Summary

Rilevazione di Immunohistochemical di 5-metilcitosina e 5-idrossimetilcitosina nello sviluppo e Retina di topo Postmitotic

Published: August 29, 2018
doi:

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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 .

Protocol

Tutte le procedure con i topi sono state effettuate secondo protocolli approvati dal comitato animale bambini Hospital Oakland Research Institute uso e manutenzione e aderito all’associazione per la ricerca in visione e Oftalmologia (ARVO) istruzione per l’uso degli animali in oftalmica e ricerca di visione. 1. preparazione per l’immunocolorazione Eutanasia di topi C57 BL/6J al giorno embrionale (E) 16, giorno postnatale (P) 0, P15 e P90 dall’anidride carbonica (CO2) seguita dalla decapitazione (topi E16 e P0). Gli occhi del mouse immediatamente enucleata forato con ago 29 1/2 sul lato dorsale dell’occhio. Incubare per 5 minuti (min) in 1 mL di paraformaldeide al 4% (PFA) pH tampone fosfato salino (1x PBS) 8.0 a temperatura ambiente. Per rendere conchiglie oculari da P0, P15 e P90, sezionare cornea e lente con forbice oftalmica mentre gli occhi sono in 4% PFA.Nota: Salta questo passaggio per E16 occhi come gli occhi sono troppo piccoli. Difficoltà le conchiglie oculari (P0, P15 e P90) e gli occhi tutto (E16) nel 4% PFA per 20 min a temperatura ambiente. Poi lavare il paraocchi e occhi tutto due volte in 1 mL di PBS 1X per 10 min a temperatura ambiente. Cryoprotect l’occhio tazze e tutto occhi in 1xPBS, pH 8,0 contenente 10% di saccarosio per 1 ora. Tenere in saccarosio al 20% in PBS 1X per 1 ora e poi saturare in saccarosio 30% in PBS 1X durante la notte a 4 ° C. Il giorno successivo, incorporare i paraocchi e gli occhi tutto in taglio ottimale temperatura composto (OCT), (500 µ l) in cryomolds, snap-freeze in un bagno di ghiaccio secco/etanolo e conservare a-80 ° C. Togliere gli stampi con paraocchi incorporato e occhi tutto da-80 ° C e far per equilibrare a-20 ° C per 1 ora prima di cryosectioning. Tagliare sezioni trasversali retiniche (spessore 12 µm) parallelamente all’asse di temporonasal attraverso la testa del nervo ottico usando un criostato a-20 ° C. Montare le sezioni della retina su microscopio diapositive53 e conservare a-80 ° C. 2. Immunostaining con gli anticorpi 5-mC e 5-hmC Circondano le sezioni della retina montate su slitte con una penna di barriera idrofoba. La penna di barriera idrofoba riduce il volume di anticorpo richiesto a macchiare il tessuto. Lavare le sezioni della retina una volta con 200 µ l di PBS 1X per 10 min. Permeabilize le sezioni della retina con 200 µ l di 0.1% Triton X-100 in 1X PBS (PBS-T) per 10 min a temperatura ambiente. Denaturare sezioni della retina per 30 min con 200 µ l di appena fatte 2 di acido cloridrico (HCl) N in PBS 1X in un incubatore a 37 ° C.Nota: Un’attenta titolazione di HCl trattamento è necessario per ottimizzare il segnale 5mC. Includere sempre replicati biologici (3-4) ottimizzando 5mC segnale54.Nota: Abbiamo fatto il ricupero dell’antigene a 4 punti di tempo (15min, 30min, 1h e 2h) e trovato 30 min di incubazione è ottima per segnale 5mC. Incubazione più lungo con HCl degrada la struttura dei nuclei che conduce all’incapacità di localizzare 5mC segnale al nucleo. Dopo denaturazione, neutralizzare retiniche sezioni aggiungendo 100 µ l di 0.1 M Tris-HCl (pH 8.3) sulle sezioni della retina per 10 min. Incubare le sezioni in 500 µ l di soluzione bloccante (5% di siero preimmune capra normale nello 0,1% Triton X-100 in PBS 1X) per 1 h a temperatura ambiente in una camera umida. Dopo il blocco, aggiungere anti-5mC; gli anticorpi anti-5hmC diluiti 1: 500 in blocco la soluzione alle sezioni della retina. Incubare retinica sezioni durante la notte a 4 ° C in camera umida. Il lavaggio del giorno successivo, sezioni della retina 3 volte (10-15 minuti ogni volta) con 0,1% PBS-T e poi incubare nella soluzione con i corrispondenti anticorpi secondari di blocco (Goat Anti-Rabbit e Goat Anti-Mouse IgG, diluito; 1: 1000), contenente DAPI (4′, 6 – diamidino-2-phenylindole) soluzione (1 µ g/mL) a temperatura ambiente per 1 h nella soluzione di blocco.Nota: Evitare l’essiccazione delle sezioni durante tutte le fasi della immunodetection. Lavare i vetrini tre volte con 1 mL di 0,1% PBS-T. Dopo l’ultimo lavaggio, montare i profili con il mezzo di montaggio acquoso sotto un vetrino coprioggetto e sigillare con smalto incolore. 3. confocale Immunohistochemistry Orientare le sezioni per avere il lato di epitelio retinico del pigmento della Coppa ottica sempre di fronte un modo (per esempio, a), per coerenza. Eseguire l’acquisizione di immagini di retinica sezioni immunostained a 63 X (ingrandimento di un obiettivo) con 2 X o zoom 3x. Generare più sezioni ottiche di ogni immagine selezionata (z-stack) in tutti i 3 canali (rosso, verde e blu, RGB) utilizzando 0.35 µm passo.Nota: L’ingrandimento finale di un esemplare visualizzato alle 10-20x (ingrandimento di una lente obiettiva) sarà 63 X, rispettivamente, quando combinato con una (in genere usati) 10x lente oculare.Visualizzare stack compresso ottico per individuare il segnale 5mC e 5hmC

