Name: 3d multicolor dna fish tool to study nuclear architecture in human primary cells
Uploaded: 2020-01-25T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about 3D Multicolor DNA FISH Tool to Study Nuclear Architecture in Human Primary Cells at JoVE.com

Los autores reconocen la asistencia técnica del INGM Imaging Facility (Istituto Nazionale di Genetica Molecolare "Romeo ed Enrica Invernizzi" (INGM), Milán, Italia), en particular C. Cordiglieri, para la asistencia durante las imágenes 3D multicolor DNA FISH Adquisición. Este trabajo ha sido apoyado por las siguientes subvenciones a B.B.: el programa insignia italiano EPIGEN, la Asociación Francesa contre les Myopathies (AFM-Telethon, grant nr 18754) y Giovani Ricercatori, Ministerio de Salud de Italia (GR-2011-02349383). Este trabajo ha sido apoyado por la siguiente subvención a F.M.: Fondazione Cariplo (Bando Giovani, grant nr 2018-0321).

1. Procedimientos de preparación y etiquetado de la sonda de ADN con traducción de nick
<ol><li>Purificar y limpiar cromosomas artificiales bacterianos (BAC), plásmidos o productos PCR con kits específicos(Tabla de materiales),resuspender en ddH2O, comprobar por electroforesis en un gel de agarosa y cuantificar.</li>
	<li>Realice la traducción de nicks en 1,5 x 2 g de ADN a partir del paso 1.1 en un volumen final de 50 l mezclando todos los reactivos en un tubo de ADN de unión baja de ...

