Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
* Эти авторы внесли равный вклад
В настоящем протоколе мы демонстрируем, как визуализировать двухцепочечную концевую резекцию ДНК во время фазы S/G2 клеточного цикла с использованием метода, основанного на иммунофлуоресценции.
Изучение реакции на повреждение ДНК (DDR) является сложной и важной областью, которая стала только более важной из-за использования препаратов, нацеленных на DDR, для лечения рака. Этими мишенями являются поли(АДФ-рибоза) полимеразы (PARPs), которые инициируют различные формы репарации ДНК. Ингибирование этих ферментов с использованием ингибиторов PARP (PARPi) достигает синтетической летальности, придавая терапевтическую уязвимость гомологичным рекомбинационным (HR)-дефицитным клеткам из-за мутаций в раке молочной железы типа 1 (BRCA1), BRCA2 или партнере и локализаторе BRCA2 (PALB2).
Клетки, обработанные PARPi, накапливают двухцепочечные разрывы ДНК (DSB). Эти разрывы обрабатываются механизмом резекции конца ДНК, что приводит к образованию одноцепочечной (ss) ДНК и последующему восстановлению ДНК. В контексте дефицита BRCA1 оживление резекции ДНК посредством мутаций в ингибиторах резекции ДНК, таких как 53BP1 и DYNLL1, вызывает резистентность к PARPi. Поэтому возможность мониторинга резекции ДНК в целлюлозе имеет решающее значение для более четкого понимания путей репарации ДНК и разработки новых стратегий преодоления резистентности к PARPi. Методы, основанные на иммунофлуоресценции (IF), позволяют контролировать глобальную резекцию ДНК после повреждения ДНК. Эта стратегия требует длинноимпульсной геномной маркировки ДНК 5-бром-2'-дезоксиуридином (BrdU). После повреждения ДНК и резекции конца ДНК полученная одноцепочечная ДНК специфически обнаруживается анти-BrdU антителом в нативных условиях. Кроме того, резекция ДНК также может быть изучена с использованием маркеров клеточного цикла для дифференциации между различными фазами клеточного цикла. Клетки в фазе S/G2 позволяют изучать конечную резекцию в HR, тогда как клетки G1 могут быть использованы для изучения негомологичного конечного соединения (NHEJ). Подробный протокол для этого метода ПЧ в сочетании с дискриминацией клеточного цикла описан в этой статье.
Модуляция факторов репарации ДНК является постоянно развивающимся методом терапии рака, особенно в опухолевых средах с дефицитом репарации ДНК DSB. Ингибирование специфических факторов репарации является одной из гениальных стратегий, используемых для сенсибилизации раковых клеток к агентам, повреждающим ДНК. Десятилетия исследований привели к выявлению различных мутаций генов репарации ДНК в качестве биомаркеров для выбора терапевтической стратегии1. Следовательно, область репарации ДНК стала центром разработки лекарств для обеспечения широкого спектра методов лечения, расширяя возможности концепции персонализированной медицины.
DSB ремонтируются двумя основными путями: NHEJ и HR2. Путь NHEJ подвержен ошибкам, быстро перевязывая два конца ДНК практически без конечной обработки ДНК и включая протеинкиназу (ДНК-PKcs), комплекс Ku70/80, белки 53BP1 и RIF13. Напротив, HR является верным механизмом, инициированным BRCA14. Важным шагом в восстановлении HR является процесс резекции конца ДНК, который представляет собой деградацию сломанных концов, приводящую к одноцепочечной (ss) ДНК с концами 3'-OH. BRCA1 облегчает набор нисходящих белков, которые образуют резектосому MRN / RPA / BLM / DNA2 / EXO1, которые участвуют в резекции ДНК от 5' до 3'5.
