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Ici, nous présentons un protocole simple et rapide pour la détection de l’interaction protéique aux sites de dommages à l’ADN.
La réponse aux dommages à l’ADN est une sauvegarde de l’information génétique qui protège les cellules contre la perpétuation de l’ADN endommagé. La caractérisation des protéines qui coopèrent dans ce processus permet d’identifier des cibles alternatives pour une intervention thérapeutique dans plusieurs maladies, telles que le cancer, les maladies liées au vieillissement et l’inflammation chronique. Le Proximity Ligand Assay (PLA) est apparu comme un outil pour estimer l’interaction entre les protéines ainsi que la proximité spatiale entre les organites ou les structures cellulaires et permet l’analyse de la localisation temporelle et de la co-localisation dans des conditions de stress, par exemple. La méthode est simple car elle est similaire à l’immunofluorescence conventionnelle et permet la coloration simultanée d’un organite, d’une structure cellulaire ou d’un marqueur spécifique tel que les mitochondries, le réticulum endoplasmique, les corps PML ou le marqueur double brin de l’ADN, yH2AX. La phosphorylation de la S139 au variant de l’histone 2A, H2AX, alors appelée yH2AX, est largement utilisée comme marqueur très sensible et spécifique des cassures double brin de l’ADN. Chaque foyer de coloration yH2AX correspond à une cassure de l’ADN qui se produit quelques minutes après les dommages. L’analyse des changements dans les foyers yH2AX est le test le plus courant pour étudier si la protéine d’intérêt est impliquée dans la réponse aux dommages de l’ADN (DDR). Qu’un rôle direct dans le site de lésion de l’ADN soit attendu, la microscopie à fluorescence est utilisée pour vérifier la colocalisation de la protéine d’intérêt avec les foyers yH2AX. Cependant, à l’exception des nouvelles méthodes de fluorescence à super-résolution, pour conclure, l’interaction locale avec les sites de dommages à l’ADN peut être un peu subjective. Ici, nous montrons un test pour évaluer la localisation des protéines dans la voie DDR en utilisant yH2AX comme marqueur du site de dommage. Ce test peut être utilisé pour caractériser la localisation temporelle sous différentes agressions qui causent des dommages à l’ADN.
Les dommages à l’ADN cellulaire se produisent quotidiennement en raison des réactions chimiques spontanées et sont également augmentés par des facteurs exogènes tels que les agents génotoxiques (radiations et produits chimiques tels que l’étoposide) et le stress oxydatif 1,2,3. Les cellules ont une machinerie complexe qui corrige une myriade de types différents de dommages à l’ADN, de l’ablation des bases à la torsion de la fourche réplicative ou à l’interruption de la lésion la plus délétère : la cassure double brin de l’ADN 4,5.
Plusieurs protéines qui participent à la DDR ont déjà été caractérisées, et d’excellentes révisions explorent les voies de la jonction finale non homologue (NHEJ) et de la recombinaison homologue (HR), les principales voies impliquées dans la réparation des cassures double brin (DSB) 5,6. La phosphorylation de la variante de l’histone H2A, H2AX, à la sérine 139 (nommée par la suite y-H2AX) est utilisée depuis de nombreuses années comme un marqueur sensible et fiable de la rupture double brin. La phosphorylation de H2AX est observée dans les premières minutes suivant les dommages et peut persister pendant des heures7.
L’avantage d’utiliser la détection par immunofluorescence des foyers γ-H2AX est la caractérisation de la distribution temporelle et spatiale des foyers, ainsi que sa co-coloration avec d’autres protéines. De plus, l’immunofluorescence ne nécessite pas de lyse, ce qui préserve les informations du contexte cellulaire et les rend plus informatives. De plus, comme γ-H2AX se forme de novo, il n’est pas abondamment présent en l’absence de dommages à l’ADN, ce qui en fait un marqueur spécifique7.
H2AX est principalement phosphorylé par la protéine kinase ataxie-télangiectasie mutée (ATM) et la protéine kinase dépendante de l’ADN (DNA-PK), les capteurs des DSB. Ku70/80 (XRCC6 X-ray repair cross-complementing 6/ XRCC5 X-ray repair cross-complementing 5) et la sous-unité catalytique ADN-protéine kinase (DNA-PKcs) sont responsables de l’identification des DSB et de la protection des extrémités de l’ADN, tandis qu’Artemis effectue le traitement des extrémités pour faciliter la ligature par le complexe XRCC4-Ligase IV. La phosphorylation de H2AX sur les sites flanquant les DSB agit comme un signal pour le recrutement de plusieurs protéines de réparation et une signalisation pour l’arrêt, la mort ou la survie du cycle cellulaire8.
L’analyse des changements dans les foyers y-H2AX est le test le plus courant pour étudier si la protéine d’intérêt est impliquée dans la réponse aux dommages de l’ADN. Qu’un rôle direct dans le site de lésion de l’ADN soit attendu, la microscopie à fluorescence est utilisée pour vérifier la co-localisation de la protéine d’intérêt avec les foyers y-H2AX. Cependant, à l’exception des nouvelles méthodes de fluorescence à super-résolution, il peut être difficile de conclure à l’interaction locale avec les sites endommagés de l’ADN. De plus, la détection par immunofluorescence dépend généralement de nombreuses molécules protéiques sur le site de lésion de l’ADN, ce qui rend difficile l’identification des protéines rares9.
Ici, nous montrons un test pour évaluer la localisation des protéines impliquées dans la voie DDR en utilisant y-H2AX comme marqueur du site de dommage. Ce test peut être utilisé pour caractériser la localisation temporelle sous différentes agressions qui causent des dommages à l’ADN.
Le Proximity Ligand Assay (PLA) est apparu comme un outil pour estimer l’interaction entre les protéines ainsi que la proximité spatiale entre les organites ou les structures cellulaires10,11 et permet l’analyse de la localisation temporelle et de la co-localisation dans des conditions de stress, par exemple. La méthode est simple car elle s’apparente à l’immunofluorescence conventionnelle et permet la coloration simultanée de marqueurs spécifiques à l’organite ou à la structure cellulaire, tels que les mitochondries, le réticulum endoplasmique, les corps PML ou le marqueur double brin de l’ADN, yH2AX. L’utilisation du PLA permet d’identifier l’interaction des protéines lors des dommages à l’ADN d’une manière sensible, spécifique et fiable qui peut être utilisée pour surveiller l’interaction pendant le cycle cellulaire, en réponse à différents stimuli, et à différents moments après un stress génotoxique.
Nous montrons ici l’utilisation du PLA en concomitance avec l’immunofluorescence conventionnelle γ-H2AX pour localiser l’interaction Nek4-Ku70 après des dommages à l’ADN induits par l’étoposide. Nek4, un membre de la famille des Nek (kinases liées à NIMA), n’a pas de rôle clair dans la réponse aux dommages de l’ADN. En 2012, Nguyen et ses collègues ont montré que Nek4 interagit avec les protéines Ku70/Ku80, et en l’absence de Nek4, ces protéines ne sont pas recrutées sur le site de lésion de l’ADN, et la phosphorylation de H2AX est altérée12. La localisation cellulaire de cette interaction est inconnue à ce jour. Nous avons observé une réduction de la phosphorylation de Ku70 dans les cellules exprimant le mutant13mort de la kinase Nek4, mais il reste à déterminer si Nek4 phosphoryle directement Ku70. Étant donné que l’interaction de Nek4 avec Ku70 est augmentée après un traitement à l’étoposide selon les études d’immunoprécipitation12, nous tentons de localiser cette interaction à l’aide du PLA et du marqueur γ-H2AX.
Habituellement, les études d’interaction sont basées sur des tests d’immunoprécipitation, mais ceux-ci sont in vitro et ne fournissent pas d’informations sur l’emplacement de l’interaction. Lorsque cela est possible, une immunoprécipitation de cellules fractionnées (noyau, mitochondriale, membrane cellulaire ou cytosol) peut être effectuée, mais la réalisation d’un déroulement temporel de l’interaction est coûteuse et laborieuse. L’immunofluorescence peut donner des informations sur la localisation cellulaire des protéines, mais prouver l’interaction peut être difficile et dépend de la résolution des microscopes. Ici, nous montrons l’avantage d’utiliser le Proximity Ligand Assay pour surveiller l’interaction de deux protéines dans un contexte de dommages à l’ADN.
1. Placage cellulaire
REMARQUE : Les cellules peuvent être ensemencées dans des lames, des chambres ou des plaques de fluorescence microscopiques. L’utilisation de petites lamelles ou de plaques de puits 96/384 est recommandée pour tester plusieurs conditions et des réactifs de rechange. L’utilisation de lamelles est recommandée pour les lignées cellulaires qui se détachent facilement, comme les cellules HEK293. Les lamelles peuvent être préalablement recouvertes d’une solution de poly-L-lysine pour améliorer la fixation.
2. Préparation des solutions
REMARQUE : La concentration et la durée du traitement ont été choisies sur la base des résultats de la littérature, qui mettent en évidence l’activation des voies de réparation des dommages à l’ADN15,16.
3. Traitement et fixation cellulaires
REMARQUE : Ne laissez pas les cellules sécher à tout moment ; Essayez de taper sur les solutions précédentes autant que possible. La méthode appropriée de fixation cellulaire (méthanol glacé ou paraformaldéhyde à 4 % (PFA)) doit être déterminée au préalable, ainsi que la dilution des anticorps, à l’aide d’une expérience d’immunofluorescence conventionnelle.
ATTENTION : Le méthanol doit être éliminé correctement.