<ol>
	<li>Cremer, T., Cremer, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chromosome+territories,+nuclear+architecture+and+gene+regulation+in+mammalian+cells.">Chromosome territories, nuclear architecture and gene regulation in mammalian cells.</a> Nature Reviews: Genetics. 2 (4), 292-301 (2001).</li><li>Lieberman-Aiden, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comprehensive+mapping+of+long-range+interactions+reveals+folding+principles+of+the+human+genome.">Comprehensive mapping of long-range interactions reveals folding principles of the human genome.</a> Science. 326 (5950), 289-293 (2009).</li><li>Schmitt, A. D., Hu, M., Ren, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genome-wide+mapping+and+analysis+of+chromosome+architecture.">Genome-wide mapping and analysis of chromosome architecture.</a> Nature Reviews: Molecular Cell Biology. 17 (12), 743-755 (2016).</li><li>Bonev, B., Cavalli, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organization+and+function+of+the+3D+genome.">Organization and function of the 3D genome.</a> Nature Reviews: Genetics. 17 (12), 772 (2016).</li><li>van Steensel, B., Furlong, E. E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+transcription+in+shaping+the+spatial+organization+of+the+genome.">The role of transcription in shaping the spatial organization of the genome.</a> Nature Reviews: Molecular Cell Biology. 20 (6), 327-337 (2019).</li><li>Rajarajan, P., Gil, S. E., Brennand, K. J., Akbarian, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+genome+organization+and+cognition.">Spatial genome organization and cognition.</a> Nature Reviews: Neuroscience. 17 (11), 681-691 (2016).</li><li>Pombo, A., Dillon, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+genome+architecture:+players+and+mechanisms.">Three-dimensional genome architecture: players and mechanisms.</a> Nature Reviews: Molecular Cell Biology. 16 (4), 245-257 (2015).</li><li>Fanucchi, S., Shibayama, Y., Burd, S., Weinberg, M. S., Mhlanga, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chromosomal+contact+permits+transcription+between+coregulated+genes.">Chromosomal contact permits transcription between coregulated genes.</a> Cell. 155 (3), 606-620 (2013).</li><li>Therizols, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chromatin+decondensation+is+sufficient+to+alter+nuclear+organization+in+embryonic+stem+cells.">Chromatin decondensation is sufficient to alter nuclear organization in embryonic stem cells.</a> Science. 346 (6214), 1238-1242 (2014).</li><li>Gonzalez-Sandoval, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perinuclear+Anchoring+of+H3K9-Methylated+Chromatin+Stabilizes+Induced+Cell+Fate+in+C.+elegans+Embryos.">Perinuclear Anchoring of H3K9-Methylated Chromatin Stabilizes Induced Cell Fate in C. elegans Embryos.</a> Cell. 163 (6), 1333-1347 (2015).</li><li>Hubner, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Remodeling+of+nuclear+landscapes+during+human+myelopoietic+cell+differentiation+maintains+co-aligned+active+and+inactive+nuclear+compartments.">Remodeling of nuclear landscapes during human myelopoietic cell differentiation maintains co-aligned active and inactive nuclear compartments.</a> Epigenetics Chromatin. 8, 47 (2015).</li><li>Aymard, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genome-wide+mapping+of+long-range+contacts+unveils+clustering+of+DNA+double-strand+breaks+at+damaged+active+genes.">Genome-wide mapping of long-range contacts unveils clustering of DNA double-strand breaks at damaged active genes.</a> Nature Structural &amp; Molecular Biology. 24 (4), 353-361 (2017).</li><li>Sellou, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+poly(ADP-ribose)-dependent+chromatin+remodeler+Alc1+induces+local+chromatin+relaxation+upon+DNA+damage.">The poly(ADP-ribose)-dependent chromatin remodeler Alc1 induces local chromatin relaxation upon DNA damage.</a> Molecular Biology of the Cell. 27 (24), 3791-3799 (2016).</li><li>Krijger, P. H., de Laat, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+of+disease-associated+gene+expression+in+the+3D+genome.">Regulation of disease-associated gene expression in the 3D genome.</a> Nature Reviews: Molecular Cell Biology. 17 (12), 771-782 (2016).</li><li>Lupianez, D. G., Spielmann, M., Mundlos, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Breaking+TADs:+How+Alterations+of+Chromatin+Domains+Result+in+Disease.">Breaking TADs: How Alterations of Chromatin Domains Result in Disease.</a> Trends in Genetics. 32 (4), 225-237 (2016).</li><li>Cortesi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=4q-D4Z4+chromatin+architecture+regulates+the+transcription+of+muscle+atrophic+genes+in+facioscapulohumeral+muscular+dystrophy.">4q-D4Z4 chromatin architecture regulates the transcription of muscle atrophic genes in facioscapulohumeral muscular dystrophy.</a> Genome Research. 29 (6), 883-895 (2019).</li><li>Woltering, J. M., Noordermeer, D., Leleu, M., Duboule, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conservation+and+divergence+of+regulatory+strategies+at+Hox+Loci+and+the+origin+of+tetrapod+digits.">Conservation and divergence of regulatory strategies at Hox Loci and the origin of tetrapod digits.</a> PLoS Biology. 12 (1), 1001773 (2014).</li><li>Woltering, J. M., Duboule, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tetrapod+axial+evolution+and+developmental+constraints;+Empirical+underpinning+by+a+mouse+model.">Tetrapod axial evolution and developmental constraints; Empirical underpinning by a mouse model.</a> Mechanisms of Development. 138, 64-72 (2015).</li><li>de Laat, W., Dekker, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3C-based+technologies+to+study+the+shape+of+the+genome.">3C-based technologies to study the shape of the genome.</a> Methods. 58 (3), 189-191 (2012).</li><li>Denker, A., de Laat, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+second+decade+of+3C+technologies:+detailed+insights+into+nuclear+organization.">The second decade of 3C technologies: detailed insights into nuclear organization.</a> Genes &amp; Development. 30 (12), 1357-1382 (2016).</li><li>Finn, E. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extensive+Heterogeneity+and+Intrinsic+Variation+in+Spatial+Genome+Organization.">Extensive Heterogeneity and Intrinsic Variation in Spatial Genome Organization.</a> Cell. 176 (6), 1502-1515 (2019).</li><li>Zheng, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiplex+chromatin+interactions+with+single-molecule+precision.">Multiplex chromatin interactions with single-molecule precision.</a> Nature. 566 (7745), 558-562 (2019).</li><li>Solovei, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluorescence+in+situ+hybridization+(FISH)+on+tissue+cryosections.">Fluorescence in situ hybridization (FISH) on tissue cryosections.</a> Methods in Molecular Biology. 659, 71-82 (2010).</li><li>Cremer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multicolor+3D+fluorescence+in+situ+hybridization+for+imaging+interphase+chromosomes.">Multicolor 3D fluorescence in situ hybridization for imaging interphase chromosomes.</a> Methods in Molecular Biology. 463, 205-239 (2008).</li><li>Legant, W. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-density+three-dimensional+localization+microscopy+across+large+volumes.">High-density three-dimensional localization microscopy across large volumes.</a> Nature Methods. 13 (4), 359-365 (2016).</li><li>Jungmann, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+super-resolution+imaging+with+qPAINT.">Quantitative super-resolution imaging with qPAINT.</a> Nature Methods. 13 (5), 439-442 (2016).</li><li>Chen, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+imaging+of+genomic+loci+in+living+human+cells+by+an+optimized+CRISPR/Cas+system.">Dynamic imaging of genomic loci in living human cells by an optimized CRISPR/Cas system.</a> Cell. 155 (7), 1479-1491 (2013).</li><li>Nelles, D. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programmable+RNA+Tracking+in+Live+Cells+with+CRISPR/Cas9.">Programmable RNA Tracking in Live Cells with CRISPR/Cas9.</a> Cell. 165 (2), 488-496 (2016).</li><li>Byron, M., Hall, L. L., Lawrence, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+multifaceted+FISH+approach+to+study+endogenous+RNAs+and+DNAs+in+native+nuclear+and+cell+structures.">A multifaceted FISH approach to study endogenous RNAs and DNAs in native nuclear and cell structures.</a> Current Protocol of Human Genetics. , 15 (2013).</li><li>Chaumeil, J., Augui, S., Chow, J. C., Heard, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+immunofluorescence,+RNA+fluorescent+in+situ+hybridization,+and+DNA+fluorescent+in+situ+hybridization+to+study+chromatin+changes,+transcriptional+activity,+nuclear+organization,+and+X-chromosome+inactivation.">Combined immunofluorescence, RNA fluorescent in situ hybridization, and DNA fluorescent in situ hybridization to study chromatin changes, transcriptional activity, nuclear organization, and X-chromosome inactivation.</a> Methods in Molecular Biology. 463, 297-308 (2008).</li><li>Takizawa, T., Gudla, P. R., Guo, L., Lockett, S., Misteli, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Allele-specific+nuclear+positioning+of+the+monoallelically+expressed+astrocyte+marker+GFAP.">Allele-specific nuclear positioning of the monoallelically expressed astrocyte marker GFAP.</a> Genes &amp; Development. 22 (4), 489-498 (2008).</li><li>Kraus, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+3D+structured+illumination+microscopy+of+nuclear+structures.">Quantitative 3D structured illumination microscopy of nuclear structures.</a> Nature Protocols. 12 (5), 1011-1028 (2017).</li><li>Solovei, I., Cremer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D-FISH+on+cultured+cells+combined+with+immunostaining.">3D-FISH on cultured cells combined with immunostaining.</a> Methods in Molecular Biology. 659, 117-126 (2010).</li><li>Skinner, B. M., Johnson, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nuclear+morphologies:+their+diversity+and+functional+relevance.">Nuclear morphologies: their diversity and functional relevance.</a> Chromosoma. 126 (2), 195-212 (2017).</li><li>Schoenfelder, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+pluripotent+regulatory+circuitry+connecting+promoters+to+their+long-range+interacting+elements.">The pluripotent regulatory circuitry connecting promoters to their long-range interacting elements.</a> Genome Research. 25 (4), 582-597 (2015).</li><li>Lubeck, E., Cai, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-cell+systems+biology+by+super-resolution+imaging+and+combinatorial+labeling.">Single-cell systems biology by super-resolution imaging and combinatorial labeling.</a> Nature Methods. 9 (7), 743-748 (2012).</li><li>Beliveau, B. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-molecule+super-resolution+imaging+of+chromosomes+and+in+situ+haplotype+visualization+using+Oligopaint+FISH+probes.">Single-molecule super-resolution imaging of chromosomes and in situ haplotype visualization using Oligopaint FISH probes.</a> Nature Communication. 6, 7147 (2015).</li><li>Beliveau, B. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Versatile+design+and+synthesis+platform+for+visualizing+genomes+with+Oligopaint+FISH+probes.">Versatile design and synthesis platform for visualizing genomes with Oligopaint FISH probes.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (52), 21301-21306 (2012).</li><li>Samacoits, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+computational+framework+to+study+sub-cellular+RNA+localization.">A computational framework to study sub-cellular RNA localization.</a> Nature Communication. 9 (1), 4584 (2018).</li><li>Cardozo Gizzi, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microscopy-Based+Chromosome+Conformation+Capture+Enables+Simultaneous+Visualization+of+Genome+Organization+and+Transcription+in+Intact+Organisms.">Microscopy-Based Chromosome Conformation Capture Enables Simultaneous Visualization of Genome Organization and Transcription in Intact Organisms.</a> Molecular Cell. 74 (1), 212-222 (2019).</li><li>Mateo, L. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualizing+DNA+folding+and+RNA+in+embryos+at+single-cell+resolution.">Visualizing DNA folding and RNA in embryos at single-cell resolution.</a> Nature. 568 (7750), 49-54 (2019).</li><li>Nir, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Walking+along+chromosomes+with+super-resolution+imaging,+contact+maps,+and+integrative+modeling.">Walking along chromosomes with super-resolution imaging, contact maps, and integrative modeling.</a> PLoS Genetics. 14 (12), 1007872 (2018).</li><li>Bintu, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Super-resolution+chromatin+tracing+reveals+domains+and+cooperative+interactions+in+single+cells.">Super-resolution chromatin tracing reveals domains and cooperative interactions in single cells.</a> Science. 362 (6413), (2018).</li></ol>

