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要約

We report a concise procedure of fluorescence in situ hybridization (FISH) in the gonad and embryos of Caenorhabditis elegans for observing and quantifying repetitive sequences. We successfully observed and quantified two different repetitive sequences, telomere repeats and template of alternative lengthening of telomeres (TALT).

要約

Telomere is a ribonucleoprotein structure that protects chromosomal ends from aberrant fusion and degradation. Telomere length is maintained by telomerase or an alternative pathway, known as alternative lengthening of telomeres (ALT)1. Recently, C. elegans has emerged as a multicellular model organism for the study of telomere and ALT2. Visualization of repetitive sequences in the genome is critical in understanding the biology of telomeres. While telomere length can be measured by telomere restriction fragment assay or quantitative PCR, these methods only provide the averaged telomere length. On the contrary, fluorescence in situ hybridization (FISH) can provide the information of the individual telomeres in cells. Here, we provide protocols and representative results of the method to determine telomere length of C. elegans by fluorescent in situ hybridization. This method provides a simple, but powerful, in situ procedure that does not cause noticeable damage to morphology. By using fluorescently labeled peptide nucleic acid (PNA) and digoxigenin-dUTP-labeled probe, we were able to visualize two different repetitive sequences: telomere repeats and template of ALT (TALT) in C. elegans embryos and gonads.

概要

テロメアは、異常な融合と分解か​​ら染色体末端を保護します。哺乳類テロメアは、Gリッチ六量繰り返し、TTAGGG、およびshelterin複合体で構成されています。線虫のテロメア反復配列は、哺乳動物(TTAGGC)のものと同様です。ほとんどの真核生物は、それらの染色体の末端にテロメアリピートを追加するには、テロメラーゼを利用します。しかし、10 -癌細胞の15%がテロメアの代替長くする(ALT)3として知られているテロメラーゼ独立した機構を利用します。以前、我々はテロメアとTALTという名前のその関連配列は、重要な無菌性2を生き延びテロメラーゼ変異系統のテロメアで増幅されたことを報告しました。

テロメア長は、定量的PCRにより、または合計テロメア4,5,6,7-の平均長さを提供し、サザンブロットによって測定しました。全ゲノム配列データにテロメアリピートの回数を読むまた、全テロメア内容8の指標です。罪が、GLEテロメア長解析(STELA)は、それがテロメア9の空間的な情報を提供することができない、単一のテロメアの長さを提供することができます。 POT-1 :: mCherryをレポータータンパク質が生体内でテロメアの空間的な情報を提供していますがPOT-1は、タンパク質10を結合一本鎖テロメアであるとして、それは、二本鎖テロメアの長さを表すことはできません。

上述の方法は、反復配列の平均の情報を提供するが、 蛍光in situハイブリダイゼーション(FISH)は、染色体規模量、対象の個々の配列の空間的なパターンを観察することができます。代わりにDNAの精製、組織または細胞は、FISHにおける天然の空間情報を保存するために固定されています。このように、FISHは、テロメアリピートなどの個々の反復配列の観察のための定量的および定性的な両方のツールです。

このプロトコルは、両方のteloの同時検出のための効率的な方法を提供します前述の方法11,12からの改良に基づく単なるおよびその他の繰り返し。C.エレガンスの幼虫や成虫は非常に分化した細胞と多細胞生物です。細胞の不均一性は、テロメアスポットの多数の定量分析に妨げます。分析した細胞の数を最大にするために、胚を単離し、FISH用ポリリジン被覆スライド上に広げています。また、このプロトコルは、免疫蛍光法と組み合わせることができます。

プロトコルが動作していることの証明として、我々は、2つの異なる反復配列を観察し、定量化することが可能であることを示します。 TALT1に対するDNAプローブは、ジゴキシゲニンdUTPをを取り入れたシンプルなPCRで生成しました。このTALT1プローブおよび蛍光標識されたテロメアPNAプローブを同時にハイブリダイズさせました。その後、ジゴキシゲニンは、標準的な免疫蛍光法によって検出しました。ここではTALT1はTRT-1にテロメアと共局在代表画像を提示します生存者。

