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Aquí, presentamos un protocolo simple y rápido para la detección de la interacción de proteínas en sitios de daño en el ADN.
La respuesta al daño del ADN es una salvaguarda de la información genética que protege a las células de perpetuar el ADN dañado. La caracterización de las proteínas que cooperan en este proceso permite la identificación de dianas alternativas para la intervención terapéutica en varias enfermedades, como el cáncer, las enfermedades relacionadas con el envejecimiento y la inflamación crónica. El ensayo de ligando de proximidad (PLA) surgió como una herramienta para estimar la interacción entre proteínas, así como la proximidad espacial entre orgánulos o estructuras celulares, y permite el análisis de localización temporal y colocalización en condiciones de estrés, por ejemplo. El método es sencillo porque es similar a la inmunofluorescencia convencional y permite la tinción de un orgánulo, una estructura celular o un marcador específico como mitocondrias, retículo endoplásmico, cuerpos PML o marcador de doble cadena de ADN, yH2AX simultáneamente. La fosforilación de la S139 en la variante de la histona 2A, H2AX, entonces conocida como yH2AX, se utiliza ampliamente como un marcador muy sensible y específico de las roturas de doble cadena del ADN. Cada foco de tinción de yH2AX corresponde a una rotura en el ADN que se produce unos minutos después del daño. El análisis de cambios en los focos de yH2AX es el ensayo más común para estudiar si la proteína de interés está implicada en la respuesta al daño del ADN (DDR). Ya sea que se espere un papel directo en el sitio de daño del ADN, se utiliza la microscopía de fluorescencia para verificar la colocalización de la proteína de interés con los focos yH2AX. Sin embargo, a excepción de los nuevos métodos de fluorescencia de superresolución, para concluir, la interacción local con los sitios de daño en el ADN puede ser un poco subjetiva. Aquí, mostramos un ensayo para evaluar la localización de proteínas en la vía DDR utilizando yH2AX como marcador del sitio de daño. Este ensayo se puede utilizar para caracterizar la localización temporal bajo diferentes agresiones que causan daño en el ADN.
El daño en el ADN celular ocurre diariamente debido a las reacciones químicas espontáneas y también se incrementa por factores exógenos como agentes genotóxicos (radiación y químicos como el etopósido) y estrés oxidativo 1,2,3. Las células cuentan con una compleja maquinaria que corrige una miríada de diferentes tipos de daño en el ADN, desde la eliminación de bases hasta la torsión o interrupción replicativa de la horquilla y la lesión más deletérea: la rotura de doble cadena de ADN 4,5.
Ya se han caracterizado varias proteínas que participan en la DDR, y excelentes revisiones exploran las vías de unión final no homóloga (NHEJ) y recombinación homóloga (HR), las principales vías implicadas en la reparación de roturas de doble cadena (DSB) 5,6. La fosforilación de la variante de la histona H2A, H2AX, en la serina 139 (a partir de entonces denominada y-H2AX) se ha utilizado durante muchos años como un marcador sensible y fiable de la rotura de la doble cadena. La fosforilación de H2AX se observa en los primeros minutos después del daño y puede persistir durante horas7.
La ventaja de utilizar la detección por inmunofluorescencia de focos de γ-H2AX es la caracterización de la distribución temporal y espacial de los focos, así como su co-tinción con otras proteínas. Además, la inmunofluorescencia no requiere lisis, lo que preserva la información del contexto celular y la hace más informativa. Además, como γ-H2AX se forma de novo, no está presente en abundancia en ausencia de daño en el ADN, lo que lo convierte en un marcador específico7.
El H2AX es fosforilado principalmente por la proteína quinasa ataxia-telangiectasia mutada (ATM) y la proteína quinasa dependiente del ADN (DNA-PK), los sensores de los DSB. Ku70/80 (XRCC6 X-ray repair cross-complimenting 6/ XRCC5 X-ray repair cross-supplementing 5) y la subunidad catalítica ADN-proteína quinasa (DNA-PKcs) son responsables de la identificación de DSB y la protección de los extremos del ADN, mientras que Artemis lleva a cabo el procesamiento final para facilitar la ligadura por el complejo XRCC4-Ligase IV. La fosforilación de H2AX en los sitios que flanquean a los DSB actúa como una señal para el reclutamiento de varias proteínas de reparación y señala la detención, muerte o supervivencia del ciclo celular8.
El análisis de cambios en los focos y-H2AX es el ensayo más común para estudiar si la proteína de interés está implicada en la respuesta al daño del ADN. Ya sea que se espere un papel directo en el sitio de daño del ADN, se utiliza la microscopía de fluorescencia para verificar la colocalización de la proteína de interés con los focos y-H2AX. Sin embargo, a excepción de los nuevos métodos de fluorescencia de superresolución, concluir la interacción local con los sitios de daño en el ADN puede ser complicado. Además, la detección de inmunofluorescencia generalmente depende de muchas moléculas de proteínas en el sitio de daño del ADN, lo que dificulta la identificación de proteínas escasas9.
