Summary

संयुक्त इम्यूनोफ्लोरेसेंस और 3 डी संरक्षित अंतरावस्था नाभिक पर डीएनए मछली 3D परमाणु संगठन में परिवर्तन का अध्ययन

Published: February 03, 2013
doi:

Summary

यहाँ हम डीएनए मछली द्वारा immunofluorescence और डीएनए दृश्यों 3 डी माइक्रोस्कोपी और विश्लेषण (3 डी मछली इम्युनो डीएनए) द्वारा पीछा द्वारा histone संशोधनों के साथ – साथ पता लगाने के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन.

Abstract

स्वस्थानी तीन dimensionally संरक्षित 3 डी confocal माइक्रोस्कोपी द्वारा पीछा नाभिक पर डीएनए जांच का उपयोग संकरण में प्रतिदीप्त (3 डी डीएनए मछली) सबसे सीधा जीन loci के स्थान, उप क्षेत्रों गुणसूत्र या व्यक्ति की कोशिकाओं में पूरे प्रदेशों कल्पना का प्रतिनिधित्व करता है. विश्लेषण के इस प्रकार के नाभिक की वैश्विक वास्तुकला के रूप में के रूप में अच्छी तरह से विशिष्ट जीनोमिक loci और क्षेत्रों परमाणु अंतरिक्ष के भीतर के व्यवहार में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है. इम्यूनोफ्लोरेसेंस, दूसरे हाथ पर, परमाणु प्रोटीन (संशोधित histones, histone वेरिएंट और संशोधक, प्रतिलेखन मशीनरी और कारकों, परमाणु उप डिब्बों, आदि) का पता लगाने की अनुमति देता है. immunofluorescence और 3 डी डीएनए में मछली के संयोजन में प्रमुख चुनौती एक एंटीबॉडी द्वारा नाभिक के 3 डी वास्तुकला के रूप में के रूप में अच्छी तरह से पता लगाया मिलान रक्षा हाथ पर है, और दूसरे हाथ पर, का पता लगाने के लिए डीएनए जांच की पहुंच की अनुमति जीन loci या गुणसूत्र प्रदेशों 1-5. यहाँ हम एक प्रोटोकॉल कि 3 डी संरक्षित नाभिक में जीनोमिक loci के साथ chromatin संशोधनों के दृश्य को जोड़ती है प्रदान करते हैं.

Introduction

Epigenetic तंत्र ट्रिगर स्थापना और विकास और सेल प्रकार विशिष्ट transcriptional प्रोफाइल की विरासत है. एक स्तर पर इस chromatin पैकेजिंग है कि सक्रिय या चुप जीनोमिक क्षेत्रों को परिभाषित मॉडुलन शामिल है. एक बड़े पैमाने पर, जीनोम और परमाणु वास्तुकला की वैश्विक 3D संगठन भी transcriptional पैटर्न के नियंत्रण में एक भूमिका निभाते हैं. इस प्रकार, इन epigenomic सुविधाओं का विच्छेदन कैसे जीन 6-11 विनियमित रहे हैं की एक पूरी समझ के लिए आवश्यक है.

संयुक्त immunofluorescence और 3 डी डीएनए मछली एक अद्वितीय विशिष्ट बातचीत / डीएनए दृश्यों और / या प्रोटीन नाभिक के भीतर के संघों का आकलन करके आणविक और जैव रासायनिक विश्लेषण के पूरक का अवसर प्रदान करते हैं. इसके अलावा, जबकि जीनोम चौड़ा chromatin immunoprecipitation (चिप seq) या गुणसूत्र पर कब्जा गहरी अनुक्रमण के साथ मिलकर रचना के रूप में इस तरह के उच्च throughput तकनीक (4C seq, 5C, हाय – सी) वैश्विक dat प्रदानसेल 12 आबादी पर एक, इम्यूनोफ्लोरेसेंस डीएनए / मछली तकनीक एकल कोशिका के स्तर पर विश्लेषण सक्षम.

