Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Здесь мы представляем простой и быстрый протокол для обнаружения взаимодействия белков в местах повреждения ДНК.
Реакция на повреждение ДНК является генетической защитой, которая защищает клетки от увековечивания поврежденной ДНК. Характеристика белков, которые взаимодействуют в этом процессе, позволяет идентифицировать альтернативные мишени для терапевтического вмешательства при нескольких заболеваниях, таких как рак, возрастные заболевания и хроническое воспаление. Анализ бесконтактных лигандов (PLA) появился как инструмент для оценки взаимодействия между белками, а также пространственной близости между органеллами или клеточными структурами и позволяет проводить анализ временной локализации и колокализации, например, в условиях стресса. Метод прост, потому что он похож на обычную иммунофлюоресценцию и позволяет одновременно окрашивать органеллу, клеточную структуру или специфический маркер, такой как митохондрии, эндоплазматический ретикулум, PML-тельца или двухцепочечный маркер ДНК, yH2AX. Фосфорилирование S139 в варианте гистона 2A, H2AX, тогда называемом yH2AX, широко используется в качестве очень чувствительного и специфичного маркера двухцепочечных разрывов ДНК. Каждый очаг окрашивания yH2AX соответствует одному разрыву в ДНК, который происходит через несколько минут после повреждения. Анализ изменений в очагах yH2AX является наиболее распространенным методом для изучения того, участвует ли интересующий белок в ответе на повреждение ДНК (DDR). Независимо от того, предполагается ли непосредственная роль в сайте повреждения ДНК, флуоресцентная микроскопия используется для проверки колокализации представляющего интерес белка с очагами yH2AX. Однако, за исключением новых методов флуоресценции со сверхвысоким разрешением, можно сделать вывод, что локальное взаимодействие с сайтами повреждения ДНК может быть немного субъективным. Здесь мы показываем анализ для оценки локализации белков в пути DDR с использованием yH2AX в качестве маркера места повреждения. Этот анализ может быть использован для характеристики временной локализации под различными повреждениями, вызывающими повреждение ДНК.
Повреждение клеточной ДНК происходит ежедневно из-за спонтанных химических реакций, а также усиливается экзогенными факторами, такими как генотоксические агенты (радиация и химические вещества, такие как этопозид) и окислительный стресс 1,2,3. Клетки имеют сложный механизм, который корректирует множество различных типов повреждений ДНК, от удаления оснований до репликативного перекручивания вилки или прерывания до самого вредного поражения: двухцепочечного разрыва ДНК 4,5.
Несколько белков, участвующих в DDR, уже были охарактеризованы, и в превосходных ревизиях исследуются пути негомологичного соединения концов (NHEJ) и гомологичной рекомбинации (HR), основные пути, подразумеваемые в репарации двухцепочечных разрывов (DSB) 5,6. Фосфорилирование варианта гистона H2A, H2AX, в серине 139 (впоследствии названном y-H2AX) в течение многих лет использовалось в качестве чувствительного и надежного маркера двухцепочечного разрыва. Фосфорилирование H2AX наблюдается в первые минуты после повреждения и может сохраняться в течение7 часов.
Преимуществом использования иммунофлуоресцентной детекции очагов γ-H2AX является характеристика временного и пространственного распределения очагов, а также их совместное окрашивание с другими белками. Кроме того, иммунофлюоресценция не требует лизиса, что сохраняет информацию о клеточном контексте и делает ее более информативной. Кроме того, поскольку γ-H2AX образуется заново, он не присутствует в изобилии при отсутствии повреждений ДНК, что делает его специфическим маркером7.
Ku70/80 (XRCC6 X-ray repair cross-complementing 6 / XRCC5 X-ray repair cross-complementing 5) и каталитическая субъединица ДНК-протеинкиназы (DNA-PKcs) отвечают за идентификацию DSB и защиту концов ДНК, в то время как Artemis выполняет обработку концов для облегчения лигирования комплексом XRCC4-Ligase IV. Фосфорилирование H2AX в сайтах, фланкирующих DSB, действует как сигнал для рекрутирования нескольких белков репарации и сигнализирует об остановке, гибелиили выживании клеточного цикла.