Начальная конечная резекция осуществляется через эндонуклеазную активность MRE11, что позволяет проводить дальнейшую обработку нуклеазами DNA2 и EXO1. Генерируемые свесы ssDNA быстро покрываются репликационным белком A (RPA), чтобы защитить их от дальнейшей обработки. Впоследствии BRCA2, PALB2 и BRCA1 участвуют в опосредовании смещения RPA и сборки нуклеофиламента RAD51, необходимого для механизма репарации, направленного на гомологию. Тонкий баланс между использованием NHEJ и HR необходим для оптимального поддержания геномной целостности. Выбор пути зависит от фазы клеточного цикла. HR предпочтительно используется во время фаз от S до G2, где резекция ДНК находится на самом высоком уровне, а сестринские хроматиды доступны для обеспечения надлежащего восстановления.
Поли (АДФ-рибоза) полимераза 1 (PARP-1) является одним из самых ранних белков, рекрутированных в DSB. Он регулирует как резекционную активность, так и сборку последующих эффекторов, участвующих в NHEJ5,6. PARP-1 также необходим для восстановления одноцепочечного разрыва ДНК во время репликации7,8. Благодаря своей важной роли в восстановлении ДНК, ингибиторы PARP (PARPi) используются в качестве терапии рака. При нескольких раковых заболеваниях с дефицитом HR лечение PARPi приводит к синтетическому летальному ответу из-за неспособности клеток с дефицитом HR восстанавливать накопленный ущерб с помощью альтернативного пути9,10. В настоящее время существует четыре одобренных FDA PARPi: Olaparib, Rucaparib, Niriparib и Talazoparib (также называемый BMN 673), которые используются для различных методов лечения рака молочной железы и яичников11. Тем не менее, устойчивость к PARPi распространена, и одна потенциальная причина возникает в результате повторного приобретения навыков HR12. Потеря или ингибирование PARP-1 в присутствии облучения дисрегулирует механизм резектосомы, что приводит к накоплению более длинных трактов сдНК13. Поэтому углубленное изучение резекции ДНК in vivo имеет решающее значение для более четкого понимания путей репарации ДНК и последующей разработки новых стратегий лечения рака и преодоления резистентности к PARPi.
Существует несколько методов, используемых для обнаружения событий резекции ДНК5. Одним из таких методов является классический метод на основе ПЧ, позволяющий косвенно окрашивать и визуализировать резецированную ДНК после вызванного стрессом DSB с использованием антитела против RPA. Маркировка геномной ДНК 5-бром-2'-дезоксиуридином (BrdU) и обнаружение только ssDNA является прямым измерением событий резекции ДНК. Он обходит мониторинг RPA, который участвует в нескольких клеточных процессах, таких как репликация ДНК. В способе, описанном здесь, клетки, инкубированные с BrdU в течение одного клеточного цикла, позволяют BrdU быть включенным в одну цепь реплицирующейся клеточной ДНК. После резекции окрашивание ПЧ проводят в условиях, допускающих обнаружение BrdU только в форме ssDNA, с использованием антитела против BrdU. Это антитело может получить доступ только к воздействию нуклеотидов BrdU и не будет обнаруживать те, которые интегрированы в двухцепочечную ДНК. С помощью флуоресцентной микроскопии резецированную ДНК можно визуализировать в виде пунктатных очагов BrdU/ssDNA. Ядерная интенсивность этих очагов может быть использована в качестве считывания для количественной оценки резекции после повреждения ДНК. В данной работе описаны пошаговые процессы данного метода, которые могут быть применены к большинству клеточных линий млекопитающих. Этот метод должен иметь широкую полезность как простой способ мониторинга резекции конца ДНК в целлюле, как доказательство концепции.
1. Клеточная культура, обработка и подготовка покровов
ПРИМЕЧАНИЕ: Все клеточные покрытия, трансфекции и обработки, кроме облучения, должны проходить под стерильным капюшоном клеточной культуры.
2. Предварительная экстракция и фиксация
ПРИМЕЧАНИЕ: Все предварительное извлечение и фиксацию выполняются с обшивками, оставшимися в тканевой культуральной пластине на льду или при 4 °C; крышка снимается только на последнем этапе монтажа (см. обсуждение).