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プロトコル

PCRによりジゴキシゲニンdUTPで1標識プローブ

  1. 以前に13を説明したようにジゴキシゲニンdUTPをを含む10×dNTPミックスでPCRラベリングを行います。
  2. 製造者の指示に従ってスピンカラム精製を用いてPCR産物を精製します。
    1. プローブはより短い200bpのであれば、反応混合物からのスピンカラムクロマトグラフィーではなく、スピンカラム精製で無料ジゴキシゲニンdUTPをを削除します。

2.準備ポリリジン被覆スライド

注:全体の手順は、約2時間かかります。ステップのほとんどは、乾燥工程を除いて、室温で行われます。

  1. スライドのクリーニング
    1. プラスチック容器にスライドを置き、簡単に蒸留水(DW)でスライドをすすぎます。水を除去し、1%のガラスクリーナーを含むDWで容器を満たします。
    2. 室温(RT)で50 rpmで15分間スライドを攪拌します。 DW 3でスライドを洗浄室温で5分間、回。
    3. 攪拌しながら15分間、70%エタノールでスライドを洗浄します。 70%エタノールを捨て、15分間65℃で乾燥ブロックと空気乾燥でスライドを配置します。
  2. マルチウェルガラススライドのポリリジンコーティング
    注:それは染色手順を通じてサンプルの接着性を提供するので、スライドガラスのポリリジンコーティングは、重要なステップです。不十分なコーティングされたスライドは、サンプルが失われます。
    1. 蒸留水で(w / v)の0.01%にポリリジン原液を希釈します。きれいなガラススライドのウェルにポリリジン(w / v)の希釈した0.01%の20μLを加えます。
    2. 室温で5分間、ガラススライドをインキュベートします。
    3. 1時間65℃で乾燥ブロックと空気乾燥でスライドを置きます。
    4. 埃ボックスにポリリジンスライドを保管してください。

スライドガラス上のワームの3.固定(図1)

