DNA-RNA combinado fluorescente<em> Em situ</em> A hibridização (FISH) para estudar inativação do cromossomo X em Diferenciada Feminino Rato Células-Tronco Embrionárias
Summary
Hibridização in situ fluorescente (FISH), permite a detecção de ácidos nucleicos no seu ambiente nativo dentro das células. Nós aqui descrever um protocolo para o combinado, a detecção simultânea de RNA e DNA, por meio de FISH, que pode ser usado para estudar inativação do cromossomo X em células-tronco embrionárias.
Abstract
Hibridização in situ fluorescente (FISH) é uma técnica molecular que permite a detecção de ácidos nucleicos em células. PEIXES DNA é frequentemente usado em citogenética e diagnóstico de câncer, e pode detectar aberrações do genoma, que muitas vezes tem importantes implicações clínicas. ARN FISH pode ser utilizado para detectar as moléculas de RNA nas células e proporcionou perspectivas importantes na regulação da expressão do gene. Combinando DNA e RNA FISH dentro da mesma célula é tecnicamente desafiador, como condições adequadas para DNA FISH pode ser muito dura para frágeis, único moléculas de ARN de cadeia. Temos aqui apresentam um protocolo facilmente aplicável, que permite que o conjunto, a detecção simultânea de Xist RNA e DNA codificado pelos cromossomas X. Este protocolo FISH DNA-RNA combinado pode provavelmente ser aplicada a outros sistemas em que tanto o ARN e ADN precisam ser detectado.
Introduction
Estudando as células e tecidos por meio de hibridação in situ fluorescente (FISH) tem, desde a sua introdução no final de 1970 um, permitiu aos pesquisadores estudar genes, organização da cromatina e expressão gênica em nível subcelular. PEIXES DNA é freqüentemente usada em citogenética, cariótipo 2, diagnósticos de câncer 3 e rastreamento genético pré-implantação 4, e tem um papel importante na investigação molecular 5-6, uma vez que permite a detecção de ácidos nucleicos em seu ambiente nativo. Análise de expressão de célula única de RNA FISH pode detectar transcrições primárias nativas e RNAs não-codificantes sendo transcrita de cromossomos, e oferece vantagens a outras técnicas que avaliam a expressão de genes em nível populacional, incluindo, por exemplo, RT-PCR quantitativo, o genoma análise de expressão larga ou Northern blotting . Ao visualizar transcrições de RNA originários diretamente de seus locais de origem, tem sido, por exemplo,notado que a expressão do gene é estocástico 7, e às vezes pode ser alelo específico 8. Melhorias na técnica têm ainda permitiu a detecção e quantificação de moléculas de mRNA de células individuais dentro de 9-11.
O princípio básico de FISH consiste de hibridização de ácidos nucleicos no interior da célula a uma sonda de ácido nucleico, por meio de altamente específica de Watson e Crick emparelhamento de bases. A sonda pode estar directa ou indirectamente detectado, resultando num sinal que pode ser visualizado microscopicamente. As tentativas iniciais consistiam de sondas radioativamente marcados, que tiveram inconvenientes com base em questões de segurança, limitada resolução espacial ea capacidade de detectar um único alvo de cada vez 12-14. O subsequente desenvolvimento de marcadores não radioactivos, incluindo fluorocromos, haptenos e enzimas, permitiu o uso generalizado de FISH como uma técnica de biologia molecular de rotina. A sonda de FISH pode ser diretamente rotulados com fluorochromes por ligação química de moléculas fluorescentes para sequências de ácido nucleico e 15 a integração de nucleótidos marcados com fluorescência 16-19, ou a sonda pode ser indirectamente visualizadas após integração de haptenos (incluindo biotina e digoxigenina) e detecção imunológica de haptenos por anticorpos específicos de hapteno conjugado com repórter fluorescente moléculas 20-21. A última abordagem permite a amplificação do sinal, utilizando várias camadas de anticorpos marcados com fluorescência que são usados para melhorar o sinal original, e permite a detecção de espécies de ARN que são expressos em níveis baixos. Através da combinação de técnicas de rotulagem diretos e indiretos e vários haptenos, vários alvos podem ser visualizadas simultaneamente na mesma célula.
Um dos passos mais importantes protocolos de peixe é a hibridização da sonda ao seu alvo. Embora, em teoria, uma sonda vai ligar especificamente apenas com o seu alvo, na prática, esta especificidadenão é sempre conseguido, como sondas podem ligar-se a regiões homólogas, e as condições de hibridização não será sempre ideal para uma determinada espécie de região de DNA ou de RNA. As lavagens pós-hibridação são, portanto, de particular importância, uma vez que podem aumentar o rigor do procedimento FISH, e pode impedir a ligação não específica de sondas FISH, o que resultaria num elevado nível de ruído de fundo. Como moléculas de ARN são de cadeia simples que pode ser facilmente hibridado com uma sonda de FISH. Em contraste, a molécula de ADN de cadeia dupla deve em primeiro lugar um passo de desnaturação, após o que uma sonda pode hibridizar. Isto é geralmente conseguido por meio de aquecimento da amostra, o que resulta em desnaturação do ADN. No entanto, sob essas condições adversas, frágeis, único moléculas de ARN de cadeia pode ser perdida. Portanto, o ADN-ARN combinados FISH requer optimização significativo das condições, e é tecnicamente mais difícil em comparação com a detecção separada de apenas RNA ou DNA.
Aqui nós apresenta protocolo detalhado do combinado, simultânea FISH DNA-RNA, que nos permitiu estudar inativação do cromossomo X (ICX) na diferenciação de rato fêmea células-tronco embrionárias 22-24. XCI é um mecanismo epigenético crucial para o desenvolvimento embrionário fêmea 25, e os resultados em heterochromatinization e, portanto, o silenciamento de um dos dois cromossomas X em indivíduos do sexo feminino 26-27. Essencial para esse processo é a não-codificante RNA Xist 28-30, que é regulada pelos 24 proteínas RNF12 22-23 e Rex1. Expressão Xist torna-se regulada no futuro cromossomo X inativo (Xi) durante o desenvolvimento embrionário ou a diferenciação de células ES in vitro , e pode se espalhar ao longo do cromossomo X e, assim, atrair cromatina remodelação enzimas que resultam na paralisação da transcrição do cromossomo X 31. Esta propagação de Xist ARN pode ser visualizado por FISH ARN como revestimento de cromo Xalguns, que também é referida como uma nuvem Xist. Como as células ES femininos pode perder um de seus cromossomos X, devido à instabilidade genômica, nós e outros têm utilizado combinado DNA-RNA FISH para estudar XCI, para certificar-se de que as células só cariótipo estáveis são avaliados na análise deste importante processo 22,32 -34. Tal como acontece com todas as técnicas de biologia molecular, vários protocolos diferentes excelentes foram publicados 35-38. Aqui apresenta-se a método, a partir da indução de diferenciação em células ES de ratinho, a fixação das células, a rotulagem de sondas FISH por Nick-translation, pré-tratamento de células fixas para permitir a permeabilização e subsequente absorção de sonda, a hibridação da sonda com o alvo, e, finalmente, a detecção da sonda por meio de anticorpos marcados com fluorescência. O protocolo aqui apresentado permite a detecção fiel de Xist RNA eo cromossomo X, no prazo de dois dias, e os princípios básicos desta técnica pode provavelmente ser adaptado para otseus sistemas e áreas de pesquisa.
Protocol
Representative Results
Discussion
Combinado DNA-RNA FISH pode ser tecnicamente desafiadora, como condições adequadas para DNA FISH pode ser muito dura para moléculas de RNA menos estáveis. Várias abordagens têm sido aplicadas para estudar ambos o ADN e ARN na mesma célula, evitando a necessidade de incubação simultânea com as sondas de detecção, tanto o ADN e ARN. Por exemplo, numa abordagem de sobreposição, primeiro RNA FISH é realizada, e as células são gravadas, e as coordenadas sejam tomadas. Subsequentemente, os mesmos são utiliza…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank all previous and present members of the department of Reproduction and Development of the Erasmus MC for helpful and stimulating discussions during the past years. We also want to thank the three anonymous reviewers for providing helpful feedback. Work in the Gribnau lab is supported by funding from the Dutch research council (NWO-VICI) and an ERC starting grant.