Representative Results

Per determinare la distribuzione di 5-metilcitosina (5mC) e 5-idrossimetilcitosina (5hmC) durante lo sviluppo della retina e nella retina postmitotic, abbiamo immunostained C57BL/6J retinica sezione mouse da E16, P0, P15 e P90 con anticorpi specifici per 5mC e 5hmC. A E16 la macchiatura 5mC era forte in cromocentri dei nuclei delle cellule mentre colorazione debole è stata osservata nei nuclei intera cellula (Figura 1a). La macchiatura di 5hmC è stata limitata ai nuclei delle cellule ed era assente da cromocentri (Figura 1b). Nella retina P0, il segnale di 5mC è stato localizzato la cromocentri dei nuclei delle cellule e periferia nucleare (Figura 2a, freccia e punta di freccia). Inoltre abbiamo osservato colorazione debole di 5mC tra i cromocentri dei nuclei delle cellule. Il segnale di 5hmC era fortemente presente nei nuclei delle cellule ad eccezione di cromocentri (Figura 2b). Abbiamo trovato che più nuclei sono macchiati con 5mC e 5hmC nello strato interno neuroblasto (INBL) (Figura 2 c, linea tratteggiata) Nella retina P15, abbiamo trovato forte macchiatura di 5mC e 5hmC in strato nucleare esterno (ONL), strato nucleare interno (INL) e strato delle cellule del ganglio (GCL) (Figura 3). In ONL (fotoricettori dell’asta), il segnale di 5mC era presente in cromocentri dei nuclei delle cellule e periferia nucleare (figure 3a-3C, 3G). Il segnale di 5hmC è stato trovato nei nuclei di cellule intere ad eccezione di cromocentri (figure 3d-3f). La microscopia elettronica di trasmissione fatta P15 retina Mostra distribuzione di domini eterocromatici nei nuclei delle cellule asta simile a quella trovata con segnale di anticorpo 5mC (figure 3 h e 3i). La macchiatura di 5mC in INL e GCL era forte in cromocentri dei nuclei delle cellule e colorazione debole è stata osservata anche nei nuclei di cellule intere (figure 3j-3L e 3r-3t). A differenza di 5mC, il segnale di 5hmC è stato localizzato dei nuclei di cellule intere ad eccezione di cromocentri in INL e GCL (figure 3 m-3o e 3u-3w). Abbiamo osservato un forte segnale di 5hmC alla periferia dei nuclei delle cellule GCL. Nei fotorecettori adulti rod, il segnale di 5mC era limitato allo chromocenter e alla periferia nucleare dei nuclei delle cellule (figure 4a-4c) mentre 5hmc segnale è stato limitato alla periferia nucleare (figure 4 d-4f). Figura 1. Localizzazione di 5-metilcitosina e 5-idrossimetilcitosina nella retina di topo al giorno embrionale 16.Immunostaining di C57BL/6J retina con gli anticorpi a 5mC (rosso) e 5hmC (verde, b). E16, 5mC segnale è molto forte in cromocentri dei nuclei delle cellule e anche presenti nei nuclei di cellule intere al livello più basso. 5hmC macchiatura è stata limitata esclusivamente ai nuclei delle cellule. C pannello rappresenta 5mC Unite e 5hmC immagine. I nuclei sono controcolorati con DAPI (blu, c). Inserti rappresentano ingrandimento dell’area contrassegnato da asterisco nelle immagini. Barra della scala: 5 µm. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Nella figura 2. La macchiatura di Immunohistochemical di 5-metilcitosina e 5-idrossimetilcitosina nella retina di topo postnatale giorno 0.Immunolabeling della retina C57BL/6J con gli anticorpi a 5mC (rosso) e 5hmC (verde, b). Nella retina P0, 5mC e 5hmC sono presenti nel livello esterno neuroblasto (ONBL) e strato interno neuroblasto (INBL). ) segnale di 5mC è fortemente presente nel cromocentri (freccia) e periferia nucleare dei nuclei delle cellule (punta di freccia). Inoltre si osserva una colorazione debole di 5mC tra i cromocentri dei nuclei delle cellule. b) 5hmC macchiatura è limitata al nucleo della cellula e segnale forte è osservata in INBL (linea tratteggiata nel pannello c). C pannello rappresenta 5mC Unite e 5hmC immagine. I nuclei sono controcolorati con DAPI (blu, c). Inserti rappresentano ingrandimento dell’area contrassegnato da asterisco nelle immagini. Barra della scala: 5 µm. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Nella figura 3. distribuzione 5-metilcitosina e 5-idrossimetilcitosina nella retina di topo postnatale giorno 15.Immunostaining di C57BL/6J retina con anticorpi anti-5mC e 5hmC (a-g, j-y). Nello strato nucleare esterno (ONL) (fotoricettori dell’asta), 5mC segnale (rosso) solitamente coincide con il cromocentri dei nuclei delle cellule (punta di freccia, b) e anche si localizza alla periferia nucleare (freccia, b). Pannello b (rosso) e c (grigio) rappresentano ingrandimento dell’area contrassegnato da asterisco nell’immagine di una. Il segnale di 5hmC (verde, d) è limitato ai nuclei cellulari tutto tranne i cromocentri. Pannello e (verde) e f (grigio) rappresentano ingrandimento dell’area contrassegnato da asterisco nella immagine d. pannello g rappresenta 5mC Unite e 5hmC immagine. I nuclei sono controcolorati con DAPI. Pannello h ed io siamo immagine di microscopio elettronico a trasmissione dei nuclei del fotoricettore a postnatale giorno 15 visualizzando distribuzione dei domini eterocromatici. Punta di freccia nera in pannello h punta a stelo singolo fotorecettore nucleo allargato nei. pannello rosse frecce nel pannello che indico heterochromatic domini all’interno di nucleo del fotoricettore asta mentre le frecce rosse al punto di eterocromatina nella periferia nucleare. In INL (j-q) e nuclei delle cellule GCL (r-y), il segnale di 5mC (rosso) è localizzato il cromocentri presenti nella periferia e colorazione debole viene rilevato anche nel resto dei nuclei delle cellule. Pannello k (rosso) e i (grigio) rappresentano ingrandimento dell’area contrassegnato da asterisco nella figura j. La macchiatura di 5hmC (verde) nei nuclei delle cellule INL e GCL è limitata al nucleo della cellula intera. Nota 5hmC forte colorazione nella periferia nucleare delle cellule GCL. X e pannello p rappresentano 5mC Unite e 5hmC immagine mentre y e pannello q rappresentano ingrandimento dell’area contrassegnato da asterisco nel immagine p e x rispettivamente. I nuclei sono controcolorati con DAPI. Barra della scala: 5 µm. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Nella figura 4. 5-metilcitosina e 5-idrossimetilcitosina distribuzione nei nuclei del fotoricettore asta di retina di topo C57BL/6J al 90 ° giorno postnatale.La macchiatura di 5mC (rosso, un) è fortemente presente in chromocenter dei nuclei delle cellule e anche debolmente presente nella periferia nucleare. Pannello b (rosso) e c (grigio) rappresentano ingrandimento dell’area contrassegnato da asterisco nell’immagine di una. La macchiatura di 5hmC (verde, d) è esclusivamente limitata alla periferia nucleare e pannello (verde) e f (grigio) rappresentano ingrandimento dell’area contrassegnato da asterisco nella immagine d. pannello g rappresenta 5mC Unite e 5hmC immagine mentre h del pannello è di ingrandimento della zona indicata con asterisco nell’immagine che g. Nuclei sono controcolorati con DAPI (blu). Barra della scala: 5 µm. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Discussion

