Analisi di LINE-1 retrotrasposizione al Nucleo livello singolo
Summary
Qui ci avvaliamo di una metodologia per monitorare FISH LINE-1 retrotrasposizione a livello di nuclei singolo degli spread dei cromosomi di linee cellulari HepG2 esprimono stabilmente sintetica LINE-1.
Abstract
Long interspersed nuclear element-1 (Line-1 or L1) accounts for approximately 17% of the DNA present in the human genome. While the majority of L1s are inactive due to 5′ truncations, ~80-100 of these elements remain retrotransposition competent and propagate to different locations throughout the genome via RNA intermediates. While older L1s are believed to target AT rich regions of the genome, the chromosomal targets of newer, more active L1s remain poorly defined. Here we describe fluorescence in situ hybridization (FISH) methodology that can be used to track patterns of L1 insertion and rates of ectopic L1 incorporation at the single nucleus level. In these experiments, fluorescein isothiocyanate/cyanine-3 (FITC/CY3) labeled neomycin probes were employed to track L1 retrotransposition in vitro in HepG2 cells stably expressing ectopic L1. This methodology prevents errors in the estimation of rates of retrotransposition posed by toxicity and account for the occurrence of multiple insertions into a single nucleus.
Introduction
Umana Lungo intersperse nucleare Element-1 (Linea-1 o L1) è un elemento mobili ed autonome che si propaga all'interno del genoma attraverso un "copia e incolla" meccanismo di retrotrasposizione. Un tipico L1 umano è lunga ~ 6 kb e consiste di un 5'UTR (Regione Untranslated) che serve come un promotore, due telai di lettura aperti (ORF): L1 -ORF1 e L1 -ORF2, e un 3'UTR con polyA . coda L1 proteina -ORF1 ha tre ambiti distinti: un dominio della bobina a bobina, RNA riconoscimento Motif e dominio C-terminale, mentre la proteina L1 -ORF2 ha endonucleasi, trascrittasi inversa e cisteina domini ricchi 1,2,3,4,5. L1 -ORF1 presenta attività chaperone acidi nucleici, mentre L1 -ORF2 fornisce attività enzimatiche, con entrambe le proteine necessarie per la retrotrasposizione 1,2,6.
Un ciclo di L1 retrotransposition inizia con la trascrizione dal 5'UTR di L1 </em> mRNA bicistronico dalla RNA polimerasi II, traslocazione nel citoplasma, e la traduzione. Nel citoplasma, L1 -ORF1 mostre sia -Binding cis dove si confeziona il proprio RNA o -Binding trans dove confeziona altri RNA (vale a dire, seno / SVAS / pseudogeni) per formare una particella ribonucleoproteina (RNP) con L1 -ORF2p 7, 8. RNP traslocano nel nucleo dove l'attività endonucleasi di L1 -ORF2p nick DNA genomico (gDNA) per esporre un OH – gruppo 9, che è a sua volta utilizzato per la trascrittasi inversa per innescare e invertire RNA sintetizzare il DNA dalla fine del 3 '. Durante la sintesi inverso, il secondo filamento di DNA viene scalfito 7-20 bp dal sito originale nick per creare interruzioni sfalsati che sono riempiti per formare le firme sequenza di inserzione L1 (per esempio, TTTTAA) chiamati duplicazioni del sito di destinazione (TSD) 9,10. Questo processo è noto come primo obiettivo trascrizione inversa (TPRT) e porta a Insertisu di copie complete o tronco di L1 / altri DNA con TSDS a entrambe le estremità della sequenza inserita. L1 retrotrasposizione ha anche dimostrato di essere mediata attraverso TPRT come non omologa end-joining in alcuni tipi di cellule 11.
