Method Article
Ein Fluoreszenz- In-situ- Hybridisierung (FISH)-Methode wurde entwickelt, um visuell Nachweis der viralen genomischen RNA mittels Fluoreszenzmikroskopie. Eine Sonde mit Spezifität zu der viralen RNA, die dann identifiziert unter Verwendung einer Kombination der Hybridisierung und Immunfluoreszenz-Techniken gemacht werden können. Diese Technik bietet den Vorteil der Identifizierung der Lokalisation der viralen RNA oder DNA im Steady-State, Bereitstellung von Informationen über die Kontrolle der intrazellulären Virus Menschenhandel Veranstaltungen.
Viren infizieren die Zellen auszulösen spezifische Änderungen an normalen Zellfunktionen, die Energie und Ressourcen für die virale Replikation ablenken zu dienen. Viele Aspekte der Wirtszelle Funktion von Viren requiriert, üblicherweise durch die Expression von viralen Genprodukten, rekrutieren Wirtszellproteinen und Maschinen. Darüber hinaus, Viren Ingenieur-spezifischen Membran-Organellen oder Schild auf die mobile Vesikel und Motorproteine Regionen der Zelle (während der de novo-Infektion, Viren kooptieren molekularen Motor Proteine in den Kern Ziel gewirkt, später während der Virus Anordnung, werden sie kapern zellulären Maschinen, die in der Montage von Viren helfen wird). Weniger ist, wie Viren, insbesondere solche mit RNA-Genome, koordinieren den intrazellulären Transport von sowohl Protein und RNA-Komponenten und deren Anordnung zu erreichen infektiöser Partikel an bestimmten Orten in der Zelle zu verstehen. Die Untersuchung der RNA Lokalisation begann in früheren Arbeiten. Entwicklung von niederen eukaryotischen emEmbryonen und neuronale Zellen lieferten wichtige biologische Informationen, und auch die Bedeutung von RNA-Lokalisation in der Programmierung der Genexpression Kaskaden. Die Studie in anderen Organismen und Zellsysteme hat ähnlich wichtige Informationen lieferte. Viren sind obligate Parasiten und müssen ihre Wirtszellen zu nutzen, um zu replizieren. Somit ist es wichtig zu verstehen, wie RNA-Viren die RNA-Genome aus dem Kern zu leiten, durch die nukleäre Pore, durch das Cytoplasma und einem seiner endgültigen Bestimmungsort in reifen Viruspartikel 1.
FISH dient als nützliches Instrument, um Veränderungen in der Steady-State-Lokalisierung von viraler RNA zu identifizieren. Wenn sie mit Immunfluoreszenz (IF) Analyse 22, FISH / IF Co-Analysen werden Informationen über die Co-Lokalisation von Proteinen liefern mit der viralen RNA-3 kombiniert. Diese Analyse ist somit ein guter Ausgangspunkt, um für die RNA-Protein-Wechselwirkungen mit anderen biochemischen oder biophysikalischen testenTests 4,5, da die Co-Lokalisierung allein ist nicht genug Beweise sicher zu sein, von einer Wechselwirkung. Bei der Untersuchung viraler RNA-Lokalisierung mit einem Verfahren wie diesem, hat eine Fülle von Informationen auf beiden viralen und zellulären RNA Menschenhandel Veranstaltungen 6 gewonnen. Zum Beispiel produziert HIV-1 RNA in den Zellkern der infizierten Zellen, aber die RNA nur in dem Cytoplasma übersetzt. Wenn eine Taste virales Protein fehlt (Rev) 7 hat FISH der viralen RNA zeigte, dass der Block die virale Replikation durch die Beibehaltung der genomischen HIV-1 RNA im Kern 8 ist.
Hier stellen wir die Methode für die visuelle Analyse der viralen genomischen RNA in situ. Das Verfahren ermöglicht die Verwendung eines markierten RNA-Sonde. Diese Sonde ist so konzipiert, dass komplementär zu den viralen genomischen RNA. Während der in vitro-Synthese von Antisense-RNA-Sonde, die das Ribonukleotid mit Digoxigenin (DIG) modifiziert wird in einem in vitro transcr enthalteniption Reaktion. Sobald die Sonde an die Ziel-mRNA in Zellen hybridisiert hat, werden nachfolgende Schritte Antikörpermarkierung (1) zeigen die Lokalisation der mRNA als auch Proteine von Interesse bei der Durchführung FISH / IF.