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.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Questo lavoro è stato supportato da un grant SBIR (1R44EY027654-01A1).

Materials

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

References

  1. Merbs, S. L., et al. Cell-specific DNA methylation patterns of retina-specific genes. PLoS One. 7 (3), e32602 (2012).
  2. Nasonkin, I. O., et al. Conditional knockdown of DNA methyltransferase 1 reveals a key role of retinal pigment epithelium integrity in photoreceptor outer segment morphogenesis. Development. 140 (6), 1330-1341 (2013).
  3. Rhee, K. D., Yu, J., Zhao, C. Y., Fan, G., Yang, X. J. Dnmt1-dependent DNA methylation is essential for photoreceptor terminal differentiation and retinal neuron survival. Cell Death & Disease. 3, e427 (2012).
  4. Wahlin, K. J., et al. Epigenetics and cell death: DNA hypermethylation in programmed retinal cell death. PLoS One. 8 (11), e79140 (2013).
  5. Aldiri, I., et al. The Dynamic Epigenetic Landscape of the Retina During Development, Reprogramming, and Tumorigenesis. Neuron. 94 (3), 550-568 (2017).
  6. Eberhart, A., et al. Epigenetics of eu- and heterochromatin in inverted and conventional nuclei from mouse retina. Chromosome Research. 21 (5), 535-554 (2013).
  7. Singh, R. K., et al. Dnmt3a and Dnmt3b cooperate in photoreceptor and outer plexiform layer development in the mammalian retina. Experimental Eye Research. 159, 132-146 (2017).
  8. Farinelli, P., et al. DNA methylation and differential gene regulation in photoreceptor cell death. Cell Death & Disease. 5, e1558 (2014).
  9. Mo, A., et al. Epigenomic landscapes of retinal rods and cones. Elife. 5, e11613 (2016).
  10. Popova, E. Y., Barnstable, C. J., Zhang, S. S. Cell type-specific epigenetic signatures accompany late stages of mouse retina development. Advances in Experimental Medicine and Biology. 801, 3-8 (2014).
  11. Kim, J. W., et al. NRL-Regulated Transcriptome Dynamics of Developing Rod Photoreceptors. Cell Reports. 17 (9), 2460-2473 (2016).
  12. Wang, L., et al. Retinal Cell Type DNA Methylation and Histone Modifications Predict Reprogramming Efficiency and Retinogenesis in 3D Organoid Cultures. Cell Reports. 22 (10), 2601-2614 (2018).
  13. Perera, A., et al. TET3 is recruited by REST for context-specific hydroxymethylation and induction of gene expression. Cell Reports. 11 (2), 283-294 (2015).
  14. Mimura, I., et al. Dynamic change of chromatin conformation in response to hypoxia enhances the expression of GLUT3 (SLC2A3) by cooperative interaction of hypoxia-inducible factor 1 and KDM3A. Molecular and Cellular Biology. 32 (15), 3018-3032 (2012).
  15. Nair, N., Shoaib, M., Sorensen, C. S. Chromatin Dynamics in Genome Stability: Roles in Suppressing Endogenous DNA Damage and Facilitating DNA Repair. Int J Mol Sci. 18 (7), (2017).
  16. Mekhail, K., Moazed, D. The nuclear envelope in genome organization, expression and stability. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 11 (5), 317-328 (2010).
  17. Misteli, T., Soutoglou, E. The emerging role of nuclear architecture in DNA repair and genome maintenance. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 10 (4), 243-254 (2009).