Анализ изменений в очагах y-H2AX является наиболее распространенным методом для изучения того, участвует ли интересующий белок в ответе на повреждение ДНК. Независимо от того, предполагается ли непосредственная роль в месте повреждения ДНК, флуоресцентная микроскопия используется для проверки совместной локализации представляющего интерес белка с очагами y-H2AX. Однако, за исключением новых методов флуоресценции со сверхвысоким разрешением, вывод о локальном взаимодействии с сайтами повреждения ДНК может быть сложным. Кроме того, обнаружение иммунофлуоресценции обычно зависит от многих белковых молекул в месте повреждения ДНК, что затрудняет идентификацию дефицитных белков9.
Здесь мы показываем анализ для оценки локализации белков, участвующих в пути DDR, с использованием y-H2AX в качестве маркера места повреждения. Этот анализ может быть использован для характеристики временной локализации при различных повреждениях, вызывающих повреждение ДНК.
Анализ бесконтактных лигандов (PLA) появился в качестве инструмента для оценки взаимодействия между белками, а также пространственной близости между органеллами или клеточными структурами10,11 и позволяет проводить анализ временной локализации и колокализации, например, в условиях стресса. Метод прост, потому что он похож на обычную иммунофлюоресценцию и позволяет одновременно окрашивать маркеры, специфичные для органелл или клеточной структуры, такие как митохондрии, эндоплазматический ретикулум, PML-тельца или двухцепочечный маркер ДНК, yH2AX. Использование PLA позволяет идентифицировать взаимодействие белков во время повреждения ДНК чувствительным, специфичным и надежным способом, который может быть использован для мониторинга взаимодействия во время клеточного цикла, в ответ на различные стимулы и в разное время после генотоксического стресса.
Здесь показано использование PLA в сочетании с обычной иммунофлюоресценцией γ-H2AX для локализации взаимодействия Nek4-Ku70 после этопозид-индуцированного повреждения ДНК. Nek4, член семейства Nek (NIMA-родственных киназ), не играет четкой роли в ответе на повреждение ДНК. В 2012 году Нгуен и его коллеги показали, что Nek4 взаимодействует с белками Ku70/Ku80, и в отсутствие Nek4 эти белки не рекрутируются в сайт повреждения ДНК, и фосфорилирование H2AXнарушается. Клеточная локализация этого взаимодействия до сих пор неизвестна. Мы наблюдали снижение фосфорилирования Ku70 в клетках, экспрессирующих Nek4-киназный мертвый мутант13, но еще предстоит выяснить, фосфорилирует ли Nek4 непосредственно Ku70. Учитывая, что взаимодействие Nek4 с Ku70 увеличивается после обработки этопозидом по данным иммунопреципитации12, мы попытались локализовать это взаимодействие с помощью PLA и маркера γ-H2AX.
Обычно исследования взаимодействия основаны на иммунопреципитации, но они проводятся in vitro и не дают информации о месте взаимодействия. По возможности можно провести иммунопреципитацию фракционированных клеток (ядра, митохондрий, клеточной мембраны или цитозоля), но выполнение временного цикла взаимодействия является дорогостоящим и трудоемким. Иммунофлуоресценция может дать информацию о клеточной локализации белков, но доказать взаимодействие может быть сложно и зависит от разрешения микроскопов. В этой статье мы демонстрируем преимущество использования анализа бесконтактного лиганда для мониторинга взаимодействия двух белков в контексте повреждения ДНК.
1. Покрытие ячеек
ПРИМЕЧАНИЕ: Клетки могут быть засеяны в микроскопические флуоресцентные слайды, камеры или планшеты. Использование небольших покровных стекол или планшетов 96/ 384 лунок рекомендуется для тестирования нескольких условий и запасных реагентов. Использование покровных колпачков рекомендуется для клеточных линий, которые легко отделяются, таких как клетки HEK293. Покровные стекла могут быть предварительно покрыты раствором поли-L-лизина для улучшения крепления.
2. Приготовление растворов
ПРИМЕЧАНИЕ: Концентрация и время лечения были выбраны на основании литературных результатов, которые указывают на активацию путей восстановления повреждений ДНК 15,16.
3. Лечение и фиксация клеток
ПРИМЕЧАНИЕ: Ни в коем случае не допускайте высыхания клеток; Старайтесь как можно больше оттачивать от предыдущих решений. Соответствующий метод фиксации клеток (ледяной метанол или 4% параформальдегид (PFA)) должен быть определен заранее, как и разведение антител с использованием обычного иммунофлуоресцентного эксперимента.
ВНИМАНИЕ: Метанол необходимо утилизировать надлежащим образом.
4. Пермеабилизация и блокировка
ПРИМЕЧАНИЕ: При использовании метода фиксации PFA перед пермеабилизацией необходимо провести этап блокировки глицином. Камеру влажности можно подготовить, поместив внутрь инкубатора поддон для воды, в результате чего влажность составит около 95%. Планшет или предметные стекла 384 можно инкубировать в закрытом пластиковом контейнере над фильтровальной бумагой или смоченной губкой и прозрачной пленкой.
5. Первичная инкубация антител (PLA)
ПРИМЕЧАНИЕ: При использовании покровных стекол важно убедиться, что раствор антитела покрывает все поверхности покровных стекол. Особое внимание необходимо уделить подбору антител. Антитела должны быть получены от различных видов животных, а вторичное антитело, используемое для γ-H2AX, не должно быть направлено против вида-хозяина, производящего зонды PLA. Например, первичные антитела, используемые для PLA, были выращены у мышей и коз. В осле были изготовлены зонды PLA, антимышь и антикозла. Антитело против γ-H2AX было получено у кроликов, а вторичным используется анти-кролик, полученный у ослов. Таким образом, вторичный не будет распознавать зонды НОАК.
6. Инкубация зонда PLA
ПРИМЕЧАНИЕ: Выбирайте зонды, принимая во внимание не только первичные антитела, но и те, которые предназначены для использования на этапах иммунофлуоресценции. При использовании 384-луночных планшетов для длительной инкубации при температуре 37 °C можно использовать медленное вращение для улучшения распределения раствора антитела.
7. Лигирование
ПРИМЕЧАНИЕ: Подождите с добавлением Лигазы непосредственно перед добавлением ее в образцы. Лигазу необходимо хранить в морозильной камере (-20 °C). Перед добавлением раствора лигазы удалите полностью весь раствор для стирки. Не оставляйте клетки без раствора в течение длительного периода времени. При использовании 384-луночных планшетов для инкубации при температуре 37 °C можно использовать медленное вращение для улучшения распределения раствора антитела.
8. Усиление и промывка
ПРИМЕЧАНИЕ: Подождите с добавлением полимеразы непосредственно перед добавлением в образец. Буфер усиления чувствителен к свету; Защитите от света все растворы, содержащие буфер. Полимеразу необходимо хранить в морозильной камере (-20 °C). Не оставляйте клетки без раствора в течение длительного периода времени. При использовании 384-луночных планшетов для инкубации при температуре 37 °C медленное вращение может улучшить распределение раствора антитела.
9. Окрашивание γ-H2AX (иммунофлуоресценция - IF)
ПРИМЕЧАНИЕ: Маркировка γ-H2AX выполняется после окончания PLA.
10. Получение изображения
11. Анализ изображений
ПРИМЕЧАНИЕ: Макрос был создан для анализа точек на ядро на изображении J/FIJI17 и для использования с микроскопами, где информация о масштабе должна быть добавлена вручную. Размер пикселя используемого объектива должен быть известен. Поместите изображения для каждого канала в разные папки (Файл дополнительного кодирования 1, Дополнительный рисунок 1).
ПРИМЕЧАНИЕ: Макрос учитывает каналы флуоресценции, полученные отдельно. В этом случае важно сохранить все изображения с одинаковым именем.
12. Визуализация объединенных изображений
Мы наблюдали взаимодействие Nek4-Ku70 в отсутствие обработки этопозидом. Однако это взаимодействие может происходить за пределами ядра (рис. 1А). Взаимодействие Nek4-Ku70 усиливается после повреждения ДНК и концентрируется в ядре (рис. 1А). В слу...
Данные показывают, что использование PLA одновременно с маркером, поврежденным ДНК, может предоставить наибольшую информацию в профилировании ответа на повреждение ДНК, показывая пространственное и временное поведение взаимодействия после повреждения. PLA является у?...
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.
Мы благодарим Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP, через грант Temático 2022/15126-9 JK и стипендию 21/09439-1 для LARM) и Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnológico (CNPq) за финансирование этого исследования.
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 |
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