Aquí, mostramos un ensayo para evaluar la localización de proteínas involucradas en la vía DDR utilizando y-H2AX como marcador del sitio de daño. Este ensayo se puede utilizar para caracterizar la localización temporal bajo diferentes agresiones que causan daño en el ADN.
El Ensayo de Ligando de Proximidad (PLA) surgió como una herramienta para estimar la interacción entre proteínas, así como la proximidad espacial entre orgánulos o estructuras celulares10,11 y permite el análisis de localización temporal y colocalización en condiciones de estrés, por ejemplo. El método es sencillo porque es similar a la inmunofluorescencia convencional y permite la tinción simultánea de marcadores específicos de orgánulos o estructuras celulares, como mitocondrias, retículo endoplásmico, cuerpos PML o marcador de doble cadena de ADN, yH2AX. El uso de PLA permite identificar la interacción de proteínas durante el daño en el ADN de una manera sensible, específica y confiable que se puede utilizar para monitorear la interacción durante el ciclo celular, en respuesta a diferentes estímulos y en diferentes momentos después del estrés genotóxico.
Aquí mostramos el uso de PLA concomitantemente con la inmunofluorescencia convencional γ-H2AX para localizar la interacción Nek4-Ku70 después del daño en el ADN inducido por etopósido. Nek4, un miembro de la familia Nek (quinasas relacionadas con NIMA), no tiene un papel claro en la respuesta al daño del ADN. En 2012, Nguyen y sus colegas demostraron que Nek4 interactúa con las proteínas Ku70/Ku80, y en ausencia de Nek4, estas proteínas no se reclutan en el sitio de daño del ADN, y la fosforilación de H2AXse ve afectada. La localización celular de esta interacción es desconocida hasta el momento. Hemos observado una reducción en la fosforilación de Ku70 en células que expresan el mutante13muerto de la quinasa Nek4, pero aún no se ha dilucidado si Nek4 fosforila directamente Ku70. Teniendo en cuenta que la interacción de Nek4 con Ku70 se incrementa tras el tratamiento con etopósido según los estudios de inmunoprecipitación12, intentamos localizar esta interacción utilizando PLA y el marcador γ-H2AX.
Por lo general, los estudios de interacción se basan en ensayos de inmunoprecipitación, pero estos son in vitro y no proporcionan información sobre la ubicación de la interacción. Cuando sea posible, se puede realizar una inmunoprecipitación de células fraccionadas (núcleo, mitocondrial, membrana celular o citosol), pero realizar un curso temporal de la interacción es costoso y laborioso. La inmunofluorescencia puede dar información sobre la localización celular de las proteínas, pero probar la interacción puede ser difícil y depende de la resolución de los microscopios. Aquí, mostramos la ventaja de usar el ensayo de ligando de proximidad para monitorear la interacción de dos proteínas en un contexto de daño en el ADN.
1. Recubrimiento de celdas
NOTA: Las células se pueden sembrar en portaobjetos, cámaras o placas de fluorescencia microscópica. Se recomienda el uso de cubreobjetos pequeños o placas de pocillos de 96/384 para probar múltiples condiciones y reactivos de repuesto. El uso de cubreobjetos es aconsejable para líneas celulares que se desprenden fácilmente, como las células HEK293. Los cubreobjetos se pueden recubrir previamente con una solución de poli-L-lisina para mejorar la fijación.
2. Preparación de soluciones
NOTA: La concentración y los tiempos del tratamiento fueron elegidos con base en los resultados de la literatura, que señalan la activación de las vías de reparación del daño en el ADN15,16.
3. Tratamiento y fijación celular
NOTA: No permita que las células se sequen en ningún momento; Trate de aprovechar las soluciones anteriores tanto como sea posible. Previamente se debe determinar el método adecuado para la fijación celular (metanol helado o paraformaldehído (PFA) al 4%, así como la dilución de anticuerpos, mediante un experimento de inmunofluorescencia convencional.
PRECAUCIÓN: El metanol debe desecharse correctamente.
4. Permeabilización y bloqueo
NOTA: Si se utiliza el método de fijación de PFA, se debe realizar un paso de bloqueo con glicina antes de la permeabilización. La cámara de humedad se puede preparar colocando una bandeja de agua dentro de la incubadora, lo que da como resultado una humedad de alrededor del 95%. La placa o portaobjetos 384 se puede incubar en un recipiente de plástico cerrado sobre papel de filtro o esponja humedecida y película transparente.
5. Incubación primaria de anticuerpos (PLA)
NOTA: Si usa cubreobjetos, es importante asegurarse de que la solución de anticuerpos cubra todas las superficies de cubreobjetos. Se debe prestar especial atención a la selección de anticuerpos. Los anticuerpos deben ser de diferentes especies animales, y el anticuerpo secundario utilizado para el γ-H2AX no debe ser contra la especie huésped de la producción de las sondas de PLA. Por ejemplo, los anticuerpos primarios utilizados para el PLA se criaron en ratones y animales caprinos. Las sondas PLA, anti-ratón, y anti-cabra se fabricaron en el burro. El anticuerpo contra el γ-H2AX se produjo en conejos, y el secundario utilizado es el anti-conejo producido en burros. De esta manera, el secundario no reconocerá las sondas PLA.
