このコンテンツを視聴するには、JoVE 購読が必要です。 サインイン又は無料トライアルを申し込む。
Method Article
ここでは、DNA損傷部位でのタンパク質相互作用を検出するためのシンプルで迅速なプロトコールを紹介します。
DNA損傷応答は、損傷したDNAの永続化から細胞を保護する遺伝情報の保護手段です。このプロセスに協力するタンパク質の特性評価により、がん、老化関連疾患、慢性炎症など、いくつかの疾患に対する治療介入のための代替標的を特定することができます。近接リガンドアッセイ(PLA)は、タンパク質間の相互作用や、オルガネラや細胞構造間の空間的近接性を推定するためのツールとして登場し、例えばストレス条件下での時間的局在化および共局在化の分析を可能にします。この方法は、従来の免疫蛍光法に類似しており、オルガネラ、細胞構造、またはミトコンドリア、小胞体、PML体、DNA二本鎖マーカーyH2AXなどの特定のマーカーを同時に染色できるため、簡単です。ヒストン2A変異体H2AX(当時yH2AXと呼ばれる)でのS139のリン酸化は、DNA二本鎖切断の非常に感度が高く特異的なマーカーとして広く使用されています。yH2AX染色の各焦点は、損傷の数分後に発生するDNAの1つの切断に対応します。yH2AX病巣の変化の解析は、目的のタンパク質がDNA損傷応答(DDR)に関与しているかどうかを研究するための最も一般的なアッセイです。DNA損傷部位への直接的な役割が予想されるかどうかにかかわらず、蛍光顕微鏡法を使用して、目的のタンパク質とyH2AX病巣との共局在を確認します。しかし、新しい超解像蛍光法を除けば、結論として、DNA損傷部位との局所的な相互作用は少し主観的なものになり得る。ここでは、yH2AXを損傷部位のマーカーとして、DDR経路におけるタンパク質の局在を評価するアッセイを示します。このアッセイは、DNA損傷を引き起こすさまざまな傷害下での時間的局在を特徴付けるために使用できます。
細胞DNAの損傷は、自然発生的な化学反応のために毎日発生し、遺伝毒性物質(放射線やエトポシドなどの化学物質)や酸化ストレスなどの外因性因子によっても増加します1,2,3。細胞は、塩基の除去から複製的なフォークねじれまたは中断、最も有害な病変であるDNA二本鎖切断4,5まで、無数の異なるタイプのDNA損傷を矯正する複雑な機構を持っています。
DDRに関与するいくつかのタンパク質はすでに特徴付けられており、優れた改訂により、二本鎖切断(DSB)修復5,6に暗示される主要な経路である非相同末端結合(NHEJ)および相同組換え(HR)の経路が探索されています。ヒストンH2A変異体であるH2AX(以下、y-H2AX)のセリン139(以降y-H2AXと命名)のリン酸化は、二本鎖切断の高感度で信頼性の高いマーカーとして長年使用されてきました。H2AXのリン酸化は、損傷後の最初の数分で観察され、数時間持続することがあります7。
γ-H2AX病巣の免疫蛍光検出を使用する利点は、病巣の時間的および空間的分布の特性評価、および他のタンパク質との共染色です。さらに、免疫蛍光法は溶解を必要としないため、細胞のコンテキスト情報を保持し、より有益な情報を得ることができます。また、γ-H2AXは de novoで形成されるため、DNA損傷がないと豊富に存在せず、特異的なマーカー7となる。
H2AXは、主にプロテインキナーゼ運動失調-毛細血管拡張症変異(ATM)およびDNA依存性プロテインキナーゼ(DNA-PK)によってリン酸化されます。Ku70/80(XRCC6 X線修復交差補完6/XRCC5 X線修復交差補完5)およびDNA-プロテインキナーゼ触媒サブユニット(DNA-PKcs)は、DSBの同定とDNA末端の保護に関与していますが、ArtemisはXRCC4-リガーゼIV複合体によるライゲーションを促進するために末端処理を行います。DSBに隣接する部位でのH2AXのリン酸化は、いくつかの修復タンパク質の動員および細胞周期の停止、死、または生存のためのシグナル伝達のシグナルとして作用する8。
y-H2AX病巣の変化の解析は、目的のタンパク質がDNA損傷応答に関与しているかどうかを研究するための最も一般的なアッセイです。DNA損傷部位における直接的な役割が予想されるかどうかにかかわらず、蛍光顕微鏡法を使用して、目的のタンパク質とy-H2AX病巣との共局在を確認します。しかし、新しい超解像蛍光法を除けば、DNA損傷部位との局所的な相互作用を結論付けるのは難しい場合があります。さらに、免疫蛍光検出は通常、DNA損傷部位の多くのタンパク質分子に依存しているため、希少なタンパク質を同定することは困難である9。