1. Sondenvorbereitung
In-vitro-Transkriptions-Reaktion:
Linearisierte DNA | 23 ul |
1X DIG RNA Labeling Mix (Roche) | 4 ul |
1X Transcription Puffer | 8 ul |
20U RNase OUT | 1 ul |
80U T7-RNA-Polymerase | 4 ul |
Gesamt | 40 ul |
2. Zellfixierung
3. Fluoreszenz in situ Hybridisierung (FISH)
Hybridisierung Mix (für ein Deckglas, 50 ul):
Anzahl der Aktien | Material (bei Endkonzentration) |
25 ul | Formamid, 50% (entionisiertem, jede Quelle) |
5 ul (von 10 mg / ml) | tRNA, 1 mg / ml (Sigma-Aldrich, Inc.) |
5 ul (der 20X) | SSPE, 2X |
5 ul (50 ×) | Denharts, 5X |
0,125 ul (von 5 Einheiten) | RNase OUT |
5 ul (25 ng von 5 ng / ul) | Sonde |
5 ul | H 2 O DEPC, um die endgültige machenVolumen 50 pl |
4. Immunfluoreszenzfärbung
5. Repräsentative Ergebnisse
Ein Beispiel der Virus-RNA-Färbung kann in 2 gesehen werden. Die virale RNA von HIV-1 wird im Cytoplasma diffus zum größten Teil angezeigt gesehen, obwohl kleines Cytoplasma Tränenpünktchen nicht ungewöhnlich sind. Die Spezifität kann durch den Vergleich positiver Zellen in die umliegenden Zellen, die keine Fluoreszenz Display abgelesen werden. Wie in der Einleitung erwähnt, erzeugt HIV-1, die die regulatorischen Rev-Protein fehlt RNA, die im Kern gehalten wird: das man sich als helles Signal im Kern kann, und einen Mangel an RNA Fluoreszenzsignal im Zytoplasma. Die Überexpression von zellulären Proteinen ist auch, das fähig ist die Verteilung der HIV-1 Virus-RNA. In Abbildung 2 , die Überexpression von Proteinen in endosomalen Vesikel Menschenhandel verwickelt sind (z. B. Rab7-Interaktion lysosomalen Proteins (RILP) 11 oder N-terminal deletierten RILP (RILPN) 11, und Proteine, die mit Dynein motorischen Funktion beeinträchtigen [zB p50/dynamitin 1, 12], mit dem normalen steady-state Lokalisation der viralen genomischen RNA, wie durch FISH-Analysen bestimmt stören RILP Ausdruck führt wieder Lokalisation der viralen genomischen RNA an die Mikrotubuli-Organisation Zentrum (MTOC) 13;. RILPN verteilt späten Endosomen innerhalb der Zytoplasma aufgrund der Unfähigkeit, sich an p150 der Dynein motorischer Komplex p50/dynamitin Blöcken 14 und die große Untereinheit der Dynein Motor und Meldungen geklebtem binden späten Endosomen, sondern auch die virale genomische RNA und HIV-1 Proteinen zu der Zellperipherie 1 (Abbildung 2). Die Manipulation der Steady-State-Lokalisation der viralen genomischen RNA, einen wichtigen Beitrag zu der InfektiositätViruspartikel, wäre der Schlüssel zur späteren Entwicklung von Therapeutika. In unseren Händen, erscheint viraler RNA in der Zelle schon nach 3 Stunden nach der Transfektion und Infektion 10 und wird leicht beobachtbaren dieses FISH-Technik von 12 Stunden.
Abbildung 1. Ablaufplan des Protokolls über Fisch / IF Co-Analysen. Die Zellen werden auf Deckgläsern gezüchtet und dann mit Paraformaldehyd fixiert. Behandlungen von Glycin und Triton-X durchgeführt werden, bevor die Zellen entweder für FISH / IF verwendet oder gelagert in 70% Ethanol für die Lagerung. Die Zellen dehydriert für die Lagerung sind in 1X DPBS (DEPC-behandeltem PBS) bevor es weiter nach FISH / IF rehydriert. Die Zellen werden mit DNase I behandelt und über Nacht stehen gelassen, um mit der Sonde hybridisieren. Sobald Hybridisierung abgeschlossen ist, werden die Zellen gewaschen, mit Formamid, sowie mit SSPE, und eine letzte 1X DPBS spülen. Blockierungslösung wird auf die Zellen aufgebracht, gefolgt von Inkubation mitdie primären Antikörper. Nach dem Waschen werden Sekundärantikörper aufgetragen. Zwei abschließende Waschungen in 1X DPBS runden das Färbeverfahren, wo auf die Deckgläser getrocknet und auf Objektträger für die Bildgebung.
Abbildung 2. Repräsentative Ergebnisse unter Verwendung von FISH / IF Co-Analysen. A) HIV-1 wird in HeLa-Zellen und in einigen Fällen mit Konstrukten, die die Überexpression von zellulären Proteinen (RILP, p50/Dynamitin und RILPΔN (eine Amino-Deletionsmutante) zu transfiziert) . FISCH / IF Co-Analysen durchgeführt: RNA ist in grün entweder mit oder G3BP LAMP1 (rot) identifiziert zu unterscheiden. B) HIV-1 wird in HeLa exprimiert und gesammelt zu verschiedenen Zeitpunkten. Viral RNA-Expression wird in grün verfolgt, während die zellulären Proteins, hnRNP A1, in rot gefärbt wird. Größe Bars sind 10 um. Bilder von Referenzen 1 (select Zahlen aus Feld A; RILP, p50/Dynamitin und RILP DeltaN) geändertund 17 (Feld B).
FISCH / IF Co-Analysen ist eine zuverlässige Methode zur Erkennung viraler RNA in Zellen, die inzwischen verfeinert 9,15,16 visualisieren. Im Laufe von mehreren Jahren haben wir eine raffinierte Methode der Färbung für RNA entwickelt. Diese Technik kann auf einer Vielzahl von Zelltypen sofern die Sonde spezifisch an die Ziel-RNA 17 verwendet werden. Durch die Markierung der Sonde mit DIG, sind wir imstande, die Visualisierung der RNA durch eine einfache Färbung. Wenn für die RNA-Färbung und anderen Proteinen kombiniert werden, FISH / IF Co-Analysen zu einem mächtigen Werkzeug, um zelluläre Strukturen und Protein / RNA-Lokalisierung zu beobachten.
Die Spezifität der RNA-Detektion ist ziemlich hoch. Dies ist in 2 dargestellt. In einigen der ursprünglichen Arbeiten, die auf viralen genomischen RNA-Lokalisierung, FISH festgestellt, dass ein Mangel an Rev virale RNA im Zellkern 18 gefangen konzentriert. Da dies hat reichlich neue Informationen über die viralen genomischen RNA Lokalisation wurde unter Verwendung des technique hier skizzierte. Durch Überexpression von zellulären Proteinen, können bestimmte Populationen und nicht alle-der viralen RNA gezwungen, zu den verschiedenen Regionen der Zelle lokalisiert werden. RILP Überexpression, welche den Phänotyp erinnert erhalten wird, wenn hnRNP A2 wird durch siRNA in erschöpften HIV-1-exprimierenden Zellen 13, bewirkt, dass die RNA sichtbar zu der MTOC ansammeln. P50/Dynamitin Überexpression oder Knockdown der Dynein schwere Kette 1 führt zur Freisetzung von viralen genomischen RNA aus intrazellulären Domänen der zellulären Peripherie (: Die viralen genomischen RNA kann an der Zellperipherie, indem Sie die Minus-Ende Motorprotein, Dynein geschoben werden Abbildung 2). Eine Mutante von RILP, RILPΔN, die nicht mehr bindet das Dynein-Motor, zerstreut Endosomen (markiert durch LAMP1) in das Zytoplasma, weil sie nicht mehr aktiv an juxtanuclear Domänen lokalisiert sind. Diese Ergebnisse weisen auf die Vorstellung von einem Kunststoff-Population von HIV-1-Genom-RNA und insbesondere, dass verschiedene Pools von HIV-1-Genom-RNA mit teilweise identifizierbaren Rollen in der viralen Replikationszyklus abgegeben. Diese dieselben Begriffe bereits für das Protein von dieser mRNA kodiert Gag 19 identifiziert.
Es gibt Einschränkungen für die Verwendungen der FISH / IF Co-Analysen, die auf Antikörper nach Wahl und Verfügbarkeit verbunden sind. Die Optimierung der besten Kombination aus primären und sekundären Antikörper und deren Konzentrationen, wird einige Zeit dauern, um zu optimieren (siehe Tabelle 1 und 2). Antikörper aus Hybridomen gemacht oder von großen Unternehmen hergestellt werden müssen, die überall Konzentrationen variieren von 1:2 bis 1:2000, aber sicher sein, um die Leitlinien der vom Hersteller für beste Ergebnisse befolgen. Die Wirt, in dem der Antikörper produziert muss auch unter Betracht gezogen werden. Mixing Schafe mit Ziegen-Antikörper sollte auch im primären und sekundären Antikörpern, da diese Kombination führt zu hohen Hintergrund durch cross-species Anerkennung (Daten nicht gezeigt) vermieden werden. Für Alexa-Fluor secondary Antikörper, kann die Konzentration an 1:500 für fast jede Antikörper in der Menge verwendet werden. Der andere Nachteil bei FISH / IF Co-Analysen in diesem Bericht beschrieben wird, ist es erfasst die RNA an seinem Standort im Steady-State, nachdem Zellen behoben wurden und permeabilisierten mit Paraformaldehyd und Reinigungsmittel (Abbildung 1).
