Misurazione danno al DNA e ripristina in mouse Splenociti Dopo cronica<em> In Vivo</em> L'esposizione a dosi molto basse di beta e gamma Radiazioni
Summary
A protocol to evaluate changes in DNA damage levels and DNA repair capacity that may be induced by chronic in vivo low dose irradiation in mouse spleen lymphocytes, by measuring phosphorylated histone H2AX, a marker of DNA double-strand breaks, using flow cytometry is presented.
Abstract
Esposizione radiazione bassa dose può produrre una varietà di effetti biologici che sono diversi nella quantità e qualità degli effetti prodotti dalle alte dosi di radiazioni. Affrontare le questioni relative alla sicurezza della salute ambientale, occupazionale e del pubblico in modo adeguato e scientificamente giustificata pesantemente si basa sulla capacità di misurare con precisione gli effetti biologici degli inquinanti a basso dosaggio, come ad esempio le sostanze ionizzanti radiazioni e chimiche. Danno al DNA e riparazione sono i più importanti indicatori precoci di rischi per la salute a causa delle loro potenziali conseguenze a lungo termine, come il cancro. Qui si descrive un protocollo per studiare l'effetto di cronica esposizione vivo a basse dosi di γ- e β-radiazione sul danno e riparazione del DNA nelle cellule del mouse milza. Con un pennarello comunemente accettata di DNA rotture del doppio filamento, fosforilata H2AX istone chiamato γH2AX, dimostriamo come può essere utilizzato per valutare non solo i livelli di danno al DNA, ma cambia anchenella capacità di riparazione del DNA potenzialmente prodotto da basse dosi di esposizione in vivo. Citometria a flusso consente la misurazione veloce, precisa e affidabile di immunofluorescently etichettato γH2AX in un gran numero di campioni. DNA a doppio filamento break riparazione può essere valutata esponendo splenociti estratte ad una dose di 2 Gy impegnativo per produrre un numero sufficiente di DNA rompe per innescare riparazione e misurando l'indotto (1 hr post-irradiazione) e danno al DNA residuo (24 ore post-irraggiamento). Danno al DNA residuo sarebbe indicativo di riparazione incompleta e il rischio di instabilità genomica a lungo termine e il cancro. In combinazione con altri metodi e punti finali che possono essere facilmente misurati in tali studi in vivo (ad esempio, aberrazioni cromosomiche, frequenze micronuclei in reticolociti midollo osseo, l'espressione genica, ecc), questo approccio consente una valutazione accurata e contestuale degli effetti biologici dei fattori di stress di basso livello.
Introduction
Polemiche significativo sopra i potenziali effetti dannosi di una dosi basse o molto basse di radiazioni e la paura del pubblico delle radiazioni, guidata da immagini dei bombardamenti atomici di Hiroshima e Nagasaki e di incidenti impianti nucleari rari ionizzanti (aggravato dai mass media), ha portato a molto regolamento sulla radioprotezione rigorosa e standard che non sono potenzialmente scientificamente giustificata. Negli ultimi tre decenni, numerosi studi hanno documentato sia la mancanza di nocivo e la presenza di effetti biologici potenzialmente benefici indotti da radiazioni a basso dosaggio 1-4. Il principale fattore di rischio per la salute di radiazioni è la probabilità di cancro, stimato sulla base di studi epidemiologici di sopravvissuti alla bomba atomica che ricevono dosi medio-alti di radiazioni. Estrapolazione lineare di questi dati (cosiddetti lineare senza soglia o il modello LNT) viene utilizzato per stimare i rischi di cancro a basse dosi. Tuttavia, questo approccio non ha ricevuto l'accettazione scientifica a livello mondialeed è fortemente dibattuto 5.
E 'evidente che sono necessari ulteriori studi per chiarire questo punto e possibilmente migliorare gli standard di protezione dalle radiazioni. Tali studi dovrebbero coinvolgere trattamenti cronici (meglio ravvicinamento delle esposizioni ambientali e professionali), de modelli animali in vivo (migliore per gli effetti per la salute umana estrapolando) e tali end-point come la frequenza dei danni del DNA, riparazione del DNA e mutagenesi. E 'noto che il DNA è l'obiettivo primario per danneggiare gli effetti delle radiazioni e incomplete o mis-riparazione può portare a mutagenesi e cancro sviluppo 6.