El método actual describe un protocolo paso a paso para realizar ADN FISH multicolor 3D en una amplia gama de células primarias humanas. Aunque DNA FISH es una tecnología de uso amplio, el ADN 3D multicolor FISH en núcleos interfásicos 3D conservados sigue siendo difícil de realizar en muchos laboratorios, principalmente debido a las características de las muestras utilizadas23,24.
La traducción de nick de sonda es un paso fund...

Los eucariotas más altos necesitan condensar y compactar sistemáticamente una enorme cantidad de información genética en el espacio 3D minuto del núcleo1,2,3,4. Hoy en día, sabemos que el genoma está ordenado espacialmente en compartimentos y dominios topológicamente asociados5 y que los múltiples niveles de plegado de ADN generan contactos entre diferentes regiones genómicas que pueden implicar la formación de bucles de cromatina6,7. El bucle dinámico 3D de la cromatina puede influir en muchos procesos biológicos diferentes como la transcripción8,9,la diferenciación y desarrollo10,11, la reparación del ADN12,13, mientras que sus perturbaciones están implicadas en diversas enfermedades14,15,16 y defectos de desarrollo15,17,18.
Se han desarrollado muchos enfoques para estudiar la organización del genoma 3D. Se han desarrollado tecnologías basadas en la captura de conformación cromosómica (tecnologías C, 3C, 4C, 5C, Hi-C y derivados) para estudiar la organización del genoma en células fijas3,4,19,20. Estos enfoques se basan en la capacidad de capturar las frecuencias de contacto entre loci genómicos en proximidad física. Las tecnologías C, dependiendo de su complejidad, capturan la organización mundial del genoma 3D y la topología nuclear de una población celular3,4,19,20. Sin embargo, las interacciones 3D son dinámicas en el tiempo y el espacio, altamente variables entre las células individuales que consisten en interacciones multiplex, y son ampliamente heterogéneas21,22.
La hibridación in situ de la fluorescencia del ADN multicolor 3D (FISH) es una técnica que permite la visualización de loci genólicos específicos a un nivel de célula única, permitiendo la investigación directa de la arquitectura nuclear 3D de manera complementaria a las tecnologías C. Representa una tecnología utilizada actualmente para validar inequívocamente los resultados C. 3D multicolor DNA FISH utiliza sondas etiquetadas fluorescentmente complementarias a los loci genómicos de los intereses. El uso de diferentes fluoróforos y equipos de microscopía adecuados permiten la visualización contemporánea de múltiples objetivos dentro del espacio nuclear23,24. En los últimos años, FISH se ha combinado con los avances tecnológicos en microscopía para obtener la visualización de estructuras de escala fina a alta resolución25,26 o con enfoques CRISPR-Cas para la visualización de los ácidos nucleicos en imágenes en vivo27,28. A pesar de la amplia adopción, el enfoque 3D multicolor DNA FISH todavía se considera difícil en muchos laboratorios porque el material biológico utilizado debe adaptarse.
Aquí, proporcionamos un protocolo integral para el ADN 3D multicolor FISH (desde la preparación de células/sondas hasta el análisis de datos) aplicable a una amplia gama de células primarias humanas, permitiendo la visualización de múltiples loci genómicos y preservando la estructura 3D de los núcleos. Para estudiar la arquitectura nuclear, se debe preservar la estructura 3D de los núcleos. Por esta razón, contrastando con otros protocolos existentes29,30,31,evitamos el uso de un gradiente alcohólico y el almacenamiento de los cubreobjetos en alcohol que puede afectar a la estructura de la cromatina32. El método se adapta a partir de los protocolos FISH de ADN 3D conservados24,33 para aplicarse a una amplia gama de células primarias humanas, tanto aisladas ex vivo o cultivadas in vitro. Existen parámetros de permeabilización y desproteinización para diferentes morfologías nucleares y características citológicas (por ejemplo, diferentes grados de compactación nuclear, abundancia de citoesqueleto)34. Estos parámetros se describen generalmente en otros protocolos24,33, sin proporcionar una clara discriminación del procedimiento dentro de diferentes tipos de células. Además, desarrollamos una herramienta específica llamada NuCL-D (localizador de contactos nucleares en 3D)16,proporcionando principios para el análisis de datos que mejorarán la proximidad 3D entre diferentes loci y su distribución topológica nuclear dentro del espacio nuclear de forma automatizada.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>24-well plates</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>142475</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6-well plates</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>140675</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Digoxigenin 488</td>
			<td>DBA</td>
			<td>DI7488</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>b-Mercaptoethanol</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>M3148</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>bFGF</td>
			<td>PeproTech</td>
			<td>100-18B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biotin 11 d-UTP</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>R0081</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BSA (bovine serum albumine)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>A7030</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coverlsips</td>
			<td>Marienfeld</td>
			<td>117500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CY3 d-UTP</td>
			<td>GE Healthcare</td>
			<td>PA53022</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DAPI (4,6-diamidino-2-phenylindole)</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>D21490</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deoxyribonucleic acids single strand from salmon testes</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>D7656</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dextran sulfate (powder)</td>
			<td>Santa Cruz</td>
			<td>sc-203917A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digoxigenin 11 d-UTP</td>
			<td>Roche</td>
			<td>11093088910</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>21969-035 500mL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DNA polymerase I</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>18010-017</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DNase I</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>AMPD1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dNTPs (C-G-A-T)</td>
			<td>Euroclone</td>
			<td>BL0423A/C/G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EGF</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>E9644.2MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>02860-1L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FBS Hyclone</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>SH30109</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Formaldehyde solution</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>F8775-25mL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Formamide</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>F9037</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glutammine</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>25030-024 100mL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycerol</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>G5516-100mL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycogen</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>AM9510</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HCl</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>30721</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human Cot-1 DNA</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>15279-001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Insulin Human</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>I9278-5 mL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MgCl2</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>63069</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaAc (Sodium Acetate, pH 5.2, 3 M)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>S2889</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>S9888</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraformaldehyde</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>158127-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PBS (phosphate-buffered saline)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P4417</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pennycillin/Streptavidin</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>15070-063 100mL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pepsin</td>
			<td>Biorad</td>
			<td>P6887</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PhasePrep BAC DNA Kit</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>NA0100-1KT</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly-L-lysine solution</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P8920</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ProLong Diamond Antifade Mountant</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>P36970</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PureLink Quick Gel Extraction &#38; PCR Purification Combo Kit</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>K220001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PureLink Quick Plasmid Miniprep Kit</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>K210010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RNAse cocktail</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>AM2288</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rubbercement</td>
			<td>Bostik</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Slides</td>
			<td>VWR</td>
			<td>631-0114</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Streptavidina Alexa fluor 647</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>S21374</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tri-Sodium Citrate</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>1110379026</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris-HCl</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>T3253-500g</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>T8787-250mL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TWEEN 20</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P9416-100mL</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