Jedoch hat sich die RNA Bildgebung in lebenden Zellen durch eine Vielzahl von Mitteln erreicht 20-22, meist unter Verwendung von Variationen der viralen RNA-Genome, die durch fluoreszierende Proteine, wie zB GFP versehen sind. Jedoch weiterhin zusätzliche Mittel an die RNA-Lokalisierung in lebenden Zellen zu identifizieren an die Oberfläche. Diese neuen Verfahren beinhalten die Tagging-RNA mittels Spinat 23, SNAP 24 oder MTrip 2. Diese Techniken leiden unter einigen Nachteilen einschließlich der Anforderung, Zellen vor Zugabe von Substraten oder dass eine Einheit konstruiert ist, um die mRNA zu markieren, zu detektieren die mRNA durch Mikroskopie bestimmt werden permeabilisieren. Tatsächlich ist die große ADVAntage von FISH-Analysen in diesem Bericht beschriebenen liegt in der Tatsache, dass die native RNA unverändert ist, die zu den meisten physiologisch relevante Ergebnisse.
Keine Interessenskonflikte erklärt.
Die Autoren danken der ehemaligen und derzeitigen Mitarbeitern des Labors für Beiträge zur Entwicklung der Methodik hier skizzierten und Alan Cochrane um Rat fragen. LA ist ein Empfänger einer kanadischen Institutes of Health Research (CIHR) Doctoral Fellowship und AJM wird von einem Fraser, Monat und MacPherson Career Award unterstützt. Diese Arbeit wird durch einen Zuschuss aus dem CIHR (Grant # MOP-56974) unterstützt.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Name des Reagenzes | Firma | Katalog-Nummer | Kommentare |
18mm Deckgläsern | VWR | 48380 046 | |
16% Paraformaldehyd | JT Baker | S898-07 | Bis 4% machen: Lösen Sie 20 g in 500 mL 1XDPBS bei 60 ° C mit 5 Tropfen Natronlauge. pH-Wert auf 7,2 vor der Hitze und Lagerung bei -20 ° C. Nicht mehr als 70 ° C! |
Triton-X | OmniPur | 9400 | |
Micro Elute Gel Extraction Kit | Roche | D6294-02 | |
DIG RNA Labelling Mix | Roche | 11277073910 | |
Transkription T7-RNA-Polymerase | Invitrogen | 18033-019 | |
Quick Spin Columns | Roche | 11814427001 | |
DNase I | Invitrogen | 18047-019 | |
1X DPBS | Gibco | 14190-250 | |
Formamid | EMD | FX0420-8 | |
tRNA | Invitrogen | 15401-021 | |
RNase OUT | Invitrogen | 10777-019 | |
Fluorescent Antibody Enhancer Set für DIG-Erkennung # 4 (Blockierungslösung) | Roche | 1768506 | |
Alexa Fluor Sekundärantikörper | Invitrogen | Siehe Tabelle 2 | |
Hybridisierungsofen | Sci Boekelschaftliche | Modell 24100 | |
Mikroobjekttragerglaschen | VWR | 48300-047 | |
Immunomount | Thermoscientific | 9990402 |
Tabelle 1. Identifizierung von spezifischen Reagenzien und Ausrüstung
Arten von Anti-DIG-Antikörper (Verdünnung; Unternehmen, Katalog-Nummer) | Farben | Alexa Fluor gebrauchten (1:500) |
Maus (1:500; Sigma, B7405) | grün | Alexa Fluor 488 Esel-anti-Maus (Invitrogen, A21202) |
rot | Alexa Fluor 594 Esel-anti-Maus (Invitrogen, A21203) | |
blau | Alexa Fluor 647 Esel-anti-Maus (Invitrogen, A31571) | |
Sheep (1:200; Roche, 11376623) | grün | Alexa Fluor 488 Esel-anti-Schaf (Invitrogen, A11015) |
rot | Alexa Fluor 594 Esel-anti-Schaf (Invitrogen, A11016) | |
blau | Alexa Fluor 647 Esel-anti-Schaf (Invitrogen, A21448) |
Tabelle 2. Kombinationen von sekundären Antikörpern und Anti-DIG mit Katalognummern und aufgeführten Konzentrationen.
Genehmigung beantragen, um den Text oder die Abbildungen dieses JoVE-Artikels zu verwenden
Genehmigung beantragenThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Alle Rechte vorbehalten