4. Perméabilisation et blocage
REMARQUE : Si vous utilisez la méthode de fixation PFA, une étape de blocage avec de la glycine doit être effectuée avant la perméabilisation. La chambre d’humidité peut être préparée en plaçant un bac à eau à l’intérieur de l’incubateur, ce qui permet d’obtenir une humidité d’environ 95 %. La plaque ou les lames 384 peuvent être incubées dans un récipient en plastique fermé au-dessus d’un papier filtre ou d’une éponge humidifiée et d’un film transparent.
5. Incubation primaire d’anticorps (PLA)
REMARQUE : Si vous utilisez des lamelles, il est important de s’assurer que la solution d’anticorps couvre toutes les surfaces des lamelles. Une attention particulière doit être portée à la sélection des anticorps. Les anticorps doivent provenir d’espèces animales différentes, et l’anticorps secondaire utilisé pour l’γ-H2AX ne doit pas être contre l’espèce hôte de la production des sondes PLA. Par exemple, les anticorps primaires utilisés pour le PLA ont été élevés chez des souris et des chèvres. Les sondes PLA, anti-souris et anti-chèvre ont été produites chez l’âne. L’anticorps contre γ-H2AX a été produit chez les lapins, et le deuxième anticorps utilisé est l’anti-lapin produit chez les ânes. De cette façon, le secondaire ne reconnaîtra pas les sondes PLA.
6. Incubation de la sonde PLA
REMARQUE : Choisissez les sondes, en tenant compte non seulement des anticorps primaires, mais aussi de ceux destinés à être utilisés dans les étapes d’immunofluorescence. Lors de l’utilisation de plaques à 384 puits pour une longue incubation à 37 °C, une rotation lente peut être utilisée pour améliorer la distribution de la solution d’anticorps.
7. Ligature
REMARQUE : Attendez d’ajouter Ligase avant de l’ajouter immédiatement avant de l’ajouter aux échantillons. La ligase doit être conservée dans un bloc congélateur (-20 °C). Retirez complètement toute la solution de lavage avant d’ajouter la solution de ligase. Évitez de laisser les cellules sans solution pendant de longues périodes. Lors de l’utilisation de plaques à 384 puits pour l’incubation à 37 °C, une rotation lente peut être utilisée pour améliorer la distribution de la solution d’anticorps.
8. Amplification et lavage
REMARQUE : Attendez d’ajouter la polymérase jusqu’à ce qu’il soit immédiatement avant l’ajout à l’échantillon. Le tampon d’amplification est sensible à la lumière ; Protégez toutes les solutions contenant le tampon de la lumière. La polymérase doit être conservée dans un bloc congélateur (-20 °C). Évitez de laisser les cellules sans solution pendant une longue période. Lors de l’utilisation de plaques à 384 puits pour une incubation à 37 °C, une rotation lente peut améliorer la distribution de la solution d’anticorps.
9. Coloration γ-H2AX (immunofluorescence - FI)
REMARQUE : L’étiquetage de γ-H2AX est effectué après la fin du PLA.
10. Acquisition d’images
11. Analyse d’images
REMARQUE : Une macro a été créée pour l’analyse des points par noyau dans l’image J/FIJI17 et pour être utilisée avec des microscopes où les informations d’échelle doivent être ajoutées manuellement. La taille des pixels de l’objectif utilisé doit être connue. Placez les images de chaque canal dans des dossiers différents (Fichier de codage supplémentaire 1, Figure supplémentaire 1).
REMARQUE : La macro prend en compte les canaux de fluorescence obtenus séparément. Dans ce cas, il est important d’enregistrer toutes les images portant le même nom.
12. Visualisation des images fusionnées
Nous avons observé l’interaction Nek4-Ku70 en l’absence de traitement à l’étoposide. Cependant, cette interaction peut se produire à l’extérieur du noyau (Figure 1A). L’interaction Nek4-Ku70 augmente après une lésion de l’ADN et est concentrée dans le noyau (Figure 1A). Dans le cas de l’interaction Nek5-Topoisomerase II β (TOPIIβ), utilisée dans ce test comme contrôle positif basé sur les résultats de...
Les données montrent que l’utilisation concomitante de PLA à un marqueur endommagé par l’ADN peut fournir le plus d’informations dans un profilage de réponse aux dommages à l’ADN, montrant le comportement spatial et temporel de l’interaction après l’agression. Le PLA est une méthode polyvalente qui a été utilisée pour l’identification de la dimérisation, la détermination du contact des organites, l’interaction protéine-acide nucléique et principalement l’i...
Les auteurs déclarent qu’ils n’ont pas d’intérêts financiers concurrents.
Nous remercions la Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP, par le biais de la subvention Temático 2022/15126-9 à JK et de la bourse 21/09439-1 à LARM) et le Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnológico (CNPq) pour le financement de cette recherche.
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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