  1. FISHのための準備胚
    注:収穫のワームをすべてト​​ンの前に彼細菌食品は、顕微鏡下で増殖培地を見て消費されます。飢餓は、成虫の産卵を低減し、卵の孵化を増加させます。詳細な方法は、14,15に記載されています。
    1. 標準的な方法14に従って50ミリメートルペトリ皿にワームを育てます。
    2. すべての細菌の食物が消費された後、スパチュラで四半期の寒天培地をカット。汚染を防止するために切断する前へらを滅菌します。
    3. 100ミリメートル線虫の増殖培地(NGM)プレート上の寒天のすべてのピースを置きます。新鮮な細菌性食品に到達するためにワームのために逆さまに寒天片を回します。
    4. 48〜72時間後、M9バッファーでワームを収集します。 NGMプレート上のM9緩衝液5ml - 3を追加します。ワームを洗浄するNGMの表面上にピペットM9バッファー。
    5. ワームと液体を収集し、15mlチューブに追加します。
      注:30%ショ糖溶液中での収穫、遠心ワーム後の寒天の破片がある場合。破片をペレット化しているが、ワームは、上のフロート表面。
    6. 15ミリリットルにボリュームを補うためにM9のバッファを追加します。 3分間300×gで遠心分離することによってワームをペレットし、M9バッファーの大部分を除去。このステップをさらに2回繰り返します。
      注:ワームはまだ遠心分離後、浮遊している場合は、値= 1に遠心分離機のブレーキレベルを設定します。
    7. 吸引しM9バッファー。ワームに漂白液を追加します。ワームの0.5ミリリットル当たり、次亜塩素酸の2ミリリットルをDWの6.5ミリリットルを追加し、5 M KOHの1ミリリットル。
    8. 50 rpmで3分間室温で揺らしながらワームをインキュベートします。 15秒間ボルテックスワームは、機械的にワームをせん断し、卵を露出させます。
    9. 漂白時に解剖顕微鏡下で管を観察します。ワームは半分に切断され、卵が放出されていることを確認します。成人の体のほとんどが解散されたときは、15ミリリットルにボリュームを補うためにM9のバッファを追加します。
    10. 3分間300×gで遠心分離します。吸引しM9の大部分を、15 mlにボリュームを構成するために、新鮮なM9バッファーを追加します。繰り返し洗浄ステップ3回。
      注意:彼らは漂白工程を妨げるとして、ワームの過剰な量を使用することは避けてください。未満8分洗浄まで、全体的な反応時間をおいてください。過漂白卵は強い自家蛍光を生成します。
    11. 200μlの2%PFAを行うための4%パラホルムアルデヒド(PFA)を200μlまでのポリソルベート20(PBST)を含むリン酸緩衝生理食塩水を加えます。
      注意:PFAは発癌性であるため、PFAを使用する前に、防護服、手袋、アイシールドを着用してください。
    12. ポリリジンコートスライドのウェルに2%PFAで卵の40μLを加えます。
    13. 加湿チャンバー内でスライドを置き、RTで15分間インキュベートします。スライドを内側に配置された直後の湿潤チャンバーを閉じます。
      注:固定された状態で卵がスライドの底に沈みます。
  2. FISHのための解剖生殖腺の準備
    1. 収穫成虫はM9緩衝液1mlをピペットで50ミリメートルNGMプレート上で増殖させました。細菌性食品の前に収穫ワームが枯渇しています。
    2. 任意の細菌のウィットからワームを洗いますH M9緩衝液、2回。
      注:残留細菌はポリリジン被覆スライドに付着解剖生殖腺を妨害し得ます。
    3. 300×gで遠心分離することによりワームをペレット。 M9を取り外し、マイクロピペットによって空のNGMプレートにワームを転送します。
    4. ポリリジン処理したスライドのほかに2mMのレバミゾールを含むM9緩衝液30μlを追加します。
    5. 1ミリリットルチューブにM9バッファー500μlのを追加します。口のピペットでワームを転送するために、このバッファを使用します。
    6. M9緩衝液を含む1mLのチューブに毛管を配置することによって、M9緩衝液で口ピペットの先端を満たします。
    7. ワームの頭が口のピペットに入るように解剖顕微鏡下で、ちょうど大人のワームやドラッグ口のピペットの頭の前で口のピペットの先端を置きます。ワームのヘッドが先端に入ると、ワームの本体全体をチップ内に描画されます。
    8. 口のピペットを用いて、ポリリジンコートスライドにワームを転送します。
    9. のかみそり、カットを使用して、頭やスライド上のワームの尾の先端F。ワームが切断されると、生殖腺が飛び出します。生殖腺は、スライドに固執します。
      1. 1つのウェル中に少なくとも30ワームを準備します。複数のウェルをさらに30ワームのために使用することができます。
    10. 加湿チャンバー内でスライドを入れて、口のピペットでM9バッファーを吸引します。
    11. 加湿チャンバー内で室温で15分間2%PFAを20μlを添加することにより、サンプルを修正してください。

4.固定および透過処理

  1. ドライアイス上にアルミニウムブロックを配置し、ディープフリーザーに保管(-80°C)。 -20℃に保管し、メタノールおよびアセトン。
  2. PFA固定工程3.1.15または3.2.11た後、固定液の〜5μLを残しマイクロピペットを用いて固定液を除去します。
  3. 試料スライド上の別のポリリジンコートスライドを入れてください。解決策が過剰である場合はペーパータオルで固定液を除去します。彼らは一緒に立ち往生しているしたら、スライドを移動しないでください。
  4. スライドを凍結少なくとも15分間、アルミブロック上。
    注:サンプルは、少なくとも2のために保存することができます - 3日間。
  5. スライドが凍結されている間、氷上で冷メタノールおよびアセトンを含むjarを置きます。
  6. スライドを取り出し、サンプルを凍結クラックするためにそれらをねじります。上部のスライドを捨てます。すぐに5分間氷冷メタノール中にスライドを浸します。
  7. 5分間氷冷アセトンにスライドを転送します。
  8. 残留固定剤を除去するために、5分間、スライドをPBSTで3回洗浄します。次のステップに進むか、4℃で、100%エタノールでスライドを保存します。
    注:サンプルは、少なくとも2のために保存することができます - 3日間。