6. Incubación de sondas de PLA
NOTA: Elija las sondas, teniendo en cuenta no solo los anticuerpos primarios, sino también los destinados a su uso en las etapas de inmunofluorescencia. Cuando se utilizan placas de 384 pocillos para una incubación prolongada de 37 °C, se puede utilizar una rotación lenta para mejorar la distribución de la solución de anticuerpos.
7. Ligadura
NOTA: Espere para agregar Ligase hasta inmediatamente antes de agregarlo a las muestras. La ligasa debe conservarse en un bloque de congelación (-20 °C). Retire completamente toda la solución de lavado antes de agregar la solución de ligasa. Evite dejar las células sin solución durante largos períodos de tiempo. Cuando se utilizan placas de 384 pocillos para la incubación a 37 °C, se puede utilizar una rotación lenta para mejorar la distribución de la solución de anticuerpos.
8. Amplificación y lavado
NOTA: Espere para agregar la polimerasa hasta inmediatamente antes de la adición a la muestra. El tampón de amplificación es sensible a la luz; Proteja de la luz todas las soluciones que contengan el tampón. La polimerasa debe conservarse en un bloque de congelación (-20 °C). Evite dejar las células sin solución durante un largo período de tiempo. Cuando se utilizan placas de 384 pocillos para una incubación a 37 °C, la rotación lenta puede mejorar la distribución de la solución de anticuerpos.
9. Tinción de γ-H2AX (inmunofluorescencia - IF)
NOTA: El etiquetado de γ-H2AX se realiza una vez finalizado el PLA.
10. Adquisición de imágenes
11. Análisis de imágenes
NOTA: Se creó una macro para el análisis de puntos por núcleo en la Imagen J/FIJI17 y para ser utilizada con microscopios donde la información de la escala debe agregarse manualmente. Se debe conocer el tamaño de píxel de la lente del objetivo utilizado. Coloque las imágenes de cada canal en diferentes carpetas (Archivo de codificación suplementario 1, Figura suplementaria 1).
NOTA: La macro considera los canales de fluorescencia obtenidos por separado. En este caso, es importante guardar todas las imágenes con el mismo nombre.
12. Visualización de las imágenes combinadas
Hemos observado la interacción Nek4-Ku70 en ausencia de tratamiento con etopósido. Sin embargo, esta interacción puede ocurrir fuera del núcleo (Figura 1A). La interacción Nek4-Ku70 aumenta después del daño en el ADN y se concentra en el núcleo (Figura 1A). En el caso de la interacción Nek5-Topoisomerasa II β (TOPIIβ), utilizada en este ensayo como control positivo con base en los resultados de la literatura
Los datos muestran que el uso de PLA concomitantemente a un marcador dañado por el ADN puede proporcionar la mayor cantidad de información en un perfil de respuesta al daño del ADN, mostrando el comportamiento espacial y temporal de la interacción después del insulto. El PLA es un método versátil que se ha utilizado para la identificación de la dimerización, la determinación del contacto de orgánulos, la interacción proteína-ácido nucleico y, princip...
Los autores declaran que no tienen intereses financieros contrapuestos.
Agradecemos a la Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP, a través de la Beca Temático 2022/15126-9 a JK y la beca 21/09439-1 a LARM) y al Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnológico (CNPq) por financiar esta investigación.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Black 384-well plates | Perkin Elmer Cell carrier plates | ||
Donkey anti- Rabbit Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A21206 | 1:300 |
Duo link Donkey anti Mouse Minus | Sigma | DUO92004 | |
Duolink antibody diluent | Sigma | DUO82008 | |
Duolink blocking solution 1X | Sigma | DUO82007 | |
Duolink Detection reagent Far red | Sigma | DUO92013 | |
Duolink Donkey anti goat plus | Sigma | DUO92003 | |
Duolink Donkey anti rabbit plus | Sigma | DUO92002 | |
Etoposide | Sigma | E1383 | |
Goat anti Nek4 | Santa Cruz Biotechnology | SC-5517 | goat anti Nek4 was used at 1:50 dilution |
Hoechst 33342 | Thermo | H1399 | 0.6 µg/mL |
Leica DMI microscope | Leica | ||
Mouse anti Ku70 | Thermo | MA5-13110 | mouse anti Ku70 was used at 1:100 dilution |
Mouse anti TOPIIβ | Santa Cruz Biotechnology | SC-365071 | 1:25 |
Rabbit anti Nek5 | Santa Cruz Biotechnology | SC-84527 | 1:25 |
Rabbit anti Y H2AX | Cell Signalling | 9718S | 1:100 dilution |
U2OS cell line | ATCC | HTB-96 |
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