A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
הפרעות למינופתיה מובילות לעתים קרובות לשינויים במעטפת הגרעין, מה שעלול לגרום לבליבינג גרעיני ודליפה. מחקר זה מציג שיטה אימונופלואורסצנטית להדמיית הלמינה הגרעינית יחד עם DNA דו-גדילי (dsDNA), המספקת אמצעי להערכת מבנה ושלמות גרעין בתאי יונקים.
הלמינה הגרעינית היא רשת של חוטים העומדים בבסיס הממברנה הגרעינית, המורכבת מלמינים וחלבונים הקשורים ללמין. הוא ממלא תפקידים קריטיים בארכיטקטורה גרעינית, מיקום נקבוביות גרעיניות, ויסות ביטוי גנים, ארגון כרומטין, שכפול DNA ותיקון DNA. מוטציות בגנים המעורבים בביטוי או בעיבוד לאחר התרגום של חלבוני למין גורמות להפרעות גנטיות הידועות בשם למינופתיה. באופן ספציפי, מוטציות בגנים LMNA או ZMPSTE24 עלולות להוביל להצטברות של צורות לא מעובדות לחלוטין של למין A השומרות על קבוצות פרנזיל ומתיל, אשר נעדרות בלאמין A מעובד במלואו. חלבוני למין A שעובדו באופן לא מלא מתמקמים בקרום הגרעיני הפנימי במקום הלמינה הגרעינית, שם שוכן למין A בוגר. חלבוני למין שגויים משבשים באופן עמוק את התפקוד והמבנה הגרעיני, ולעתים קרובות גורמים לבלבל גרעיני. במקרים חמורים יכול להתרחש קרע גרעיני, הגורם לאובדן מידור ודליפה של DNA גנומי לציטוזול. ניתן לזהות מבנה גרעיני חריג ואובדן מידור באמצעות אימונופלואורסצנציה עקיפה (IF) על תאים קבועים. מחקר זה מתאר שיטה כזו, תוך שימוש בנוגדנים ספציפיים כנגד חלבון למין ו-DNA דו-גדילי (dsDNA) כדי לדמיין בו זמנית את המעטפת הגרעינית וה-DNA. גישה זו מאפשרת הערכה מהירה של שלמות המבנה הגרעיני ודליפה פוטנציאלית של DNA גרעיני לציטוזול.
הלמינה הגרעינית היא רשת של חוטים העומדת בבסיס הממברנה הגרעינית ומורכבת מחלבונים הנקראים למין. הלמינה הגרעינית ממלאת תפקידים חיוניים בארכיטקטורה גרעינית, מיקום נקבוביות גרעיניות, ויסות ביטוי גנים, ארגון כרומטין, שכפול DNA ותיקון DNA 1,2,3. מוטציות בגנים הממלאים תפקיד בביטוי חלבוני הלמין מובילות להפרעות גנטיות הנקראות למינופתיות3.
דרמופתיה מגבילה (RD) היא הפרעת למינופתיה חמורה הנגרמת בעיקר על ידי מוטציות הטרוזיגוטיות מורכבות היוצרות קודוני סיום מוקדמים בגןZMPSTE24 4, מה שמוביל להיעדר ZMPSTE24 המטאלופרוטיז. למינופתיה זו מאופיינת בפיגור בצמיחה תוך רחמית, עור מתוח ונוקשה, פה קטן, שיער דק ופגמים במינרליזציה של העצם1. חולי RD בדרך כלל אינם חיים מעבר לשבוע הראשון לחייהם עקב אי ספיקת ריאות1. שתי הפרעות למינופתיה אחרות הידועות כתסמונת האצ'ינסון-גילפורד פרוגריה לא טיפוסית (AT-HGPS) ודיספלזיה מנדיבולואקרלית מסוג B (MAD-B) כרוכות בביטוי ZMPSTE24 מופחת וקשורות לירידה בתוחלת החיים ומראות דמיון להפרעות הזדקנות מוקדמות5. ZMPSTE24 הפרוטאז המושפע מהלמינופתיות הללו חיוני בשינוי שלאחר התרגום של למין A, שהוא מרכיב קריטי בלמינה הגרעינית. מחסור ZMPSTE24 גורם להצטברות של צורה לא מעובדת של פרנזיל של למין A, הידועה בשם פרלמיןA 2.