DNA rotture del doppio filamento (DSB) sono uno dei tipi più deleteri di lesioni del DNA e possono portare a morte cellulare e tumorigenesi 7. È quindi importante poter affidabile e preciso misurare il livello di DSB dopo esposizione a radiazioni dose bassa e / o di altri fattori di stress, come le sostanze chimiche. Uno dei marcatori più sensibili e specificidi DSB DNA è fosforilata istone H2AX, chiamato γH2AX 8, ma altri indicatori e metodi sono stati suggeriti 9,10. Si stima che migliaia di molecole H2AX, in prossimità di un DSB indotto, sono coinvolti nella formazione del γH2AX consentire l'individuazione dei singoli DSB, mediante l'etichettatura immunofluorescenza con un anti-γH2AX anticorpi e microscopia a fluorescenza 11. La risposta è molto rapida, raggiungendo il massimo tra 30 e 60 min. Esistono prove che γH2AX facilita la riparazione del DNA DSB, attirando altri fattori di riparazione per i siti di pause e modificando la struttura della cromatina per ancorare le estremità del DNA rotto e l'accesso di altre proteine di riparazione (recensito in 12). Al termine della riparazione di DSB DNA, γH2AX viene de-fosforilata e / o subisce il degrado, e le molecole di nuova sintesi H2AX sostituire γH2AX nelle zone colpite della cromatina 10. Formazione e la perdita di γH2AX monitoraggio può,di conseguenza, fornire una stima accurata dei DSB DNA cinetica di riparazione. Questo approccio è stato utilizzato per studiare la riparazione di DSB in varie linee cellulari tumorali umane irradiate con dosi elevate di radiazioni e il suo tasso e livelli DSB residui hanno dimostrato di correlazione con radiosensibilità 13-15.
Abbiamo modificato questo approccio sperimentale e applicata a un studio sui topi in vivo per esaminare gli effetti di basse dosi di γ- cronica e β-irradiazione sui livelli e di riparazione (Figura 1) DSB DNA. In primo luogo, abbiamo dimostrato un metodo per eseguire un lungo periodo di esposizione cronica di topi di β-radiante emessa da trizio (idrogeno-3) in forma di acqua triziata (HTO) o trizio organicamente (OBT) disciolto in acqua potabile . Le due forme dovrebbero accumulo e / o distribuire diverso nel corpo e, quindi, produrre diversi effetti biologici. Entrambe le forme sono potenziali rischi nel settore nucleare. Questo trattamentoè affiancata da esposizione cronica a γ-radiazioni ad una dose equivalente di consentire un corretto confronto tra i due tipi di radiazione, che è cruciale per la valutazione della loro efficacia biologica relativa. Beta-radiazioni è composto di elettroni, il che rende molto diversa dalla γ-radiazioni, fotoni ad alta energia. A causa di questa differenza, Β-radiazioni rappresenta pericolo per la salute principalmente interno e può produrre effetti biologici diversi rispetto a γ-radiazioni. Questa complicanza provocato controversie significativi rispetto alla regolazione di esposizione a β-radiazione emessa da HTO. Pertanto, i livelli di regolamentazione degli HTO in acqua potabile per il pubblico variano da 100 Bq / L in Europa a 75.000 Bq / L in Australia. È, quindi, importante confrontare gli effetti biologici di HTO a dosi equivalenti di γ-radiazioni. In secondo luogo, il tasso di DSB DNA viene misurata in splenociti isolati al completamento delle esposizioni croniche utilizzando immunofluorescently etichettato γH2AX rilevarecato mediante citometria di flusso. Ciò permette di valutare l'entità del danno al DNA inflitto dalle esposizioni in vivo. Tuttavia, è ragionevole aspettarsi che tali esposizioni di basso livello non può produrre alcun tasso rilevabili di DNA DSB; invece, alcune modifiche nascosti / risposte si può aspettare che interesserebbe la capacità delle cellule per riparare i danni del DNA. Questi cambiamenti, se trovato, possono essere sia stimolante (producendo un effetto benefico) o inibitoria (producendo un effetto deleterio). Il protocollo proposto permette di rivelare tali cambiamenti sfidando i splenociti estratti con una dose elevata di radiazioni che produce una notevole quantità di danni (per esempio, 2 Gy producendo circa il 50 DNA DSB per cellula o un 3 -. Aumento di 5 volte del livello γH2AX totale) . Successivamente, la formazione e la perdita di γH2AX, che riflette l'avvio e il completamento della riparazione DSB, è monitorato mediante citometria a flusso. In questo modo, non solo basale e livelli indotte dal trattamento di DSB DNA possono essere misurate, maanche il suo potenziale effetto sulla capacità delle cellule di rispondere e riparare i danni al DNA indotti da livelli molto più alti stressanti.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il protocollo presentato in questo documento è utile per lo svolgimento di grandi dimensioni del mouse scala studi in vivo che esaminano gli effetti genotossici di bassi livelli di vari agenti chimici e fisici, incluse le radiazioni ionizzanti. La nostra struttura unica specifica senza germe patogeno animale dotato di una GammaBeam 150 irradiatore e una sala lunga irradiazione 30 metro permette la conduzione di studi per tutta la vita che coinvolgono irradiazioni rateo di dose bassa o molto bassa su centinaia …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to acknowledge the contribution of our colleagues Sandrine Roch-Lefevre and Eric Gregoire of the Institute of Radioprotection and Nuclear Safety (Paris, France). This work was supported by the Government of Canada Science and Technology program at Canadian Nuclear Laboratories (Chalk River, Ontario, Canada), the CANDU Owners Group (Toronto, Ontario, Canada), the Canadian Nuclear Safety Commission and by the Institute of Radioprotection and Nuclear Safety (Paris, France).