यहाँ हम डीएनए मछली द्वारा immunofluorescence और डीएनए दृश्यों 3 डी माइक्रोस्कोपी और विश्लेषण (3D इम्युनो मछली) द्वारा पीछा द्वारा histone संशोधनों के साथ – साथ पता लगाने के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन. इस प्रोटोकॉल का लाभ डीएनए और प्रोटीन संरचनाओं के संरक्षण के संयुक्त दृश्य है. इस क्षेत्र में हमारा अनुभव हमें सक्षम है सुधार करने के लिए और मौजूदा प्रोटोकॉल को सरल. हालांकि हम इस प्रोटोकॉल पुनर्संयोजन के दौर से गुजर लिम्फोसाइटों में डीएनए डबल असहाय टूट का पता लगाने के लिए इस्तेमाल किया है, इस विधि अन्य प्रोटीन और अन्य सेल प्रकार के लिए लागू किया जा सकता है.

Protocol

1. डीएनए fluorophores साथ जांच लेबल: निक अनुवाद (~ 6 घंटा) स्वच्छ बीएसी डीएनए (मैक्सी प्रस्तुत करने द्वारा तैयार) या plasmids या पीसीआर उत्पादों, सभी एच 2 हे में resuspended, लेबलिंग के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है नोट ?…

Representative Results

डीएनए और इम्युनो मछली Skok प्रयोगशाला में प्रयोग किया जाता है बी और टी लिम्फोसाइट विकास के दौरान वी (डी) जम्मू पुनर्संयोजन के प्रतिजन रिसेप्टर loci की प्रक्रिया के साथ जुड़े परमाणु संगठन में परिवर्तन का अध?…

Discussion

ऊपर विस्तृत तकनीक हमारी प्रयोगशाला में वी (डी) और लिम्फोसाइटों 30,31 विकास में इम्यूनोग्लोबिन Tcra / घ loci जम्मू पुनर्संयोजन के विनियमन का विश्लेषण करने के लिए इस्तेमाल किया गया. हमें विश्वास है कि इस त…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

हम चर्चाओं और टिप्पणियों के लिए Skok प्रयोगशाला, विशेष रूप से Susannah हेविट, के सदस्यों को धन्यवाद देना चाहूंगा. इस काम अनुदान स्वास्थ्य के राष्ट्रीय संस्थान R01GM086852, RC1CA145746 (JAS) द्वारा समर्थित है. JAS एक लेकिमिया और लिंफोमा सोसायटी विद्वान है. जे.सी. कैंसर अनुसंधान संस्थान के एक Irvington संस्थान फैलो है. एम.एम. एक राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन अनुदान एकीकृत स्नातकोत्तर शिक्षा तथा अनुसंधान Traineeship (NSF IGERT 0333389) द्वारा समर्थित है.

Materials

Name of Reagent/Material Company Catalogue Number Comments
H2O Fisher # BP2470
RNase A Sigma # R4642
dNTP Sigma # DNTP100
Alexa dUTP Invitrogen # C11397 to C-11401
Cy3 or Cy5 dUTP Fisher # 45-001-xxx
DNase I Roche # 04536282001
DNA Pol I Biolabs # M0209
0.025 μm filters Millipore # VSWP02500
Cot-1 DNA 1 mg/ml Invitrogen # 18440
Hybloc DNA 1 mg/ml Applied Genetics # MHB
Salmon sperm Sigma # D1626 powder to be resuspended at 10 mg/ml in H2O
NaAc (Sodium Acetate, pH 5.2, buffer solution) Sigma # S7899
Ficoll 400 (Mol Biol grade) Fisher # 525
Polyvinylpyrrolidone (Mol Biol grade) Fisher # BP431
Dextran sulfate powder Sigma # D8906
SSPE (Saline-Sodium Phosphate-EDTA) 20x solution Fisher # BP1328
Formamide Fisher # BP227
Coverslips Fisher # 12-548-B
Slides Fisher # 12-550
6-well plates Fisher # 0720080
PBS, 10x Fisher # MT-46-013-CM
Poly-L-lysine solution Sigma # P8920
Paraformaldehyde, prills, 95% Sigma # 441244
Triton-X-100, Mol Biol grade Sigma # T8787
BSA (Bovine Serum Albumin) Fraction V Fisher # BP 1600
Normal goat serum Vector Labs # S-1000
Tween-20, Mol Biol grade Sigma # P9416
SSC (Saline Sodium Citrate) 20x solution Fisher # BP1325
ProLong Gold antifade reagent Invitrogen # P36930
DAPI (4′,6-diamidino-2-phenylindole) Sigma # D9542
Best test one coat rubber cement Art or office supply stores
Table 1. Specific reagents and small equipment.

