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Aqui, apresentamos um protocolo simples e rápido para a detecção de interação proteica em locais de dano ao DNA.
A resposta ao dano do DNA é uma proteção de informação genética que protege as células da perpetuação do DNA danificado. A caracterização das proteínas que cooperam nesse processo permite a identificação de alvos alternativos para intervenção terapêutica em diversas doenças, como câncer, doenças relacionadas ao envelhecimento e inflamação crônica. O Proximity Ligand Assay (PLA) surgiu como uma ferramenta para estimar a interação entre proteínas, bem como a proximidade espacial entre organelas ou estruturas celulares e permite a análise de localização temporal e co-localização em condições de estresse, por exemplo. O método é simples porque é semelhante à imunofluorescência convencional e permite a coloração de uma organela, estrutura celular ou um marcador específico, como mitocôndrias, retículo endoplasmático, corpos PML ou marcador de fita dupla de DNA, yH2AX simultaneamente. A fosforilação do S139 na variante da histona 2A, H2AX, então conhecida como yH2AX, é amplamente utilizada como um marcador muito sensível e específico de quebras de fita dupla de DNA. Cada foco da coloração yH2AX corresponde a uma quebra no DNA que ocorre alguns minutos após o dano. A análise de alterações nos focos de yH2AX é o ensaio mais comum para estudar se a proteína de interesse está implicada na resposta a danos no DNA (DDR). Se um papel direto no local de dano ao DNA é esperado, a microscopia de fluorescência é usada para verificar a colocalização da proteína de interesse com os focos de yH2AX. No entanto, exceto pelos novos métodos de fluorescência de super-resolução, para concluir, a interação local com os locais de dano ao DNA pode ser um pouco subjetiva. Aqui, mostramos um ensaio para avaliar a localização de proteínas na via DDR usando yH2AX como marcador do local do dano. Este ensaio pode ser usado para caracterizar a localização temporal sob diferentes insultos que causam danos ao DNA.
O dano ao DNA celular ocorre diariamente devido às reações químicas espontâneas e também é aumentado por fatores exógenos, como agentes genotóxicos (radiação e produtos químicos como o etoposídeo) e estresse oxidativo 1,2,3. As células possuem um maquinário complexo que corrige uma miríade de diferentes tipos de danos ao DNA, desde a remoção de bases até a torção replicativa do garfo ou interrupção até a lesão mais deletéria: a quebra de fita dupla de DNA 4,5.
Várias proteínas que participam da DDR já foram caracterizadas, e excelentes revisões exploram as vias de junção final não homóloga (NHEJ) e recombinação homóloga (HR), as principais vias implicadas no reparo de quebras de fita dupla (DSB) 5,6. A fosforilação da variante da histona H2A, H2AX, na serina 139 (posteriormente denominada y-H2AX) tem sido usada por muitos anos como um marcador sensível e confiável da quebra de fita dupla. A fosforilação do H2AX é observada nos primeiros minutos após o dano e pode persistir por horas7.
A vantagem de usar a detecção de imunofluorescência de focos de γ-H2AX é a caracterização da distribuição temporal e espacial dos focos, bem como sua co-coloração com outras proteínas. Além disso, a imunofluorescência não requer lise, o que preserva as informações do contexto celular e as torna mais informativas. Além disso, como o γ-H2AX é formado de novo, não está abundantemente presente na ausência de danos ao DNA, tornando-se um marcador específico7.
O H2AX é principalmente fosforilado pela proteína quinase ataxia-telangiectasia mutada (ATM) e proteína quinase dependente de DNA (DNA-PK), os sensores dos DSBs. Ku70/80 (XRCC6 X-ray repair cross-complementing 6/ XRCC5 X-ray repair cross-complementing 5) e DNA-protein quinase catalítica subunit (DNA-PKcs) são responsáveis pela identificação de DSB e pela proteção das extremidades do DNA, enquanto Artemis realiza o processamento final para facilitar a ligação pelo complexo XRCC4-Ligase IV. A fosforilação de H2AX em locais flanqueadores de DSBs atua como um sinal para o recrutamento de várias proteínas de reparo e sinalização para parada, morte ou sobrevivência do ciclo celular8.