3. Пермеабилизация
4. Иммуноокрашивание
5. Получение и анализ изображений
ПРИМЕЧАНИЕ: Получение изображений может быть выполнено на нескольких типах флуоресцентных микроскопов. Использовался эпифлуоресцентный микроскоп с масляным объективом 63x; смотрите Таблицу материалов для марки и модели. Z-стеки не требуются, хотя они могут быть полезны в зависимости от клеточной линии и уровня митохондриального окрашивания.
В этом протоколе анализ на основе бромодезоксиуридина (BrdU) использовался для количественного измерения резекционной реакции клеток HeLa на повреждение, вызванное облучением. Генерируемые следы ssDNA визуализируются как отдельные очаги после иммунофлуоресцентного окрашивания (
В этой статье описывается метод, который использует окрашивание ПЧ для измерения вариаций резекции ДНК в целлюлозе. В настоящее время стандартом для наблюдения за влиянием на резекцию ДНК является окрашивание RPA; однако это косвенный метод, на который может влиять репликация ДНК. ?...
Авторам нечего раскрывать.
Мы благодарим Мари-Кристин Карон за выдающиеся технические консультации. Эта работа поддерживается финансированием Канадского института исследований в области здравоохранения J.Y.M (CIHR FDN-388879). J.-Y.M. занимает исследовательскую кафедру Tier 1 Canada в области репарации ДНК и терапии рака. J.O'S является аспирантом FRQS, а S.Y.M является постдокторантом FRQS.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Alexa 568 goat anti-rabbit | Molecular probes | A11011 | 1:800 |
Alexa Fluor 488 goat anti-mouse | Molecular probes | A11001 | 1:800 |
Anti PARP1 (F1-23) | Homemade | 1:2500 | |
Anti PCNA (SY12-07) | Novus | NBP2-67390 | 1:500 |
Anti-Alpha tubulin (DM1A) | Abcam | Ab7291 | 1:100000 |
anti-BrdU | GE Healthcare | RPN202 | 1:1000 |
Benchtop X-ray Irradiator | Cell Rad | ||
BMN673 | MedChem Express | HY-16106 | |
Bromodeoxyuridine (BrdU) | Sigma | B5002 | |
BSA | Sigma | A7906 | |
Cell profiler | Broad Institute | V 3.19 | https://cellprofiler.org/ |
Curwood Parafilm M Laboratory Wrapping Film 4in / 250 ft | Fisher scientific | 13-374-12 | |
DAPI (4',6-Diamidino-2-Phenylindole, Dihydrochloride) | Invitrogen Life Technology | D1306 | |
DMEM high glucose | Fisher scientific | 10063542 | |
EGTA | Sigma-Aldrich | E3889 | |
Fetal Bovine serum | Gibco | 12483-020 | |
Fisherbrand Cover Glasses: Squares 22 x 22 | Fisher scientific | 12 541B | |
Fluorescent microscope | Leica | DMI6000B | 63x immersion objective |
HeLa | ATCC | CCL-2 | |
HERACELL 160I CO2 INCUBATOR CU 1-21 TC 120V | VWR | 51030408 | 37% CO2 |
MgCl2 | BioShop Canada | MAG520.500 | |
NaCl | BioShop Canada | SOD002.10 | |
Needle | |||
PBS 1x | Wisent Bio Products | 311-010-CS | |
PFA 16% | Cedarlane Labs | 15710-S(EM) | |
PIPES | Sigma-Aldrich | P6757-100G | |
ProLong Gold Antifade Mountant | Invitrogen Life Technology | P-36930 | |
RNAiMAX | Invitrogen | 13778-075 | |
siPARPi | Dharmacon | AAG AUA GAG CGU GAA GGC GAA dTdT | |
siRNA control | Dharmacon | UUCGAACGUGUCACGUCAA | |
Sodium Deoxycholcate | Sigma-Aldrich | D6750-100G | |
Sucrose | BioShop Canada | SUC507.5 | |
Tris-base | BioShop Canada | TRS001.5 | |
Trition X-100 | Millipore Sigma | T8787-250ML | |
Tween20 | Fisher scientific | BP337500 | |
Tweezers |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены