Detección y análisis de daño del ADN en el ratón músculo esquelético<em> In Situ</em> Con el método TUNEL

Summary

This video describes dissection, tissue processing, sectioning, and fluorescence-based TUNEL labeling of mouse skeletal muscle. It also describes a method for semi-automated analysis of TUNEL labeling.

Abstract

Terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT) deoxyuridine triphosphate (dUTP) nick end labeling (TUNEL) is the method of using the TdT enzyme to covalently attach a tagged form of dUTP to 3’ ends of double- and single-stranded DNA breaks in cells. It is a reliable and useful method to detect DNA damage and cell death in situ. This video describes dissection, tissue processing, sectioning, and fluorescence-based TUNEL labeling of mouse skeletal muscle. It also describes a method of semi-automated TUNEL signal quantitation. Inherent normal tissue features and tissue processing conditions affect the ability of the TdT enzyme to efficiently label DNA. Tissue processing may also add undesirable autofluorescence that will interfere with TUNEL signal detection. Therefore, it is important to empirically determine tissue processing and TUNEL labeling methods that will yield the optimal signal-to-noise ratio for subsequent quantitation. The fluorescence-based assay described here provides a way to exclude autofluorescent signal by digital channel subtraction. The TUNEL assay, used with appropriate tissue processing techniques and controls, is a relatively fast, reproducible, quantitative method for detecting apoptosis in tissue. It can be used to confirm DNA damage and apoptosis as pathological mechanisms, to identify affected cell types, and to assess the efficacy of therapeutic treatments in vivo.

Introduction

Terminal desoxinucleotidil transferasa (TdT) dUTP nick fin de etiquetado (TUNEL) es el proceso de utilización de la enzima TdT para adjuntar dUTP a extremos 3 'de doble y de cadena sencilla de ADN rompe ^12,23. El método TUNEL para la detección de la apoptosis y daño del ADN se informó por primera vez hace más de 20 años por Gavrieli et al. ^1,12,24. Desde entonces se ha evaluado y optimizado en diferentes preparaciones de tejidos ^7,23,27,40. TUNEL se ha utilizado para estudiar la isquemia inducida por la muerte celular de las neuronas ^6,14,29 y ^43,44 cardiomiocitos, la muerte celular neuronal excitotóxica ^30,31, y como biomarcador en el tratamiento de la artritis ^39. También se ha utilizado como un factor de pronóstico y marcador de células del tumor en varios cánceres humanos ^{2,3,15,32,37,38,42.}

Existen métodos alternativos para el daño del ADN y detección de muerte celular, pero tienen dificultades técnicas y advertencias. Transferencia de Southern se puede usar para quantifdaños en el ADN y en el tejido lisados ​​enteros ^7,9-11, pero este método no proporciona resolución a nivel celular y es difícil de cuantificar. El ensayo cometa es un método basado en células alternativa que requiere la extracción de núcleos de células conservadas ^4,20,28,36. Aunque el ensayo cometa funciona bien en células aisladas en cultivo, es mucho más difícil de preparar núcleos intactos a partir de tejido muscular esquelético ^8,21. Al igual que con Southern blot, el ensayo cometa no proporciona información específica del tipo de célula de todo un homogeneizado de tejido muscular. Otra alternativa para el método TUNEL es inmunohistoquímica utilizando anticuerpos contra ADN monocatenario ^25,33,41 o en contra de las proteínas que participan en la respuesta al daño del ADN y la muerte celular vías (por ejemplo, p53, H2AX, y caspasas) ^13,17,22,40. Tales métodos basados ​​en anticuerpos requieren caracterización exhaustiva de anticuerpos y excelente especificidad del anticuerpo para producir una alta relación de señal a fondo. Incluso cuando specexisten anticuerpos IFIC, podrán exigir la desnaturalización de la proteína diana a través de los procedimientos de recuperación de antígeno ^34,35. Mientras discutimos aquí, la recuperación de antígenos en los resultados de tejido muscular en inaceptablemente alta autofluorescencia. A diferencia de los métodos alternativos, TUNEL logra detectar el daño del ADN con una señal de alto y bajo fondo, excelente especificidad que se puede probar con simples controles positivos y negativos, buena penetración en los tejidos que no requiere la recuperación de antígenos, y la resolución a nivel celular. Además, el método TUNEL tarda unas 4 horas en completarse, mientras que los métodos alternativos suelen requerir incubaciones durante la noche.

Estudiamos la muerte celular del músculo esquelético en un modelo de ratón de la atrofia muscular espinal (SMA) ¹⁰ que se ha generado por Hsieh-Li y sus colegas ^16. Para cuantificar las células apoptóticas en el músculo, hemos desarrollado un método de preparación de tejido, tinción y cuantificación que funciona con firmeza a través de diferentes skeleTal grupos musculares en diferentes puntos de tiempo de desarrollo en ratones. Utilizamos un kit TUNEL etiquetado disponible en el mercado y el software de análisis de imágenes disponible en el mercado. También hemos usado con éxito el ensayo de TUNEL en combinación con la tinción de inmunofluorescencia en la médula espinal ^10.

Los métodos descritos aquí son útiles para los investigadores que desean evaluar la patología del tejido, mecanismos de la enfermedad, los mecanismos del envejecimiento y del desarrollo (pre y post-natal) la muerte celular en el músculo esquelético. La técnica de TUNEL es especialmente útil para los estudios de daño y reparación del ADN y la muerte celular en sistemas modelo en el que sólo un subconjunto de las células es de resolución a nivel celular afectada y es necesario.