ここでは、y-H2AXを損傷部位のマーカーとして、DDR経路に関与するタンパク質の局在を評価するアッセイを示します。このアッセイは、DNA損傷を引き起こすさまざまな傷害下での時間的局在を特徴付けるために使用できます。
近接リガンドアッセイ(PLA)は、タンパク質間の相互作用、ならびにオルガネラまたは細胞構造間の空間的近接性を推定するためのツールとして登場しました10,11そして、例えば、ストレス条件下での時間的局在および共局在分析を可能にします。この方法は、従来の免疫蛍光法と同様に、ミトコンドリア、小胞体、PML体、DNA二本鎖マーカーyH2AXなどのオルガネラまたは細胞構造特異的マーカーの同時染色を可能にするため、簡単です。PLAを使用すると、DNA損傷時のタンパク質相互作用を高感度、特異性、信頼性の高い方法で同定でき、細胞周期中の相互作用、さまざまな刺激に対する応答、および遺伝毒性ストレス後のさまざまなタイミングでの相互作用のモニタリングに使用できます。
ここでは、従来のγ-H2AX免疫蛍光法と併用して、エトポシドによるDNA損傷後のNek4-Ku70相互作用を局在化するためのPLAの使用を示します。Nek4は、Nek(NIMA関連キナーゼ)ファミリーの一員であり、DNA損傷応答に明確な役割を果たしていません。2012年、Nguyenらは、Nek4がKu70/Ku80タンパク質と相互作用し、Nek4が存在しないと、これらのタンパク質はDNA損傷部位に動員されず、H2AXリン酸化が損なわれることを示しました12。この相互作用の細胞局在は、これまでのところ不明です。Nek4キナーゼ死変異体13を発現する細胞ではKu70のリン酸化の減少が観察されていますが、Nek4が直接Ku70をリン酸化するかどうかはまだ解明されていません。免疫沈降研究12によると、Nek4とKu70との相互作用がエトポシド処理後に増加することを考慮して、PLAとγ-H2AXマーカーを使用してこの相互作用を局在化しようとします。
通常、相互作用研究は免疫沈降アッセイに基づいていますが、これらは in vitro であり、相互作用の位置に関する情報は提供されません。可能であれば、分画細胞(核、ミトコンドリア、細胞膜、または細胞質ゾル)の免疫沈降を行うことができますが、相互作用の経時的な経過を行うには費用と手間がかかります。免疫蛍光法は、タンパク質の細胞内局在に関する情報を得ることができますが、相互作用の証明は困難であり、顕微鏡の分解能に依存します。ここでは、近接リガンドアッセイを使用して、DNA損傷の状況で2つのタンパク質の相互作用をモニターする利点を示します。
1. セルめっき
注:細胞は、顕微鏡の蛍光スライド、チャンバー、またはプレートに播種することができます。複数の条件や予備の試薬の試験には、小さなカバースリップまたは96/384ウェルプレートの使用をお勧めします。HEK293細胞のように簡単に剥離する細胞株には、カバースリップの使用が推奨されます。カバーガラスは、アタッチメントを改善するために、事前にポリ-L-リジン溶液でコーティングすることができます。
2. 溶液の調製
注:治療の濃度と時間は、DNA損傷修復経路15,16の活性化を指摘する文献結果に基づいて選択されました。
3. 細胞の治療と固定
注:細胞を乾燥させないでください。前の解決策をできるだけ活用してみてください。細胞固定の適切な方法(氷冷メタノールまたは4%パラホルムアルデヒド(PFA))は、従来の免疫蛍光実験を使用して抗体の希釈と同様に、事前に決定する必要があります。
注意:メタノールは適切に廃棄する必要があります。
4.透過化とブロッキング
注:PFA固定法を使用する場合は、透過処理の前にグリシンでブロッキングするステップを実行する必要があります。インキュベーター内にウォーターパンを置くことで湿度チャンバーを準備でき、湿度は約95%になります。384プレートまたはスライドは、濾紙または湿らせたスポンジと透明フィルムの上の密閉プラスチック容器でインキュベートできます。
5. 一次抗体インキュベーション(PLA)