Riferimenti

  1. Chaumeil, J., Okamoto, I., Heard, E. X-chromosome inactivation in mouse embryonic stem cells: analysis of histone modifications and transcriptional activity using immunofluorescence and FISH. Methods in enzymology. , 376-405 (2004).
  2. Cremer, M., et al. Multicolor 3D fluorescence in situ hybridization for imaging interphase chromosomes. Methods Mol. Biol. 463, 205-239 (2008).
  3. Chaumeil, J., Augui, S., Chow, J. C., Heard, E. 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. Methods Mol. Biol. 463, 297-308 (2008).
  4. Solovei, I., Cremer, M. 3D-FISH on cultured cells combined with immunostaining. Methods Mol. Biol. 659, 117-126 (2010).
  5. Markaki, Y. The potential of 3D-FISH and super-resolution structured illumination microscopy for studies of 3D nuclear architecture: 3D structured illumination microscopy of defined chromosomal structures visualized by 3D (immuno)-FISH opens new perspectives for studies of nuclear architecture. BioEssays : news and reviews in molecular, cellular and developmental biology. 34, 412-426 (2012).
  6. Heard, E., Bickmore, W. The ins and outs of gene regulation and chromosome territory organisation. Current opinion in cell biology. 19, 311-316 (2007).
  7. Misteli, T. Beyond the sequence: cellular organization of genome function. Cell. 128, 787-800 (1016).
  8. Fraser, P., Bickmore, W. Nuclear organization of the genome and the potential for gene regulation. Nature. 447, 413-417 (2007).
  9. Cremer, T., et al. Chromosome territories–a functional nuclear landscape. Current opinion in cell biology. 18, 307-316 (2006).
  10. Mao, Y. S., Zhang, B., Spector, D. L. Biogenesis and function of nuclear bodies. Trends in genetics : TIG. 27, 295-306 (2011).
  11. Dostie, J., Bickmore, W. A. Chromosome organization in the nucleus – charting new territory across the Hi-Cs. Current opinion in genetics & development. 22, 125-131 (2012).
  12. van Steensel, B., Dekker, J. Genomics tools for unraveling chromosome architecture. Nature. 28, 1089-1095 (2010).
  13. Massey, F. J. The Kolmogorov-Smirnov Test for Goodness of Fit. Journal of the American Statistical Association. 253, 1951 (1951).
  14. Collins, A., et al. RUNX transcription factor-mediated association of Cd4 and Cd8 enables coordinate gene regulation. Immunity. 34, 303-314 (2011).
  15. Fisher, R. A. On the interpretation of χ2 from contingency tables, and the calculation of P. Journal of the Royal Statistical Society. 85, 87-94 (1922).
  16. Benjamini, Y. H., Yosef, Controlling the false discovery rate: a practical and powerful approach to multiple testing. Journal of the Royal Statistical Society, Series B (Methodological). 57, 125-133 (1995).
  17. Fitzsimmons, S. P., Bernstein, R. M., Max, E. E., Skok, J. A., Shapiro, M. A. Dynamic changes in accessibility, nuclear positioning, recombination, and transcription at the Igkappa locus. J. Immunol. 179, 5264-5273 (2007).
  18. Fuxa, M., et al. Pax5 induces V-to-DJ rearrangements and locus contraction of the immunoglobulin heavy-chain gene. Genes Dev. 18, 411-422 (2004).
  19. Goldmit, M. Epigenetic ontogeny of the Igk locus during B cell development. Nature. 6, 198-203 (2005).
  20. Hewitt, S. L. Association between the Igk and Igh immunoglobulin loci mediated by the 3′ Igk enhancer induces ‘decontraction’ of the Igh locus in pre-B cells. Nature. 9, 396-404 (2008).
  21. Johnson, K. IL-7 Functionally Segregates the Pro-B Cell Stage by Regulating Transcription of Recombination Mediators across Cell Cycle. Journal of Immunology. , (2012).