Il vettore L1 retrotransposition impiegato nei nostri studi è non-episomiale e consiste contrassegnati L1 -ORF1 e 2p guidata da promotori CMV-L1-5'UTR combinate (Figura 1) 12. Le versioni precedenti di questo costrutto sono stati descritti in studi utilizzando lievito e colture di cellule umane 13,14,15. Due promotori CMV distinti situati al 5 'e 3' estremità del vettore, con estremità 3 'collocato in orientamento inverso per guidare l'espressione di neomicina dopo splicing e integrazione. L'indicatore retrotransposition cassette all'estremità 3 'è costituito da un neomicina gene inserito antisenso per L1 -ORFs e reso inattivo mediante separazione in due metà da una globin introni con donatore impiombato (SD) e siti accettore impiombato (SA) (Figura 1). Dopo integrazione in un cromosoma, L1 è trascritto dal promotore comune per produrre un mRNA che consiste di un mRNA bicistronico e inattiva mRNA neomicina. Durante l'elaborazione RNA, l'introne globina è impiombato dal gene neomicina per ripristinare un gene neomicina completamente funzionale. L'mRNA ibrido è confezionato in un RNP in cis e traslocato nel nucleo dove è integrato nel genoma sia come lunghezza totale o troncate inserimenti utilizzando TPRT.
Qui si descrive un metodo che utilizza ibridazione in situ fluorescente (FISH) con sonde specificamente dirette al gene neomicina impiombato (Sneo) per monitorare i modelli -retrotransposiition L1 e tassi di inserimento a livello di nucleo singolo. L'efficienza e la specificità di rilevazione è stata confermata usando retrotrasposizione competente e costrutti incompetenti e sonde per detect Sneo o la neomicina e globina giunzione introne 16. Questa metodologia rappresenta per alcune delle carenze di analisi retrotrasposizione a base di coltura cellulare, ad esempio più inserimenti, resistenza colonia e l'espansione del clone favorevole.
Protocol
Representative Results
Discussion
Metodologie come il sequenziamento dell'intero genoma, inversa PCR e Southern blotting sono stati impiegati per studiare L1 retrotrasposizione. Sebbene queste metodologie sono estremamente utili nel localizzare dove si verificano inserimenti L1 all'interno di genomi, una sfida confusione per tutti loro è la necessità per la programmazione in-silico per riassemblare sequenze. La metodologia FISH descritta qui è concepito per integrare questi metodi, soprattutto nel caso di studi che …
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported in part by grants from the National Institute of Environmental Health Sciences (ES014443 and ES017274) and AstraZeneca to KSR.
Materials
| Labeling Probes | |||
| Go Tag DNA polymerase | Promega | M3178 | |
| GO Tag 10X colorless buffer | Promega | M3178 | |
| Individual dNTP | Sigma | DNTP10 | Adjust the concentration of dATP, dGTP, dCTP to 2mM and dTTP to 1.5mM in nuclease free water. |
| dUTP-16-Biotin (0.5mM) | Roche | 11093070910 | |
| dUTP-FITC (0.5mM) | Thermo Scientific | R0101 | |
| dUTP-CY3 (0.5mM) | Sigma | GEPA53022 | |
| MIRUS FISH Labeling Kit | MIRUS | MIR3625 | |
| MIRUS FISH Labeling Kit | MIRUS | MIR3225 | |
| NucleoSpin PCR Clean-Up kit | Qiagen | 1410/0030 | Any PCR clean reagent can be used in place of NucleoSpin PCR Clean Up Kit |
| PCR Machine | Any Thermocycler machine can be used to amplify the label product. | ||
| Agarose | Sigma | A9539 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Preparing chromosome Spreads. | |||
| Colcemid | Life Technologies | 15212-012 | Add Colcemid directly to growth media to a final concentration of 0.4 µg/mL |
| 1M KCl | Sigma | P9541 | Dilute 1M KCl solution to 75 mM solution to make Hypotonic Solution |