איור 1: עיבוד למין A בנורמלי לעומת תאי RD. מסלול עיבוד למין A בתאים נורמליים (משמאל) ועיבוד למין A שונה ב-RD, או תאים חסרי ZMPSTE (מימין). קבוצות Farnesyl (Fa) ו-methyl (Me) מסומנות. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
כפי שניתן לראות באיור 1, בעיבוד רגיל של למין A, קבוצת פרנזיל (שומנים) מחוברת לשאריות ציסטאין ליד מסוף C, ואחריה מחשוף פרוטאוליטי של שלוש חומצות אמינו C-terminal 3,6. לאחר מכן שאריות הציסטאין עוברות מתילציה. שני שינויים אלה מאפשרים למקד פרלמין A לממברנה הגרעינית הפנימית2. לאחר מכן ZMPSTE24 מבצע תגובת מחשוף לפיה 15 חומצות האמינו האחרונות C-terminal, יחד עם קבוצות הפארנזיל והמתיל, מוסרות כדי לייצר חלבון Lamin A בוגר, המועבר ללמינה הגרעינית 6,7,8. ב-RD, AT-HGPS ו-MAD-B, השלב האחרון של העיבוד אינו מתרחש ביעילות מכיוון שהמטאלופרוטאינאז ZMPSTE24 חסר או אינו מתפקד במלואו 8,9. התוצאה היא הצטברות של פרלמין A, שנשאר פרנזילציה ומתיליציה לצמיתות9. הקבוצות האחרונות האלה גורמות לפרלמין A להיצמד לממברנה הגרעינית הפנימית במקום להתמקם בלמינה הגרעינית, שם למין A בוגר אמור לשכון בסופו של דבר, כפי שניתן לראות באיור 1. לפיכך, למחסור ב-ZMPSTE יש השפעות עמוקות על מגוון פונקציות גרעיניות, יחד עם המבנה הגרעיני 10,11,12,13,14,15. שינויים אלה במבנה הגרעיני עשויים לכלול חבטות גרעיניות ואפילו קרע גרעיני שעלול לגרום לדליפת DNA לתוך הציטוזול וכן לחדירת ציטוזול לגרעין. גרעינים בעלי צורה חריגה הם אכן סימן היכר של הפרעות למינופתיה, יחד עם פנוטיפים רבים אחרים הנגרמים על ידי עיבוד פרלמין A פגום16,17. פגמים בלמינה הגרעינית מובילים למספר רב של השפעות מזיקות, כולל מיקום שגוי של בקרת איכות חלבון גרעיני וחלבוני תיקון DNA בנוקלאופלזמה, אשר, בתורו, גורם לפגמים רבים בתפקוד הגרעיני18. חשוב שתהיה טכניקה פשוטה שיכולה לעזור לזהות ולנטר את סימני ההיכר הללו של למינופתיה כדי להקל על המחקר בפיתוח גישות טיפוליות שמטרתן לשפר את הפנוטיפים של הלמינופתיה. עבור עכברים עם למינופתיה, הוכח כי חיסול הבלבל הגרעיני נמצא בקורלציה עם חיסול כללי של פנוטיפים של למינופתיה16. טכניקה המאפשרת ניטור שלמות גרעינית בתאים אנושיים יכולה לשפר את המחקר של טיפולים פוטנציאליים לחיסול או שיפור משמעותי של פנוטיפים של מחלות.
אימונופלואורסצנציה עקיפה (IF) היא טכניקה רגישה ונמצאת בשימוש נרחב המשתמשת הן בנוגדנים ראשוניים ללא תווית והן בנוגדנים משניים המסומנים בפלואורופור המזהה את הנוגדן העיקרי כדי לזהות מטרה מעניינת19. שיטות IF יכולות לספק אמצעי רב עוצמה להמחשת רכיבים ומבנים תוך-תאיים ספציפיים. ייתכן גם שיותר ממולקולת נוגדן משנית אחת עשויה לקיים אינטראקציה עם הנוגדן הראשוני, וכתוצאה מכך להגביר את האות19. IF עקיף היא טכניקה רב-תכליתית המאפשרת גם זיהוי של נוגדנים ראשוניים מרובים עם קבוצה קטנה יחסית של נוגדנים משניים מכיוון שנוגדנים משניים מועלים כנגד תחום ה-Fc של הנוגדן הראשוני, השמור בתוך מין19.
מאמר זה מתאר שיטה עקיפה (IF) להערכת דליפה גרעינית ודליפת DNA בתאים עם מחסור ZMPSTE24, תוך שימוש בנוגדנים כנגד DNA דו-גדילי (dsDNA) ולמין B1 כדי לזהות DNA והלמינה הגרעינית, בהתאמה. כדי להדגים את התועלת של גישה זו, ההליך יושם על קו תאי HeLa עם ביטוי ZMPSTE24, כמו גם קו תאי HeLa המבטא ZMPSTE24, והתוצאות עבור שני קווי התאים הושוו.