  22. Karnowski, A., et al. Silencing and nuclear repositioning of the lambda5 gene locus at the pre-b cell stage requires Aiolos and OBF-1. PLoS ONE. 3, e3568 (2008).
  23. Kosak, S. T. Subnuclear compartmentalization of immunoglobulin loci during lymphocyte development. Science. 296, 158-162 (2002).
  24. Liu, H., et al. Yin Yang 1 is a critical regulator of B-cell development. Genes Dev. 21, 1179-1189 (2007).
  25. Parker, M. J. The pre-B-cell receptor induces silencing of VpreB and lambda5 transcription. Embo J. 24, 3895-3905 (2005).
  26. Roldan, E., et al. Locus ‘decontraction’ and centromeric recruitment contribute to allelic exclusion of the immunoglobulin heavy-chain gene. Nature immunology. 6, 31-41 (2005).
  27. Skok, J. A. Nonequivalent nuclear location of immunoglobulin alleles in B lymphocytes. Nature. 2, 848-854 (2001).
  28. Skok, J. A. Reversible contraction by looping of the Tcra and Tcrb loci in rearranging thymocytes. Nature immunology. 8, 378-387 (2007).
  29. Xiang, Y., Zhou, X., Hewitt, S. L., Skok, J. A., Garrard, W. T. A multifunctional element in the mouse Igkappa locus that specifies repertoire and Ig loci subnuclear location. Journal of Immunology. 186, 5356-5366 (2011).
  30. Hewitt, S. L. RAG-1 and ATM coordinate monoallelic recombination and nuclear positioning of immunoglobulin loci. Nature immunology. 10, 655-664 (2009).
  31. Deriano, L., et al. The RAG2 C terminus suppresses genomic instability and lymphomagenesis. Nature. 471, 119-123 (2011).
  32. Brown, K. E., Baxter, J., Graf, D., Merkenschlager, M., Fisher, A. G. Dynamic repositioning of genes in the nucleus of lymphocytes preparing for cell division. Molecular cell. 3, 207-217 (1999).
  33. Fernandez-Capetillo, O., Lee, A., Nussenzweig, M., Nussenzweig, A. H2AX: the histone guardian of the genome. DNA repair. 3, 959-967 (2004).
  34. Croft, J. A., et al. Differences in the localization and morphology of chromosomes in the human nucleus. The Journal of cell biology. 145, 1119-1131 (1999).
  35. Chaumeil, J., Le Baccon, P., Wutz, A., Heard, E. A novel role for Xist RNA in the formation of a repressive nuclear compartment into which genes are recruited when silenced. Genes Dev. 20, 2223-2237 (2006).
  36. Walter, J., et al. Towards many colors in FISH on 3D-preserved interphase nuclei. Cytogenetic and genome research. 114, 367-378 (2006).
  37. Toomre, D., Bewersdorf, J. A new wave of cellular imaging. Annual review of cell and developmental biology. 26, 285-314 (2010).
  38. Schermelleh, L., Heintzmann, R., Leonhardt, H. A guide to super-resolution fluorescence microscopy. The Journal of cell biology. 190, 165-175 (2010).
  39. Dobbie, I. M. OMX: a new platform for multimodal, multichannel wide-field imaging. Cold Spring Harbor protocols. , 899-909 (2011).
  40. Boyle, S., Rodesch, M. J., Halvensleben, H. A., Jeddeloh, J. A., Bickmore, W. A. Fluorescence in situ hybridization with high-complexity repeat-free oligonucleotide probes generated by massively parallel synthesis. Chromosome research : an international journal on the molecular, supramolecular and evolutionary aspects of chromosome biology. 19, 901-909 (2011).
check_url/it/50087?article_type=t

Play Video

Citazione di questo articolo
Chaumeil, J., Micsinai, M., Skok, J. A. Combined Immunofluorescence and DNA FISH on 3D-preserved Interphase Nuclei to Study Changes in 3D Nuclear Organization. J. Vis. Exp. (72), e50087, doi:10.3791/50087 (2013).

View Video