固定された細胞の5ハイブリダイゼーション

  1. (PBSTはを10μg/ mlのRNase Aを含む)のRNase溶液20μlを追加します。 37℃で1時間湿潤チャンバー内のスライドをインキュベートします。
  2. 15分ごとに(2×SSCT)ポリソルベート20で2回生理食塩水とクエン酸ナトリウムで二回スライドを洗浄します。
  3. 20を追加します。ハイブリダイゼーション溶液μlの37℃のインキュベーターで加湿チャンバーを置きます。 1時間後、ピペッティングによりハイブリダイゼーション溶液を除去します。
  4. ハイブリダイゼーション溶液を取り外す前に、プローブを準備します。プローブが二本鎖DNAである場合、乾燥ブロック上95℃で5分間加熱することにより、プローブを変性させます。加熱後、簡単に氷の上にプローブを冷却します。
  5. サンプルにプローブを含むハイブリダイゼーション溶液10μlを加えます。 2,000及びDIG標識プローブのための、1の比率で使用濃度:200 PNAプローブ、1の比で使用濃度について。カバーガラスでサンプルをカバーしています。
  6. ヒートブロック(80℃)で水に浸した紙タオルを置きます。湿度と温度を維持するためにヒートブロック上のプラスチックの箱のカバーを置きます。
  7. 加熱ブロックの温度(80℃まで)安定した後、加熱されたペーパータオルの試料スライドを配置し、プラスチック製の箱のカバーを有するサンプルをカバーします。 3分間サンプルを変性。
  8. 株式会社一晩37℃で湿潤チャンバー内のスライドをubate。

6.洗浄および免疫蛍光

  1. 37°Cへのハイブリダイゼーション洗浄溶液(2×SSC、50%ホルムアミド)をウォームアップ。
  2. 室温で5分間二回PBSTでサンプルを洗ってください。カバーガラスを外します。
  3. 30分間、37℃でハイブリダイゼーション洗浄溶液中で試料を洗浄します。
  4. RTでPBSTで試料スライドを3回洗浄します。注:室温で湿潤チャンバー内の後続のすべての手順を実行します。
  5. ブロッキング溶液の20μlを添加して、湿潤チャンバー中、室温で1時間インキュベートします。
  6. ブロッキング溶液を外し、FITC結合抗ジゴキシゲニン抗体溶液(1:200)を追加し、室温でまたは4℃で一晩3時間。

7.取付け・観測

  1. 15分間ずつPBSTで2回サンプルスライドを洗浄します。
  2. DAPIでマウント溶液10μlを加えます。カバーガラスとプレスを静かに置きます。余分な溶液を除去しますペーパータオルで。
  3. 取付溶液の蒸発を防ぐために、マニキュアでカバーガラスのエッジをシール。
  4. 共焦点顕微鏡下で観察します。高いバックグラウンドを持つ胚を除外します。 20核 - 4でフィールドに焦点を当てています。
  5. 100X対物レンズで、製造元の指示に従って画像を撮影します。
    注:FITCのための488nmレーザーで、Cy3のための555 nmレーザーで、DAPI用の405 nmのレーザーを試料にエキサイト。

テロメアシグナルの8定量

注意:以前に16記載のように定量化が行われました。比較されるすべての画像は、露光時間と光源を含む同じ設定で撮影する必要があります。

  1. tifファイル形式で画像をエクスポートします。
  2. 画像解析ソフトウェアをダウンロードし、インストールします。
  3. 画像解析ソフトウェアを実行し、ボタンを同意する]をクリックします。
  4. オープンボタンをクリックします。イメージファイルをダブルクリックすることにより、テロメアFISHで画像を開きます。
  5. クリック[編集] - [選択処理領域]、左クリックしてドラッグすることで、目的とする選択領域。すべての非特異的な染色を除外します。
  6. [対策]をクリックして - 、[光学密度を見つけ]テロメア信号とチャンネルを選択し、.txtファイルに結果を保存するファイル名を入力します。
    注:結果の列の順序は、次のようにスポットの蛍光、スポットとスポットのエリアの背景強度を。
  7. 値をコピーし、スポットの蛍光からのスポットのバックグラウンド強度を差し引きます。値は、現在、統計的に分析することができます。

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結果

これは、以前にALTの生存者は、内部ローカライズ」ALTのテンプレート「テロメア維持2用(TALT)配列を複製することによって、低周波では、テロメラーゼ欠損変異体、TRT-1(ok410)から出てくることが報告されました。 PNAプローブを使用して、我々は解剖生殖腺( 図2A)にテロメアを可視化することができました。かすかなテロメア信号は

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ディスカッション

私たちのプロトコルの主な利点は、細胞構造の形態に目立つダメージのない手続きの簡単さです。いくつかのステップは、C。のために最適化されましたこのプロトコルでFISH エレガンス 。成功FISHのための重要なステップは、プローブのラベリング、胚および浸透の固定を含みます。ジゴキシゲニンdUTPを標識方法は、PCRまたはニックトランスレーションにより使いやすい標識法?...