| Carnoy Fixative Solution | Mix 3 volumes of methanol and 1 volume of acetic acid to make Carnoy Fixative Solution. Make Fresh everytime. | ||
| Methanol | Sigma | 322415 | |
| Acetic acid | Sigma | 320099 | |
| Hoechst-33342 | Thermo Scientific | 62249 | Dissolve Hoechst-33342 in PBS to final concentration of 1 mg/mL. |
| Diamond Point Marker | Thermo Scientific | 750 | |
| Frosted Slides | Thermo Scientific | 2951-001 | |
| Trypsin-EDTA (0.25%) | Life Technologies | R001100 | To detech cells, incubate cell in Trypsin for 5 mins and inactive with equal volume of complete media |
| Cover slides | VWR | 48366067 | |
| Coplin Jars | Thermo Scientific | 107 | |
| Heat Block | Any heat block can be used for this purpose, though blocks fitted for heating slides are recommended. | ||
| Beaker (600ml) | Sigma | CLS1003600 | Fill the beaker with water, heat to boil, use the hot steam to burst chromosomes. |
| Nikon Microscope | Nikon | 125690 | Any microscope can be used to look at spread quality. |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Reagents and Materials for FISH | |||
| Trisodium citrate | Sigma | S1804 | |
| Sodium Chroride | Sigma | S3014 | |
| Formamide | Sigma | F9037 | |
| Tween-20 | Sigma | F1379 | |
| Detran Sulfate | Sigma | D8906 | |
| SDS | Sigma | L3771 | |
| Salmon Sperm DNA | Life Technologies | 15632-011 | |
| Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma | A8531 | |
| HCl (N) | Sigma | 38283 | |
| Ethyl Alcohol | Sigma | 459844 | |
| Methanol | Sigma | 322415 | |
| DPBS | Life Technologies | 14190-250 | |
| NaOH | Sigma | S8045 | |
| Rnase A | Sigma | R4642 | |
| Pepsin | Sigma | P6887 | |
| Paraformaldehyde (PFA) | Sigma | P6148 | |
| Hoechst-33342 | Thermo Scientific | 62249 | Dissolve Hoechst-33342 in PBS to final concentration of 1 mg/mL. |
| Rubber Cement/Cytobond Sealant | 2020-00-1 | ||
| Seven Coplin Jars | Thermo Scientific | 107 | |
| Dark Humidified chamber | Sigma | CLS2551 | |
| Cover slides | VWR | 48366067 | |
| Dry Digital Heat Block | VWR | 13259 | |
| Fluorescence Microscope | |||
| 20X Saline-Sodium Citrate (20X SSC) | Combine 175 g of NaCl, and 88.2 g of trisodium citrate with 800 mL of molecular grade H2O. Stir while adjusting to pH 7. Once the all salts dissolve, adjust the volume to 1 L and filter through 0.22 µm Filter paper. Store at 4 °C. | ||
| 1mg/mL of Rnase A | Dilute 20X SSC buffer to 2X SSC buffer. Dissolve RNase A in 2X SSC buffer to a final concentration of 1 mg/mL. Make fresh solution every time. | ||
| 1% Pepsin | Dissolve pepsin (W/V) in 10 mM HCl to a final concentration of 1 % solution. Make fresh every time. | ||
| 4% Paraformaldehyde (4% PFA) | Weigh 4.0 g of PFA in fume hood, add 50 mL of 1xPBS, heat to 60 °C while stirring and adjust the pH with drops of NaOH until all PFA dissolves and the solution becomes clear. Adjust the volume to 100 mL, filter through 0.22 µm Filter paper and store 5 mL aliquots at -20 °C. Thaw aliquot of PFA at 37 °C for 10-15 min for subsequent uses. Adjust filter size depending on amount of paraformaldehyde. | ||
| Wash Buffer | Combine 100 mL of Formamide (20%) with 2.5 mL of 20X SSC, adjust to pH 7 with 1.0 M HCl and bring the volume to 500 mL with molecular grade H2O. | ||
| Hybridization Buffer | Combine 50% formamide, 10% dextran sulfate, 0.1% SDS, and 300 ng/mL Salmon Sperm DNA in 2X SSC buffer. Amount of Formamide determine how focused chromatids are, titrate the amount | ||
| Detection Buffer | Dilute 20X SSC buffer to 4X and add 0.2% Tween-20 to make detection buffer. | ||
| Blocking Buffer | Combine 5% bovine serum albumin (BSA) with 0.2% Tween-20 in 4X SSC buffer. | ||
| Dehydrating Solution | Make 70%, 80%, and 95% ethanol solutions. |
Referenzen
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