注:カバースリップを使用する場合は、抗体溶液がすべてのカバースリップ表面を覆っていることを確認することが重要です。抗体の選択には特に注意を払う必要があります。抗体は異なる動物種に由来するものでなければならず、γ-H2AXに使用される二次抗体は、PLAプローブ産生の種宿主に対するものであってはなりません。例えば、PLAに用いた一次抗体は、マウスやヤギの動物で産生されました。人民解放軍のプローブ、対マウス、および対ヤギはロバで製造されました。γ-H2AXに対する抗体はウサギで産生され、二次的に利用されたのはロバで産生された抗ウサギです。この方法では、セカンダリは PLA プローブを認識しません。
6. PLAプローブのインキュベーション
注:プローブは、一次抗体だけでなく、免疫蛍光ステップで使用することを目的とした抗体も考慮して選択してください。384ウェルプレートを37°Cの長時間インキュベーションに使用する場合、低速回転を使用して抗体溶液の分布を改善することができます。
7. ライゲーション
注:リガーゼの追加は、サンプルに追加する直前まで待ってください。リガーゼはフリーザーブロック(-20°C)に保管する必要があります。リガーゼ溶液を追加する前に、すべての洗浄液を完全に取り除いてください。溶液を長期間放置して細胞を放置することは避けてください。37°Cインキュベーションに384ウェルプレートを使用する場合、低速回転を使用して抗体溶液の分布を改善することができます。
8. 増幅と洗浄
注:ポリメラーゼの添加は、サンプルに添加する直前までお待ちください。増幅バッファーは光に敏感です。バッファーを含むすべての溶液を光から保護します。ポリメラーゼはフリーザーブロック(-20°C)に保管する必要があります。溶液を長期間放置して細胞を放置することは避けてください。384ウェルプレートを37°Cインキュベーションに使用する場合、ゆっくりとした回転で抗体溶液の分布を改善することができます。
9. γ-H2AX染色(免疫蛍光法 - IF)
注:γ-H2AXのラベリングは、PLAが終了した後に実行されます。
10. 画像取得
11. 画像解析
注:マクロは、画像J / FIJI17 の核あたりのドットの分析と、スケール情報を手動で追加する必要がある顕微鏡で使用するために作成されました。使用する対物レンズのピクセルサイズがわかっている必要があります。各チャンネルの画像を異なるフォルダに配置します(補足コーディングファイル1、補足図1)。
注:マクロでは、個別に取得された蛍光チャネルを考慮します。この場合、すべての画像を同じ名前で保存することが重要です。
12. 結合された画像の視覚化
エトポシド処理をしていない状態でNek4-Ku70の相互作用が観察されています。ただし、この相互作用は原子核の外側で発生する可能性があります(図1A)。Nek4-Ku70相互作用はDNA損傷後に増加し、核に集中します(図1A)。Nek5-トポイソメラーゼII β(TOPIIβ)相互作用の場合、文献結果18に基づくポジティブコントロー?...
このデータは、DNA損傷マーカーにPLAを併用すると、DNA損傷応答プロファイリングで最も多くの情報を提供できることを示しており、傷害後の相互作用の空間的および時間的挙動を示しています。PLAは、二量体化の同定、オルガネラの接触決定、タンパク質-核酸相互作用、および主にタンパク質-タンパク質相互作用10,11,19,20に使用されてきた汎用性の高い方法です。
著者らは、競合する金銭的利益がないことを宣言します。
この研究に資金を提供してくださったFundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo(FAPESP、JKへのGrant Temático 2022/15126-9、LARMへのフェローシップ21/09439-1)とConselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnológico(CNPq)に感謝します。
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 |
このJoVE論文のテキスト又は図を再利用するための許可を申請します
許可を申請This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2023 MyJoVE Corporation. All rights reserved