3d multicolor dna fish tool to study nuclear architecture in human primary cells

Una de las principales preguntas en la biología celular es la organización genómica dentro del espacio nuclear y cómo la arquitectura de la cromatina puede influir en procesos como la expresión génica, la identidad celular y la diferenciación. Muchos enfoques desarrollados para estudiar la arquitectura 3D del genoma se pueden dividir en dos categorías complementarias: tecnologías basadas en la captura de conformación cromosómica (tecnologías C) e imágenes. Mientras que el primero se basa en la captura de la conformación cromosómica y las interacciones proximales del ADN en una población de células fijas, la segunda, basada en la hibridación in situ por fluorescencia del ADN (FISH) en núcleos conservados en 3D, permite la visualización contemporánea de múltiples loci a un solo nivel de célula (multicolor), examinando sus interacciones y distribución dentro del núcleo (3D multicolor DNA FISH). La técnica del ADN multicolor 3D FISH tiene una limitación de visualizar sólo unos pocos loci predeterminados, no permitiendo un análisis exhaustivo de la arquitectura nuclear. Sin embargo, dada la solidez de sus resultados, 3D multicolor DNA FISH en combinación con la microscopía 3D y la reconstrucción de imágenes es un método posible para validar los resultados basados en la tecnología C y para estudiar inequívocamente la posición y organización de loci específicos a un solo nivel de célula. Aquí, proponemos un método paso a paso de 3D multicolor DNA FISH adecuado para una amplia gama de células primarias humanas y discutimos todas las acciones prácticas, pasos cruciales, nociones de imagen 3D y análisis de datos necesarios para obtener un multicolor 3D exitoso e informativo DNA FISH dentro de diferentes contextos biológicos.

El método de ADN multicolor 3D FISH descrito en este artículo permite la visualización contemporánea de diferentes loci genómicos dentro de los núcleos 3D conservados(Figura 1B). Este protocolo permite medir las distancias entre los alelos y los diferentes loci genómicos para evaluar su proximidad espacial, y evaluar su ubicación dentro del espacio nuclear (por ejemplo, la distancia de loci desde el centroide o la periferia de los núcleos)16....

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3D Multicolor DNA FISH Tool to Study Nuclear Architecture in Human Primary Cells

3D multicolor DNA FISH representa una herramienta para visualizar múltiples loci genómicos dentro de núcleos conservados 3D, definiendo inequívocamente sus interacciones recíprocas y localización dentro del espacio nuclear a un solo nivel de célula. Aquí, se describe un protocolo paso a paso para un amplio espectro de células primarias humanas.

Herramienta 3D Multicolor DNA FISH para estudiar la arquitectura nuclear en células primarias humanas

A major question in cell biology is genomic organization within the nuclear space and how chromatin architecture can influence processes such as gene ...

3D multicolor DNA FISH permite la visualización de múltiples loci genómicos dentro de núcleos conservados para definir ambiguamente su interacción recíproca y localización a nivel de una sola célula. 3D multicolor DNA FISH permite la investigación directa de la arquitectura nuclear. En general, funciona en conjunto con tecnologías basadas en la captura de cromosomas, lo que convierte a la técnica en una herramienta disponible para la validación de datos C dentro de celdas individuales.Demostrando el procedimiento estará Federica Marasca. Es posdoctora en mi laboratorio. Comience incubando la mezcla de traducción de nick en un mezclador térmico a 16 grados Celsius de acuerdo con la longitud del material de ADN inicial.Al final de la incubación, compruebe el tamaño de las sondas en un gel de agarosa del 2,2%. Para cada experimento DNA FISH, precipitar la cantidad adecuada de sonda de acuerdo con el material de ADN de partida a partir del cual se produjeron las sondas en 150 microlitros de agua doble destilada, 20 microgramos de ADN esperma de salmón sin etiquetar, 3,5 microgramos de ADN Cot-1 específico de la especie, tres volúmenes de 100% de etanol y un volumen de 1/10 de tres molares de acetato de sodio durante una hora a menos 80 grados Centígrados. Al final de la incubación, centrifuga la muestra a velocidad máxima durante una hora a cuatro grados centígrados.Después de desechar el sobrenadante, lave el pellet dos veces con 500 microlitros de 70%etanol. Después del segundo lavado, resuspender el pellet en dos microlitros de 100%formamida y agitar la sonda durante 30 minutos a 40 grados Celsius antes de agregar un volumen igual de citrato de sodio salino 4X en sulfato de 20%dextrano. Para el pretratamiento de fijación y permeabilización de células pequeñas con núcleos pequeños y una baja cantidad de citoplasma, primero agregue dos veces 10 a las sextas células en 200 microlitros de PBS directamente sobre cubiertas de vidriolips en pozos individuales de una placa de 24 pozos y permita que las células se asienten durante 30 minutos a temperatura ambiente.Al final de la incubación, reemplace rápidamente el PBS por 300 microlitros de 4%paraformaldehído recién preparado complementado con 0.1%Tween 20. Después de 10 minutos, lave las células fijas tres veces en 300 microlitros de 0.05%TPBS durante cinco minutos por lavado a temperatura ambiente. Después del último lavado, permeabilizar las células T con 300 microlitros de 0.5%TPBS durante 10 minutos a temperatura ambiente antes de tratar las células con 250 microlitros por pozo de cóctel RNAse diluido 1:100 en PBS durante una hora a 37 grados Celsius.Al final de la incubación, enjuague las células en 300 microlitros de PBS y agregue 300 microlitros de 20% de glicerol en PBS a cada pozo con una incubación durante la noche a cuatro grados centígrados. A la mañana siguiente, coloque el vaso sobre hielo seco durante 15 a 30 segundos para congelar las células antes de descongelar gradualmente las muestras a temperatura ambiente y remojarlas en 300 microlitros de 20% de glicerol en PBS durante 30 segundos. Después de congelar/descongelar las células tres veces más como se acaba de demostrar, lave las muestras en 300 microlitros de 0,5%TPBS durante cinco minutos a temperatura ambiente, seguidos de dos lavados en 300 microlitros de 0,05%TPBS durante cinco minutos por lavado a temperatura ambiente.Después del último lavado, tratar las células con 300 microlitros de ácido clorhídrico normal 0,1 durante 12 minutos a temperatura ambiente, seguidos de dos enjuagues en 300 microlitros de citrato de sodio salino. A continuación, fije las muestras durante la noche en 300 microlitros de 50% de formamida en citrato de sodio salino 2X a temperatura ambiente. Para la fijación, pretratamiento y permeabilización de células grandes con una alta cantidad de citoplasma, fijar, pretratar y permeabilizar las células de forma similar a como se demostró para las células T primarias humanas y tratar las muestras con 300 microlitros de 0.0025%pepsin en 0.01 ácido clorhídrico normal durante unos segundos hasta cinco minutos.Observar las células bajo un microscopio óptico y detener la reacción con dos lavados de cinco minutos en 300 microlitros de cloruro de magnesio 50 mililitros tan pronto como los núcleos estén libres del citoplasma, pero los nucleoli siguen siendo visibles e intactos. Para el ADN multicolor 3D FISH, desnaturaliza las sondas de hibridación a 80 grados Celsius durante cinco minutos e inmediatamente coloca las sondas sobre hielo. Cargue las sondas en una diapositiva de microscopio limpia y coloque una cubierta de células en cada gota de sonda.Selle los bordes de los cubreobjetos con cemento de goma. Cuando el cemento se haya secado por completo, desnaturaliza las muestras en un bloque de calentamiento de 75 grados Celsius. Después de cuatro minutos, hidrata las muestras a 37 grados centígrados durante la noche en una caja metálica flotando en un baño de agua.A la mañana siguiente, despegue el cemento de goma y con los portaobjetos sumergidos en citrato de sodio salino 2X levante cuidadosamente los cubreobjetos. Coloque cada cubreobjetos en pozos individuales de una placa de seis pozos que contenga dos mililitros de citrato de sodio salino fresco por pozo para dos lavados de cinco minutos a 37 grados centígrados con temblores a 90 revoluciones por minuto. Al final de la incubación, enjuague brevemente los cubreobjetos en dos mililitros de 0,2%Tween 20 en citrato de sodio salino 4X.Para la detección de ADN DE ADN multicolor 3D, transfiera los cubreobjetos a pozos individuales de una nueva placa de 24 pozos y bloquee cualquier unión no específica en 300 microlitros de búfer de bloqueo durante 20 minutos a 37 grados Celsius y 20 revoluciones por minuto. Al final de la incubación, tratar las muestras con la concentración adecuada de anti-digoxigenina y/o estreptavidina diluida en tampón de bloqueo durante 35 minutos en una cámara oscura y húmeda a 37 grados centígrados. Al final de la incubación, transfiera las muestras a pozos individuales de una placa de seis pocillos y lave las muestras tres veces en dos mililitros de citrato de sodio salino de 0,2% y 4X de citrato de sodio salino durante cinco minutos por lavado con agitación a 90 revoluciones por minuto.Después del último lavado, equilibre las muestras en dos mililitros de PBS antes de transferir los cubreobjetos a una nueva placa de 24 pozos para la post-fijación en 300 microlitros de 2% formaldehído en PBS por pozo durante dos minutos a temperatura ambiente. Lavar las células fijas cinco veces brevemente en 300 microlitros de PBS, seguido de tinción con DAPI diluido a un nanograto por mililitro en 300 microlitros de PBS durante cinco minutos a temperatura ambiente. Lave los cubreobjetos cinco veces más en PBS y monte las muestras con un medio de montaje adecuado.A continuación, adquiera imágenes 3D con un sistema de microscopio. 3D multicolor DNA FISH permite la visualización contemporánea de diferentes loci genómicos dentro de núcleos 3D conservados. Para la preparación de la sonda de ADN, un tamaño de sonda de menos de 200 pares base garantiza un procedimiento exitoso de ADN DE ADN multicolor 3D.Las sondas FISH de ADN subóptimo producidas por la traducción de nicks pueden ser parcialmente o sobre digeridas. Las sondas digeridas en exceso darán lugar a una señal inespecífica debido a una pérdida de especificidad en la hibridación y un aumento consecuente del fondo. Para los linfocitos T primarios humanos y las células pequeñas con núcleos pequeños y una baja cantidad de citoplasma, se recomienda un tratamiento normal de ácido clorhídrico de 12 minutos y 0,1 para promover la accesibilidad de los núcleos a las sondas de ADN y preservar la integridad nuclear.La digestión de la pepsina citoplasma no es necesaria para obtener una buena señal de ADN FISH en células pequeñas. Para los mioblastos primarios humanos y las células que tienen núcleos grandes y citoplasma abundante, sin embargo, el paso de pepsinización es fundamental. Una pepsinización de citoesqueleto corta y subóptima obstaculizará la entrada de la sonda en los núcleos que terminan en ausencia de una señal FISH de ADN.Sin embargo, si las células están sobre pepsinizadas, los núcleos no permanecerán intactos perdiendo su estructura 3D. Un ADN multicolor 3D exitoso FISH dará lugar a la presencia de señal dentro de los núcleos. Sugiero trabajar con material biológico fresco, probar sondas antes de realizar el ADN multicolor 3D FISH, preparar soluciones frescas y ser precisos con los tiempos de incubación y las temperaturas.Recuerde que formamida y HCL son sustancias peligrosas y siempre deben utilizarse en una campana química con materiales desechables adecuados.