Este video describe la disección, el procesamiento de tejidos, seccionamiento, y TUNEL etiquetado basado en la fluorescencia del músculo esquelético del ratón. También se describe un método de semi-automatizado señal de cuantificación TUNEL.

Protocol

NOTA: Todos los animales procedimientos descritos en este protocolo se llevaron a cabo de acuerdo con las recomendaciones de la Guía para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio de los Institutos Nacionales de Salud 26. El protocolo (MO13M391) fue aprobado por el Comité de Cuidado de Animales de la Universidad Johns Hopkins y Uso. 1. Neonatal ratón Sacrificio, disección, y Fijación Sacrificar un ratón neonatal por inhalación de CO2.</su…

Representative Results

Con la tinción de éxito, señal de TUNEL-positivas debe ser lo suficientemente brillante como para aislarlo de autofluorescencia estableciendo umbrales de intensidad. Objetos TUNEL-positivas a bajo aumento pueden aparecer fragmentos irregulares brillantes en el músculo esquelético (Figura 1A). Sin embargo, a mayor aumento, se deben observar algunos objetos TUNEL-positivas con la morfología apoptótica clásico, si el tipo de muerte celular en cuestión es la apoptosis (Figura 1B). …

Discussion

Un método para detectar y analizar cuantitativamente la apoptosis asociada a daño del ADN en el músculo esquelético de ratón se describe. El procedimiento incluye la recolección del tejido, tinción TUNEL, la adquisición de imagen digital, y análisis de imagen. Se necesitan suministros y herramientas histológicos comunes, y un kit comercial especial TUNEL es necesario. Los grandes elementos esenciales de equipos necesarios son un criostato, microscopio de epifluorescencia con capacidad de imagen digital, y un s…

Materials

Name of Reagent/ Equipment	Company	Catalog Number	Comments/Description
4% Paraformaldehyde in phosphate buffered saline	Electron Microscopy Sciences	19202	For procedures described here, 4% solution was prepared fresh from powder. Paraformaldehyde from any supplier may be used. Prepared formaldehyde solution should be stored at 4 °C and should not be used after its expiration date (up to several months). Paraformaldehyde is a carcinogen and a toxin by inhalation and skin contact. Please follow precautions specified in the MSDS when handling paraformaldehyde.
Sucrose	Sigma	S0389	Used for cryoprotecting tissue before freezing. Sucrose from any supplier may be used.
O.C.T. compound	Tissue-Tek	4583	Embedding medium for cryosectioning.
Cryostat	Leica	CM 3050S	A Leica CM3050S cryostat was used for the preparations described here. Any cryostat capable of cutting 10 μm sections may be used.
Glass slides, 25 x 75 x 1 mm	Fisher	12-552-3	Slides from any supplier may be used.
Gelatin	Sigma	G-9391	Gelatin is used to promote tissue section adhesion to glass slides. To coat glass slides with gelatin, dissolve 2.75 g gelatin and 0.275 g chrome alum in 500 mL distilled water, warm to 60 °C, dip slides for several seconds, and let dry. Gelatin from any supplier may be used. Alternatively, gelatin-precoated slides may be purchased.
Chromium(III) potassium sulfate dodecahydrate (chrome alum)	Sigma	243361	Chrome alum is added to gelatin solution to promote tissue adhesion on glass slides. It is a possible carcinogen and a toxin by inhalation and skin contact. Please follow precautions specified in the MSDS when handling chrome alum.
Vectabond tissue adhesion reagent	Vector Labs	SP-1800	Optional substrate for better tissue adhesion to glass slides; gellatin-coated slides may be used instead.
Tween20	Sigma	P9416	A detergent used to permeabilize tissue. Tween20 from any supplier may be used.
Triton X100	Sigma	T8787	A detergent used to permeabilize tissue. Triton X100 from any supplier may be used.
TACS 2 TdT fluorescein in situ apoptosis detection kit	Trevigen	4812-30-K	Commercial kit for fluorescence-based TUNEL labeling.
DNase/nuclease	Trevigen	4812-30-K	(included with kit)
DNase/nuclease buffer	Trevigen	4812-30-K	(included with kit)
10x phosphate buffered saline (PBS), pH 7.4	Amresco	780	Make 1x PBS for washes and dilutions. PBS from any supplier may be used.
DNase-free water	Quality Biologicals	351-029-131	Water from any supplier may be used.
Hoechst 33258	Sigma	94403	Nuclear dye. Any blue fluorescent nuclear dye may be used. As a DNA-binding dye, Hoechst is a suspected carcinogen and should be handled with protective equipment to minimize skin contact.
Parafilm M	multiple	807	Any other hydrophobic film or cover slip may be used. Available from multiple suppliers.
Fluorescent microscope with digital camera	–	–	Any fluorescent microscope capable of digitally capturing red, green, and blue fluorescence in separate channels may be used.
Vectashield antifade media	Vector Labs	H-1000	Antifade media from any supplier may be used.
glass coverslips, No.1 thickness	Brain Research Labs	2222-1	Cover slips from any supplier may be used. The smallest size of 22×22 mm is sufficient for neonatal mouse leg sections.
Nail polish	Ted Pella	114-8	Used to seal coverslips. Nail polish from any supplier (including regular retailers) may be used. Avoid using nail polish with color or additives that may reflect light during fluorescent imaging.