  18. Solovei, I., et al. Nuclear architecture of rod photoreceptor cells adapts to vision in mammalian evolution. Cell. 137 (2), 356-368 (2009).
  19. Solovei, I., et al. LBR and lamin A/C sequentially tether peripheral heterochromatin and inversely regulate differentiation. Cell. 152 (3), 584-598 (2013).
  20. Solovei, I., Thanisch, K., Feodorova, Y. How to rule the nucleus: divide et impera. Current Opinion in Cell Biology. 40, 47-59 (2016).
  21. Jaenisch, R., Bird, A. Epigenetic regulation of gene expression: how the genome integrates intrinsic and environmental signals. Nature Genetics. 33, 245-254 (2003).
  22. Cross, S. H., Charlton, J. A., Nan, X., Bird, A. P. Purification of CpG islands using a methylated DNA binding column. Nature Genetics. 6 (3), 236-244 (1994).
  23. Antequera, F., Bird, A. Number of CpG islands and genes in human and mouse. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 90 (24), 11995-11999 (1993).
  24. Antequera, F., Boyes, J., Bird, A. High levels of de novo methylation and altered chromatin structure at CpG islands in cell lines. Cell. 62 (3), 503-514 (1990).
  25. Fouse, S. D., et al. Promoter CpG methylation contributes to ES cell gene regulation in parallel with. Oct4/Nanog, PcG complex, and histone H3 K4/K27 trimethylation. Cell Stem Cell. 2 (2), 160-169 (2008).
  26. Elango, N., Yi, S. V. DNA methylation and structural and functional bimodality of vertebrate promoters. Molecular Biology and Evolution. 25 (8), 1602-1608 (2008).
  27. Lister, R., et al. Global epigenomic reconfiguration during mammalian brain development. Science. 341 (6146), 1237905 (2013).
  28. Colwell, M., et al. Evolutionary conservation of DNA methylation in CpG sites within ultraconserved noncoding elements. Epigenetics. 13 (1), 49-60 (2018).
  29. Lee, S. M., et al. Intragenic CpG islands play important roles in bivalent chromatin assembly of developmental genes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (10), E1885-E1894 (2017).
  30. Charlet, J., et al. Bivalent Regions of Cytosine Methylation and H3K27 Acetylation Suggest an Active Role for DNA Methylation at Enhancers. Molecular Cell. 62 (3), 422-431 (2016).
  31. Bernhart, S. H., et al. Changes of bivalent chromatin coincide with increased expression of developmental genes in cancer. Scientific Reports. 6, 37393 (2016).
  32. Curry, E., et al. Genes Predisposed to DNA Hypermethylation during Acquired Resistance to Chemotherapy Are Identified in Ovarian Tumors by Bivalent Chromatin Domains at Initial Diagnosis. Cancer Research. 78 (6), 1383-1391 (2018).
  33. Rakyan, V. K., et al. Human aging-associated DNA hypermethylation occurs preferentially at bivalent chromatin domains. Genome Research. 20 (4), 434-439 (2010).
  34. Smith, Z. D., Meissner, A. DNA methylation: roles in mammalian development. Nature Reviews Genetics. 14 (3), 204-220 (2013).
  35. Chen, T., Li, E. Structure and function of eukaryotic DNA methyltransferases. Current Topics in Developmental Biology. 60, 55-89 (2004).
  36. Nasonkin, I. O., et al. Distinct nuclear localization patterns of DNA methyltransferases in developing and mature mammalian retina. The Journal of Comparative Neurology. 519 (10), 1914-1930 (2011).