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開示事項

The authors have nothing to disclose.

謝辞

Mutant worm strains were kindly provided by the Caenorhabditis Genetics Center. This research was supported by a grant of the Korea Health Technology R&D Project through the Korea Health Industry Development Institute (KHIDI), funded by the Ministry of Health & Welfare, Republic of Korea (grant number: HI14C1277).

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資料

NameCompanyCatalog NumberComments
PNA probePANAGENEcustom order
Anti-Digoxigenin-Fluorescein, Fab fragmentsRoche11207741910use 1:200 diluted in PBST
Digoxigenin-dUTPRoche11573152910
Bovine serum albuminSIGMA-ALDRICHA-7906
ParaformaldehydeSIGMA-ALDRICHP-6148prepare 4% paraformaldehyde by heating in DW with few drops of NaOH. add 0.1 volume of 10x PBS.
VectashieldVector LaboratoriesH-1200
Hybridizaiton solution3x SSC, 50% formamide, 10% (w/v) dextran sulfate, 50 μg/ml heparin, 100 μg/ml yeast tRNA , 100 μg/ml sonicated salmon sperm DNA
Hybridizaiton wash solution2x SSC, 50% formamide
FormamideBIONEERC-9012toxic
MethanolCarlo Erba
AcetoneCarlo Erba
HeparinSIGMA-ALDRICHH3393make 10 mg/ml for stock solution
Dextran sulfateSIGMA-ALDRICH67578
10x PBSFor 1 L DW : 80 g NaCl, 2.0 g KCl, 27 g Na2HPO4•7H2O, 2.4 g KH2PO
PBST1x PBS, 0.1% tween-20
Polysorbate 20SIGMA-ALDRICHP-2287Commercial name is Tween-20
Poly-L-Lysine solution (0.1% w/v)SIGMA-ALDRICHP-8920prepare fresh 0.01% w/v solution before use
M93 g KH2PO4, 6 g Na2HPO4, 5 g NaCl, 1 ml 1 M MgSO4, H2O to 1 L
Bleaching solution20% sodium hypochlorite, 0.5 M KOH
Antibody buffer1x PBST, 1 mM EDTA, 0.1% BSA, 0.05% Sodium azide (toxic)
Blocking solutionAntibody buffer with 5% bovine serum albumin (BSA)
illustra Microspin G-50GE healthcare27-53310-01
20x SSCTo make 1 L, 175.3 g of NaCl, 88.2 g of sodium citrate, H2O to 1 L, adjust pH to 7.0
2x SSCT2x SSC, 0.1% tween-20
10x digoxigenin-dUTP mix1 mM dATP, 1 mM dGTP, 1 mM dCTP, 0.65 mM dTTP, 0.35 mM DIG-11-dUTP
PCR purification columnsCosmo genetechCMR0112
Glass cleaner / ULTRA CLEANDukssan pure chemicals8AV721
Multi-well glass slideMP biomedicals96041205
Nematode growth mediaTo make 1 L, 3 g of NaCl, 17 g of agar, 2.5 g of peptone, H2O to 974 ml. Autoclave and cool the flask. Add 1 ml of 1 M CaCl2, 1 ml of 4 mg/ml cholesterol in ethanol, 1 ml of 1 M MgSO4, 25 ml of 1 M KPO4.
LevamisoleSIGMA-ALDRICH196142
RazorFeatherblade No. 11
Rnase AEnzynomics
BSASIGMA-ALDRICHA7906
Confocal microsopeZeissLSM 510EC Plan-Neofluar 100X was used as objective lens.
Humid chamberPlastic box filled with paper towel soaked in DW
Image Analysis Software Dr. Peter LandsdorpTFL-telohttp://www.flintbox.com/public/project/502

参考文献

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