato variabilità nella distribuzione di 5mC nei nuclei delle cellule del fotoricettore all’interno della stessa sezione. Abbiamo trovato alcuni nuclei ha mostrati il segnale forte 5mC mentre i nuclei delle cellule adiacenti ha mostrato nessun segnale di 5mC. Si tratta di limitazione a smascherare 5mC antigene di HCl trattamento nelle sezioni congelate.
Il significato di questa tecnica consente la localizzazione di 5mC senza DNasi e proteinasi K trattamento che porta alla migliore conservazione di cromocentri. Questa tecnica è previsto di lavorare robustamente su tutte le sezioni da tutti i tessuti animali vertebrati, trasportante 5mC, segni di 5hmC e trattata con un approccio simile, non solo la retina di topo, per fintanto che il protocollo è seguito.
The authors have nothing to disclose.
Questo lavoro è stato supportato da un grant SBIR (1R44EY027654-01A1).
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 |