  37. Scourzic, L., Mouly, E., Bernard, O. A. TET proteins and the control of cytosine demethylation in cancer. Genome Medicine. 7 (1), 9 (2015).
  38. Gong, Z., Zhu, J. K. Active DNA demethylation by oxidation and repair. Cell Research. 21 (12), 1649-1651 (2011).
  39. Ito, S., et al. Tet proteins can convert 5-methylcytosine to 5-formylcytosine and 5-carboxylcytosine. Science. 333 (6047), 1300-1303 (2011).
  40. Pastor, W. A., et al. Genome-wide mapping of 5-hydroxymethylcytosine in embryonic stem cells. Nature. 473 (7347), 394-397 (2011).
  41. Suzuki, M. M., Bird, A. DNA methylation landscapes: provocative insights from epigenomics. Nature Reviews Genetics. 9 (6), 465-476 (2008).
  42. Kurdyukov, S., Bullock, M. DNA Methylation Analysis: Choosing the Right Method. Biology (Basel). 5 (1), (2016).
  43. Lisanti, S., et al. Comparison of methods for quantification of global DNA methylation in human cells and tissues). PLoS One. 8 (11), e79044 (2013).
  44. Armstrong, K. M., et al. Global DNA methylation measurement by HPLC using low amounts of DNA. Biotechnology Journal. 6 (1), 113-117 (2011).
  45. consortium, B. Quantitative comparison of DNA methylation assays for biomarker development and clinical applications. Nature Biotechnology. 34 (7), 726-737 (2016).
  46. Bock, C., et al. Quantitative comparison of genome-wide DNA methylation mapping technologies. Nature Biotechnology. 28 (10), 1106-1114 (2010).
  47. Song, C. X., He, C. The hunt for 5-hydroxymethylcytosine: the sixth base. Epigenomics. 3 (5), 521-523 (2011).
  48. Abakir, A., Wheldon, L., Johnson, A. D., Laurent, P., Ruzov, A. Detection of Modified Forms of Cytosine Using Sensitive Immunohistochemistry. Journal of Visualized Experiments. (114), (2016).
  49. Santos, F., Dean, W. Using immunofluorescence to observe methylation changes in mammalian preimplantation embryos. Methods in Molecular Biology. 325, 129-137 (2006).
  50. Watson, J. D., Crick, F. H. The structure of DNA. Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology. 18, 123-131 (1953).
  51. Swaroop, A., Kim, D., Forrest, D. Transcriptional regulation of photoreceptor development and homeostasis in the mammalian retina. Nature Reviews Neuroscience. 11 (8), 563-576 (2010).
  52. Kizilyaprak, C., Spehner, D., Devys, D., Schultz, P. In vivo chromatin organization of mouse rod photoreceptors correlates with histone modifications. PLoS One. 5 (6), e11039 (2010).
  53. Singh, R. K., Kolandaivelu, S., Ramamurthy, V. Early alteration of retinal neurons in Aipl1-/- animals. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 55 (5), 3081-3092 (2014).
  54. Eberhart, A., Kimura, H., Leonhardt, H., Joffe, B., Solovei, I. Reliable detection of epigenetic histone marks and nuclear proteins in tissue cryosections. Chromosome Research. 20 (7), 849-858 (2012).

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Singh, R. K., Diaz, P. E., Binette, F., Nasonkin, I. O. Immunohistochemical Detection of 5-Methylcytosine and 5-Hydroxymethylcytosine in Developing and Postmitotic Mouse Retina. J. Vis. Exp. (138), e58274, doi:10.3791/58274 (2018).

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