Research

JoVE Journal

Genetics

Parallel Measurement of Circadian Clock Gene Expression and Hormone Secretion in Human Primary Cell Cultures

La medición paralela de la expresión de genes circadianos del reloj y Hormona en cultivos celulares primarios humanos

Circadian clocks are functional in all light-sensitive organisms, allowing for an adaptation to the external world by anticipating daily environmental ...

Investigación

Genética

Engineering Artificial Factors to Specifically Manipulate Alternative Splicing in Human Cells

Factores artificiales de ingeniería para manipular específicamente empalme alternativo en células humanas

The processing of most eukaryotic RNAs is mediated by RNA Binding Proteins (RBPs) with modular configurations, including an RNA recognition module, which ...

Laser Microirradiation to Study In Vivo Cellular Responses to Simple and Complex DNA Damage

Laser Microirradiation to Study In Vivo Cellular Responses to Simple and Complex DNA Damage

Microirradiation láser para estudiar In Vivo las respuestas celulares al daño en el ADN Simple y complejo

DNA damage induces specific signaling and repair responses in the cell, which is critical for protection of genome integrity. Laser microirradiation ...

Immunostaining for DNA Modifications: Computational Analysis of Confocal Images

Immunostaining para modificaciones de ADN: análisis computacional de imágenes confocales

For several decades, 5-methylcytosine (5mC) has been thought to be the only DNA modification with a functional significance in metazoans. The discovery of ...

ATAC-seq Assay with Low Mitochondrial DNA Contamination from Primary Human CD4+ T Lymphocytes

Ensayo de ATAC-seq con ADN mitocondrial baja contaminación primaria humana CD4 + linfocitos T

ATAC-seq has become a widely used methodology in the study of epigenetics due to its rapid and simple approach to mapping genome-wide accessible ...

Enhanced Yeast One-hybrid Screens To Identify Transcription Factor Binding To Human DNA Sequences

Pantallas de un híbrido levadura mejorada para identificar el Factor de transcripción atar a las secuencias de ADN humano

Identifying the sets of transcription factors (TFs) that regulate each human gene is a daunting task that requires integrating numerous experimental and ...

Multi-locus Variable-number Tandem-repeat Analysis of the Fish-pathogenic Bacterium Yersinia ruckeri by Multiplex PCR and Capillary Electrophoresis

Multi-locus Variable-number Tandem-repeat Analysis of the Fish-pathogenic Bacterium Yersinia ruckeri by Multiplex PCR and Capillary Electrophoresis

Multi-locus Variable-número Tándel-repetir Análisis de la Bacteria Patógena de Peces Yersinia ruckeri por Multiplex PCR y Electroforesis Capilar

Yersinia ruckeri is an important pathogen of farmed salmonids worldwide, but simple tools suitable for epizootiological investigations (infection tracing, ...

Navigating MARRVEL, a Web-Based Tool that Integrates Human Genomics and Model Organism Genetics Information

Navegando por MARRVEL, una herramienta basada en la Web que integra la genómica humana y la información genética de organismos modelo

Through whole-exome/genome sequencing, human geneticists identify rare variants that segregate with disease phenotypes. To assess if a specific variant is ...

In Vivo Functional Study of Disease-associated Rare Human Variants Using Drosophila

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En Vivo Estudio Funcional de Variantes Humanas Raras Asociadas a la Enfermedad Usando Drosophila

Advances in sequencing technology have made whole-genome and whole-exome datasets more accessible for both clinical diagnosis and cutting-edge human ...

Characterization of In Vitro Differentiation of Human Primary Keratinocytes by RNA-Seq Analysis

Caracterización de la diferenciación in vitro de los queratinocitos primarios humanos por análisis de ARN-Seq

Human primary keratinocytes are often used as in vitro models for studies on epidermal differentiation and related diseases. Methods have been reported ...