Materials
| HTO: tritiated water, [3H] | locally obtained from a nuclear reactor | stock activity 3.7 GBq/mL; can be substituted with HTO from Perkin Elmer | |
| OBT: Alanine, L-[3-3H]: organically bound tritium (OBT) | Perkin Elmer | NET348005MC | 1mCi/mL (185 MBq) |
| OBT: Glycine, [2-3H]: organically bound tritium | Perkin Elmer | NET004005MC | 1mCi/mL (185 MBq) |
| OBT: Proline, L-[2,3-3H]: organically bound tritium (OBT) | Perkin Elmer | NET323005MC | 1mCi/mL (185 MBq) |
| tritiated water, [3H] (HTO) | Perkin Elmer | NET001B005MC | substitute for HTO of local origin |
| GammaBeam 150 irradiator | Atomic Energy of Canada Limited | locally manufactured | can be substituted with another g-radiation source of sufficiently low activity |
| tween-20 | Sigma Aldrich | P1379-500ML | |
| RPMI | Fisher Scientific | SH3025501 | Hyclone RPMI 1640 with L-Glutamine and HEPES 500mL |
| fetal bovine serum | Sigma Aldrich | F1051-100ML | |
| anti-gH2AX antibody, clone JBW301 | Millipore | 05-636 | |
| Alexa fluor-488 goat anti-mouse antibody | Life Technologies (formerly Invitrogen) | A21121 | |
| propidium iodine | Sigma Aldrich | P4864-10ML | 1mg/mL |
| ethanol | Commercial Alcohols | P006-EAAN | 500ml bottles Absolute Ethanol |
| 1.5 mL tubes | Fisher Scientific | 2682550 | microcentrifuge tubes |
| 15 mL tubes | Fisher Scientific | 05-539-5 | sterile polypropylene centrifuge tubes |
| liquid nitrogen | Linde | P110403 | |
| 12 x 75 mm mL uncapped glass tubes | Fisher Scientific | K60B1496126 | disposable borosilicate glass tubes with plain end |
| T25 flasks | VWR | CA15708-120 | nunc tisue culture 25ml flask (supplier no. 156340) |
| scissors | Fine Science Tools | 14068-12 | Wagner scissors 12cm sharp/sharp |
| forceps, straight | Fine Science Tools | 11008-13 | Semken forceps 13cm, straight |
| forceps, curved | Fine Science Tools | 11003-12 | Narrow Pattern forceps 12 cm, curved |
| 60 mm petri dishes | VWR | CA25382-100 | BD Falcon tissue culture dish 60x15mm |
| cell strainers, 70 mm | Fisher Scientific | 08-771-2 | Falcon cell strainers 50/case |
| PBS recipe: 1 tablet dissolved in 200mL of deionized water, adjust pH to 7.4 if needed. | Sigma Aldrich | P4417-100TAB | Phosphate Buffered Saline Tablets |
| TBS recipe: to make 10X Stock, | |||
| 30g TRIS HCl | Sigma Aldrich | T3253-1KG | Trizma hydrochloride |
| 88g NaCl | Fisher Scientific | S271-500 | Sodium Chloride |
| 2g KCl | Fisher Scientific | P217-500 | Potassium Chloride |
| Dissolve in 1L of deionized water, adjust pH to 7.4 |
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