Materials
| female mouse embryonic stem cells | will be made available upon request | ||
| mouse embryonic fibroblasts | can be derived from E13.5 embryos, or via commercial sources e.g Millipore | ||
| ES cell culture medium | DMEM, 15% foetal calf serum, 100 U ml-1 penicillin, 100 mg ml-1 streptomycin, non-essential amino acids, 0.1 mM ß-mercaptoethanol, and 1000 U ml-1 LIF. Filter sterilize and store at 4ºC for maximal 2 weeks. | ||
| LIF | Chemicon | ESG1107 | |
| DMEM | Invitrogen | 11960085 | |
| Fetal Calf Serum | Invitrogen | 10099141 | |
| Penicillin–streptomycin (100×) | Invitrogen | 15140-122 | |
| Non-essential aminoacids | Invitrogen | 11140-050 | |
| ß-mercaptoethanol | Sigma-Aldrich | M7522 | |
| ES cell differentiation medium | IMDM-Glutamax, 15% heat inactivated foetal calf serum, 100 U ml-1 penicillin, 100 mg ml-1 streptomycin, non-essential amino acids, 37.8 μl/l monothioglycerol and 50 μg/ml ascorbic acid | ||
| IMDM-Glutamax | Invitrogen | 31980-030 | |
| Ascorbic acid (50 mg/ml) | Sigma-Aldrich | A4403 | |
| monothioglycerol | Sigma-Aldrich | M6145 | |
| T25 cell culture dishes | Greiner Bio-one | 690160 | |
| 6-well cell culture dishes | Greiner Bio-one | 662160 | |
| cell culture grade PBS | Sigma-Aldrich | D8537 | |
| Trypsin-EDTA 0.25% (v/v) trypsin/0.2% (w/v) EDTA in PBS | Gibco | 25200-056 | |
| falcon tubes | Falcon | 352196 | |
| 24×24 mm coverslips | Menzle | 780882 | |
| gelatin | Sigma-Aldrich | G1890-100G | prepare a 0.2% gelatin/cell culture PBS solution, and autoclave |
| paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | P6148 | prepare 4% PFA/PBS solutions, by dissolving PFA in PBS. Stir at 70 ᴼC until completely dissolved and cool down to room temperature. Aliquots can be stored at -20ᴼC |
| absolute 100% ethanol | Sigma-Aldrich | 32221-2.5L | use absolute 100% ethanol and RNAse free water to make 70% and 90% ethanol solutions |
| RNAse free water | Baxter | TKF7114 | |
| sterile filter tips | Rainin Bio Clean | GP-L10F, GP-L200F, RT-1000F | |
| digoxigenin-labeling kit (DIG-Nick translation) | Roche | 11745816910 | |
| biotin-labeling kit (Biotin Nick translation) | Roche | 11745824910 | |
| Sephadex G50 | Sigma-Aldrich | G5080 | |
| 2 ml syringe | BD Plastipak | 300013 | |
| sterilized cotton | |||
| eppendorf tubes | Eppendorf | 30120086 | |
| yeast tRNA 10 mg/ml | Invitrogen | 15401-029 | |
| Salmon Sperm DNA 10 mg/ml | Invitrogen | 15632-011 | |
| mouse cot-1 DNA 1 mg/ml | Invitrogen | 18440-016 | |
| eppendorf bench top microcentrifuge | Eppendorf | Model 5417R | |
| Eppendorf Refrigerated Centrifuge | Eppendorf | Model 5810R | |
| 2M NaAc, pH 5.6 | Sigma-Aldrich | S7670 | |
| 50+ hybridization solution | 50% formamide, 2x SSC, 50 mM phosphate buffer pH 7, 10% dextran sulfate pH 7 | ||
| formamide | Acros organics | 3272350000 | |
| dextran sulfate | Fluka | 31403 | |
| pepsin | Sigma-Aldrich | P6887 | prepare a 0.2% solution in RNAse free water, and add 84 µl 37% HCL per 100 ml |
| HCL, 37% solution | Fluka | 84422 | |
| object glasses | Starfrost | 8037/1 | |
| 20x SSC | Invitrogen | AM9763 | dilute to 2x SSC in RNAse free water |
| 10 mM Phosphate buffer, pH 7 | add 57.7 ml of 1M Na2HPO4 and 42.3 ml 1M NaH2PO4; use DEPC treated water and autoclave | ||
| denaturation buffer | 70% Formamide/2xSSC/10mM phosphate buffer pH 7 | ||
| Tween-20 | Sigma-Aldrich | P2287 | |
| 2M Tris pH 7.5 solution | |||
| Tris-Saline-Tween washing solution (TST) | 100 ml 10x Saline, 50 ml 2M Tris, 500 µl Tween-20, add RNAse free water till 1 liter | ||
| 10x Saline solution | dissolve 85 g NaCl in 1 liter RNAse free H2O, and autoclave | ||
| Tris-Saline-BSA (TSBSA) | 500 μl 10x Saline, 250 μl 2 M Tris, 1 ml 100x BSA, 3,25 ml RNAse free H2O | ||
| BSA, purified, 100x | New England Biolabs | B9001S | |
| sheep-anti-dig antibody | Roche diagnostics | use 1:500 diluted in TSBSA | |
| rabbit-anti-sheep antibody conjugated with FITC | Jackson labs | use 1:250 diluted in TSBSA | |
| goat-anti-rabbit antibody conjugated with FITC | Jackson labs | use 1:250 diluted in TSBSA | |
| mouse-anti-biotin antibody | Roche diagnostics | use 1:200 diluted in TSBSA | |
| donkey-anti-mouse antibody conjugated with Rhodamine | Jackson labs | use 1:250 diluted in TSBSA | |
| goat-anti-horse antibody conjugated with Rhodamine | Jackson labs | use 1:250 diluted in TSBSA | |
| Tris-Saline washing solution (TS) | 10 ml 10x Saline, 5 ml 2 M Tris, 85 ml RNAse free H2O | ||
| Vectashield mounting medium with DAPI | Vectorlabs | H-1200 | |
| nail-varnish | |||
| fluorescent miscroscope |
Riferimenti
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