A análise de alterações nos focos de y-H2AX é o ensaio mais comum para estudar se a proteína de interesse está implicada na resposta a danos no DNA. Se um papel direto no local de dano ao DNA é esperado, a microscopia de fluorescência é usada para verificar a co-localização da proteína de interesse com os focos de y-H2AX. No entanto, exceto pelos novos métodos de fluorescência de super-resolução, concluir a interação local com os locais de dano ao DNA pode ser complicado. Além disso, a detecção de imunofluorescência geralmente depende de muitas moléculas de proteína no local do dano ao DNA, dificultando a identificação de proteínas escassas9.
Aqui, mostramos um ensaio para avaliar a localização de proteínas envolvidas na via DDR usando y-H2AX como marcador do local do dano. Este ensaio pode ser usado para caracterizar a localização temporal sob diferentes insultos que causam danos ao DNA.
O Proximity Ligand Assay (PLA) surgiu como uma ferramenta para estimar a interação entre proteínas, bem como a proximidade espacial entre organelas ou estruturas celulares10,11 e permite a análise de localização temporal e co-localização em condições de estresse, por exemplo. O método é simples porque é como a imunofluorescência convencional e permite a coloração simultânea de marcadores específicos de organelas ou estruturas celulares, como mitocôndrias, retículo endoplasmático, corpos PML ou marcador de fita dupla de DNA, yH2AX. O uso de PLA permite a identificação da interação proteica durante o dano ao DNA de maneira sensível, específica e confiável que pode ser usada para monitorar a interação durante o ciclo celular, em resposta a diferentes estímulos e em diferentes momentos após o estresse genotóxico.
Mostramos aqui o uso de PLA concomitantemente à imunofluorescência convencional de γ-H2AX para localizar a interação Nek4-Ku70 após dano ao DNA induzido por etoposídeo. Nek4, um membro da família Nek (quinases relacionadas ao NIMA), não tem um papel claro na resposta a danos no DNA. Em 2012, Nguyen e colegas mostraram que Nek4 interage com proteínas Ku70 / Ku80 e, na ausência de Nek4, essas proteínas não são recrutadas para o local de dano ao DNA e a fosforilação de H2AX é prejudicada12. A localização celular dessa interação é desconhecida até o momento. Observamos uma redução na fosforilação de Ku70 em células que expressam o mutante morto por Nek4 quinase13, mas ainda não foi elucidado se Nek4 fosforila diretamente Ku70. Considerando que a interação de Nek4 com Ku70 é aumentada após o tratamento com etoposídeo de acordo com estudos de imunoprecipitação12, tentamos localizar essa interação usando PLA e o marcador γ-H2AX.
Normalmente, os estudos de interação são baseados em ensaios de imunoprecipitação, mas estes são in vitro e não fornecem informações sobre a localização da interação. Quando possível, uma imunoprecipitação de células fracionadas (núcleo, mitocôndria, membrana celular ou citosol) pode ser realizada, mas realizar um curso de tempo da interação é caro e trabalhoso. A imunofluorescência pode fornecer informações sobre a localização celular das proteínas, mas provar a interação pode ser difícil e depende da resolução dos microscópios. Aqui, mostramos a vantagem de usar o Proximity Ligand Assay para monitorar a interação de duas proteínas em um contexto de dano ao DNA.
1. Revestimento celular
NOTA: As células podem ser semeadas em lâminas, câmaras ou placas de fluorescência microscópica. O uso de pequenas lamínulas ou placas de 96/384 poços é recomendado para testar várias condições e reagentes sobressalentes. O uso de lamínulas é aconselhável para linhagens celulares que se desprendem facilmente, como as células HEK293. As lamínulas podem ser previamente revestidas com uma solução de poli-L-lisina para melhorar a fixação.
2. Preparação de soluções
NOTA: A concentração e os tempos de tratamento foram escolhidos com base em resultados da literatura, que apontam a ativação das vias de reparo do dano ao DNA15,16.
3. Tratamento e fixação celular
NOTA: Não deixe as células secarem em nenhum momento; Tente explorar as soluções anteriores o máximo possível. Deve determinar-se previamente o método adequado de fixação celular (metanol gelado ou paraformaldeído a 4% (PFA)), bem como a diluição do anticorpo, utilizando uma experiência de imunofluorescência convencional.
CUIDADO: O metanol deve ser descartado adequadamente.
4. Permeabilização e bloqueio
NOTA: Se estiver usando o método de fixação PFA, uma etapa de bloqueio com glicina deve ser realizada antes da permeabilização. A câmara de umidade pode ser preparada colocando uma bandeja de água dentro da incubadora, resultando em uma umidade de cerca de 95%. A placa ou lâminas 384 podem ser incubadas em um recipiente de plástico fechado acima do papel de filtro ou esponja umedecida e filme transparente.
5. Incubação primária de anticorpos (PLA)
NOTA: Se estiver usando lamínulas, é importante garantir que a solução de anticorpos cubra todas as superfícies da lamínula. Atenção especial deve ser dada à seleção de anticorpos. Os anticorpos devem ser de diferentes espécies animais, e o anticorpo secundário usado para γ-H2AX não deve ser contra a espécie hospedeira da produção de sondas PLA. Por exemplo, os anticorpos primários usados para o PLA foram criados em camundongos e cabras. As sondas PLA, anti-rato e anti-cabra foram produzidas no burro. O anticorpo contra γ-H2AX foi produzido em coelhos, e o secundário utilizado é o anti-coelho produzido em burros. Desta forma, o secundário não reconhecerá as sondas PLA.
6. Incubação da sonda PLA
NOTA: Escolha as sondas, levando em consideração não apenas os anticorpos primários, mas também aqueles destinados ao uso nas etapas de imunofluorescência. Ao usar placas de 384 poços para incubação longa de 37 °C, a rotação lenta pode ser usada para melhorar a distribuição da solução de anticorpos.
7. Ligadura
NOTA: Aguarde para adicionar Ligase até imediatamente antes de adicioná-lo às amostras. A ligase deve ser mantida num congelador (-20 °C). Remova completamente toda a solução de lavagem antes de adicionar a solução de ligase. Evite deixar as células sem solução por longos períodos de tempo. Ao usar placas de 384 poços para a incubação de 37 °C, a rotação lenta pode ser usada para melhorar a distribuição da solução de anticorpos.
8. Amplificação e lavagem
NOTA: Aguarde para adicionar a polimerase até imediatamente antes da adição à amostra. O tampão de amplificação é sensível à luz; Proteja todas as soluções que contêm o tampão da luz. A polimerase deve ser mantida num congelador (-20 °C). Evite deixar as células sem solução por um longo período de tempo. Ao usar placas de 384 poços para incubação a 37 °C, a rotação lenta pode melhorar a distribuição da solução de anticorpos.
9. Coloração γ-H2AX (Imunofluorescência - IF)
NOTA: A rotulagem do γ-H2AX é realizada após o término do PLA.
10. Aquisição de imagem
11. Análise de imagem
NOTA: Uma macro foi criada para análise de pontos por núcleo na Imagem J/FIJI17 e para ser usada com microscópios onde as informações da escala devem ser adicionadas manualmente. O tamanho do pixel para a lente objetiva usada deve ser conhecido. Coloque as imagens de cada canal em pastas diferentes (Arquivo de codificação suplementar 1, Figura suplementar 1).
NOTA: A macro considera os canais de fluorescência obtidos separadamente. Nesse caso, é importante salvar todas as imagens com o mesmo nome.
12. Visualizando as imagens mescladas
Observamos interação Nek4-Ku70 na ausência de tratamento com etoposídeo. No entanto, essa interação pode ocorrer fora do núcleo (Figura 1A). A interação Nek4-Ku70 aumenta após o dano ao DNA e está concentrada no núcleo (Figura 1A). No caso da interação Nek5-Topoisomerase II β (TOPIIβ), utilizada neste ensaio como controle positivo com base nos resultados da literatura18, a interação é m...
Os dados mostram que o uso de PLA concomitantemente a um marcador danificado pelo DNA pode fornecer mais informações em um perfil de resposta a danos no DNA, mostrando o comportamento espacial e temporal da interação após o insulto. O PLA é um método versátil que tem sido utilizado para identificação de dimerização, determinação do contato de organelas, interação proteína-ácido nucléico e, principalmente, interação proteína-proteína 10,11,19...
Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.
Agradecemos à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP, por meio do Processo Temático 2022/15126-9 para JK e bolsa 21/09439-1 para LARM) e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pelo financiamento desta pesquisa.
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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