פרטי הריאגנטים והציוד המשמש מפורטים בטבלת החומרים.
1. הכנת חומרים
2. הכנת הפתרונות
3. גידול התאים הרצויים
הערה: תאי HeLa גודלו בפרוטוקול זה למפגש בתוך בקבוק T75.
4. קיבוע תאים וחדירות
5. צביעה אימונופלואורסצנטית
נוגדן | מקור | חברה | הפניה | ||
נוגדן סמן dsDNA (HYB331-01) | עכבר חד שבטי | סנטה קרוז | SC-58749 | ||
עז נגד עכבר IgG (H+L) נוגדן משני בעל ספיחה צולבת גבוהה, Alexa Fluor Plus 488 | עז | תרמו-פישר | א32723 | ||
עז נגד עכבר IgG (H+L) נוגדן משני בעל ספיחה צולבת גבוהה, Alexa Fluor Plus 405 | עז | Invitrogen | א31553 | ||
נוגדן רב-שבטי Lamin B1 | ארנב | פרוטאינטק | 12987-1-AP | ||
עיזים נגד ארנב IgG (H+L) נוגדן משני בעל ספיחה צולבת גבוהה, Alexa Fluor 594 | עז | Invitrogen | א11037 |
טבלה 1: נוגדנים. רשימה של כל הנוגדנים המשמשים בפרוטוקול זה.
6. רכישת תמונות
7. ניתוח נתונים
מחקר זה מציג שיטת IF להדמיית הלמינה הגרעינית בשילוב עם DNA דו-גדילי (dsDNA). לאחר ביצוע IF, ניתן לבדוק את התמונות שצולמו לאיתור סימנים של בלבל גרעיני ודליפת DNA.
איור 2
הפרוטוקול המוצג מכיל מספר שלבים קריטיים, החשוב ביותר הוא הטיפול בתאים הקבועים בנוגדנים ראשוניים ומשניים. הבטחת השימוש בנוגדנים ראשוניים באיכות טובה כנגד היעד המבוקש עם נוגדן משני תואם נכון עם פלואורופורים בטווח המיקרוסקופ בו נעשה שימוש תניב תוצאות מיטביות19
למחברים אין מה לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי מענק המכון הלאומי להזדקנות R03AG064525 ל-ASW. אנו רוצים להודות לד"ר ג'ייסון א. סטיוארט על העזרה בהדרכת הטכניקה, ולמעבדת הוי צ'ן על אספקת המיקרוסקופ שבו השתמשו. אנו גם רוצים להודות לפאביו מרטינון על קווי תאי HeLa ששימשו בניסויים אלה.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
22 mm Square Glass Coverslips | Propper Manufacturing Company | M8710 | Any size or shape can be used as long as they can be fixed to a standard microscope slide. |
36.5% Formaldehyde | Sigma Aldrich | F8775 | Fixation Reagent. |
75 cm 2 Flasks | Corning | 430725U | For cell culture. |
Bovine Serum Albinum (BSA) | Fisher Scientific | 9048-46-8 | Antibody dilution buffer. |
DMEM with 1 g/L glucose, L-glutamine & sodium pyruvate | Corning | 10-014-CV | For cell culture. |
Ethanol (200 Proof) | Decon Laboratories | 2701 | For dehydration of samples before mounting, diluted to make multiple concentrations. |
EVOS FL Digital Inverted Fluorescence Microscope | Fisher Scientific | 12-563-460 | Imaging. |
Fish Gelatin | Sigma Aldrich | G7041 | Antibody dilution buffer. |
Fluoromount-G | Southern Biotech | 0100-01 | Mounting medium to prevent photobleaching. |
Parafilm (4 in) | Fisher Scientific | 13-374-12 | Any size can be substituted, as long as the coverslips being used can fit. |
Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15-140-122 | For cell culture. |
Phosphate Buffered Saline (PBS) | N/A | N/A | Made and sterilized in the lab for tissue culture and solutions. |
Premium Fetal Bovine Serum (FBS) | Atlanta Biologicals | S11150 | For cell culture. |
Superfrost Premium Microscope Slides | Fisher Scientific | 12-544-7 | Any standard microscope slides can be used. |
Tissue Culture Treated 6-well Flat Bottom Plates | Falcon | 353046 | For cell culture. |
TritonX-100 | Thermofisher Scientific | A16046.AP | For washing. |
Trypsin-EDTA (0.5%) | Gibco | 15-400-054 | For cell culture. |
Tween 20 | Fisher Scientific | 9005-64-5 | Cell Permeation reagent. |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved