JoVE Journal > Biology
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Risultati
Discussion
Divulgazioni
Acknowledgements
Materials
Riferimenti
Traduzione automatica
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Biologia

Fare İskelet Kası Algılama ve DNA Hasar Analizi<em> In Situ</em> TÜNEL Yöntemiyle

Published: December 16, 2014
doi:
10.3791/52211
,
1Division of Neuropathology, Department of Pathology, Pathobiology Graduate Program,Johns Hopkins School of Medicine

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 deoksinükleotidil transferaz (TdT) dUTP çentik uç etiketleme (TÜNEL) dUTP 3 bağlamak için TdT enzim kullanılarak işlemidir 'çift ve tek bükümlü DNA 12,23 sonları arasında sona erer. Apoptoz ve DNA hasarının tespiti için TÜNEL metodu ilk Gavrieli ve ark. 1,12,24 tarafından, 20 yıl kadar önce bildirildi. O zamandan beri değerlendirilir ve farklı doku hazırlıkları 7,23,27,40 optimize edilmiştir. TÜNEL nöronlar 6,14,29 ve 43,44 kardiyomiyositlerde ve iskemiye bağlı hücre ölümü, eksitotoksik nöronal hücre ölümünü 30,31 incelemek için kullanılan ve artrit tedavisinde 39 bir biyolojik olarak edilmiştir. Aynı zamanda, çeşitli insan kanserlerinde 2,3,15,32,37,38,42 bir prognostik faktör ve tümör hücre markeri olarak kullanılmıştır.

Alternatif yöntemler DNA hasarı ve hücre ölümü tespiti için var, ama onlar, teknik zorlukları ve uyarılar var. Southern lekeleme quantif için kullanılabilmektedirY bir DNA tam doku lysate'lerin 7,9-11 hasar, ancak bu yöntem hücre düzeyinde çözümlemesi sağlamak ve ölçmek için zor değildir. kuyrukluyıldız tahlil hücrelerinden 4,20,28,36 korunmuş çekirdekleri ayıklanan gerektiren bir alternatif hücre tabanlı bir yöntemdir. Kuyrukluyıldız tahlil kültüre izole hücreler üzerinde iyi çalışır rağmen, iskelet kas dokusunda 8,21 den sağlam çekirdekleri hazırlamak için çok daha zordur. Güney blot gibi, kuyrukluyıldız tahlil bütün kas dokusu homojenattan hücre türüne özgü bilgi vermemektedir. TÜNEL yöntemiyle için başka bir alternatif, tek kordonlu DNA 25,33,41 karşı veya DNA hasarına ve hücre ölümü yolları (örneğin, p53, H2AX ve Kaspaz) 13,17,22,40 katılmak proteinlerine karşı antikorlar kullanılarak immunohistokimyasal olup. Bu gibi antikor bazlı yöntemler, yüksek bir sinyal-arka oranını elde etmek için antikorların tam karakterizasyon ve mükemmel antikor özelliklerini gerektirir. Hatta zaman spectüpte antikorlar antijen alma prosedürleri 34,35 ile hedef proteinin denatürasyon gerektirebilir, mevcuttur. Burada tartışmak gibi, kabul edilemeyecek kadar yüksek otofloresans kas dokusu sonuçlarında antijen alma. Alternatif yöntemlerin aksine, TUNEL basit pozitif ve negatif kontroller, iyi doku penetrasyonu antijeni alma gerektirmez ve hücresel düzey çözünürlük ile test edilebilir bir yüksek sinyal ve düşük arka plan, mükemmel özgüllük ile DNA hasarı algılama ulaşır. Alternatif yöntemler, tipik olarak gece boyunca inkubasyon gerek duyması karşısında ek olarak, TÜNEL metodu, işlemin tamamlanması için yaklaşık 4 saat sürer.

Biz Hsieh-Li ve arkadaşları 16 tarafından oluşturulan spinal müsküler atrofi (SMA) 10 bir fare modelinde iskelet kas hücresi ölümünü incelemek. Kas hücreleri apoptotik ölçmek için, farklı Skele genelinde sağlam çalışır doku hazırlanması, boyama ve kantitatif bir yöntem geliştirdikFarelerde farklı gelişimsel zaman noktalarında tal kas grupları. Biz piyasada mevcut TÜNEL-etiketleme kiti ve ticari olarak satılan görüntü analiz yazılımı kullanmak. Biz de başarıyla omurilik 10 immunofluorescent boyama birlikte TÜNEL tahlili kullandık.

Burada tarif edilen yöntemler, iskelet kası, doku patolojisi, hastalığın mekanizmaları, yaşlanmanın mekanizmasını ve gelişim (uygulama öncesi ve sonrası), hücre ölümünü değerlendirmek isteyen araştırmacılar için yararlıdır. TÜNEL tekniği hücrelerinin sadece bir alt grubu, etkilenen ve hücresel düzeyde çözünürlüğü gereklidir modeli sistemlerinde DNA hasarı tamir ve hücre ölümünün çalışmalar için özellikle yararlıdır.

Bu video diseksiyon, doku işleme, kesit ve fare iskelet kası flüoresan bazlı TÜNEL etiketleme tarif etmektedir. Aynı zamanda, yarı otomatik TÜNEL sinyal sayımı için bir yöntem tarif etmektedir.

Protocol

NOT: Bu protokol açıklanan tüm hayvan prosedürleri Sağlık 26 National Institutes Laboratuvar Hayvanları Bakımı ve Kullanımı Kılavuzu önerileri doğrultusunda gerçekleştirilmiştir. protokol (MO13M391) Johns Hopkins Üniversitesi Hayvan Bakım ve Kullanım Kurulu tarafından onaylanmıştır. 1. Yenidoğan Fare Kurban, Diseksiyon ve Fiksasyon CO 2 inhalasyon yoluyla bir yenidoğan fare Kurban. Hemen diz üstünde hindlimb kest…

Representative Results

Başarılı boyama ile, TÜNEL-pozitif sinyal yoğunluğu eşik ayarlayarak otofloresansı izole etmek yeterince parlak olmalıdır. Düşük büyütme TUNEL-pozitif nesneler iskelet kası (Şekil 1A) olarak parlak düzensiz parçaları görünebilir. Ilgili hücre ölümü türü apoptoz (Şekil 1B) ise, ancak daha yüksek bir büyütmede, klasik apoptotik morfolojisi olan bir TÜNEL pozitif amaçları, takip edilmelidir. pozitif kontrol (DNaz ilave edilir) bölümü (Şekil 1C…

Discussion

Bir yöntem algılamak ve nicel olarak açıklanan fare iskelet kasında DNA hasarı ile ilişkili apoptozu analiz etmek. Prosedür doku hasadı, TUNEL boyama, dijital görüntü alımını ve görüntü analizi içerir. Ortak histolojik malzemeler ve aletler gereklidir, ve özel ticari TÜNEL kiti gereklidir. gerekli temel büyük ekipman öğeleri Kriyostaz, dijital görüntü özelliğine sahip epifluorescent mikroskop ve görüntü analizi için bir bilgisayar sistemi vardır.

deneyci po…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by NIH-NINDS grant RO1-NS065895 and NIH-NINDS grant 5-F31-NS076250-02.

We thank JHU SOM Microscope Facility for the use of the cryostat.

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. 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Riferimenti

  1. Ansari, B., Coates, P. J., Greenstein, B. D., Hall, P. A. In situ end-labelling detects DNA strand breaks in apoptosis and other physiological and pathological states. 170 (1), 1-8 (1993).
  2. Ben-Izhak, O., Laster, Z., Akrish, S., Cohen, G., Nagler, R. M. TUNEL as a tumor marker of tongue cancer. Anticancer Res. 28 (5B), 2981-2986 (2008).
  3. Colecchia, M., et al. Detection of apoptosis by the TUNEL technique in clinically localised prostatic cancer before and after combined endocrine therapy. 50 (5), 384-388 (1997).
  4. Collins, A. R. The comet assay for DNA damage and repair: principles, applications, and limitations. Mol. Biotechnol. 26 (3), 249-261 (2004).
  5. Delaurier, A., et al. The Mouse Limb Anatomy Atlas: an interactive 3D tool for studying embryonic limb patterning. 8, 83 (2008).
  6. Torres, C., Munell, F., Ferrer, I., Reventos, J., Macaya, A. Identification of necrotic cell death by the TUNEL assay in the hypoxic-ischemic neonatal rat brain. Neurosci. Lett. 230 (1), 1-4 (1997).
  7. Didenko, V. V. . In Situ Detection of DNA Damage : Methods and Protocols. , 978-970 (2002).
  8. Edelman, J. C., Edelman, P. M., Kniggee, K. M., Schwartz, I. L. Isolation of skeletal muscle nuclei. J. Cell Biol. 27 (2), 365-378 (1965).
  9. Facchinetti, A., Tessarollo, L., Mazzocchi, M., Kingston, R., Collavo, D., Biasi, G. An improved method for the detection of DNA fragmentation. J. Immunol. Methods. 136 (1), 125-131 (1991).
  10. Fayzullina, S., Martin, L. J. Skeletal muscle DNA damage precedes spinal motor neuron DNA damage in a mouse model of spinal muscular atrophy (SMA). PLoS.One. 9 (3), e93329 (2014).
  11. Ferrer, I., et al. Naturally occurring cell death in the developing cerebral cortex of the rat. Evidence of apoptosis-associated internucleosomal DNA fragmentation. Neurosci. Lett. 182 (1), 77-79 (1994).
  12. Gavrieli, Y., Sherman, Y., Ben-Sasson, S. A. Identification of programmed cell death in situ via specific labeling of nuclear DNA fragmentation. J. Cell Biol. 119 (3), 493-501 (1992).
  13. Gown, A. M., Willingham, M. C. Improved detection of apoptotic cells in archival paraffin sections: immunohistochemistry using antibodies to cleaved caspase 3. J. Histochem. Cytochem. 50 (4), 449-454 (2002).
  14. Hara, A., et al. Neuronal apoptosis studied by a sequential TUNEL technique: a method for tract-tracing. Brain Res. Brain Res. Protoc. 4 (2), 140-146 (1999).
  15. Harn, H. J., et al. Apoptosis occurs more frequently in intraductal carcinoma than in infiltrating duct carcinoma of human breast cancer and correlates with altered p53 expression: detected by terminal-deoxynucleotidyl-transferase-mediated dUTP-FITC nick end labelling (TUNEL). Histopathology. 31 (6), 534-539 (1997).
  16. Hsieh-Li, H. M., et al. A mouse model for spinal muscular atrophy. Nat. Genet. 24 (1), 66-70 (2000).
  17. Huerta, S., Goulet, E. J., Huerta-Yepez, S., Livingston, E. H. Screening and detection of apoptosis. J. Surg. Res. 139 (1), 143-156 (2007).
  18. Iwaki, T., Yamashita, H., Hayakawa, T. A color atlas of sectional anatomy of the mouse. 1, (2001).
  19. Kaufman, M. H. . The atlas of mouse development. , (1992).
  20. Koppen, G., Angelis, K. J. Repair of X-ray induced DNA damage measured by the comet assay in roots of Vicia faba. Environ. Mol. Mutagen. 32 (2), 281-285 (1998).
  21. Kuehl, L. Isolation of skeletal muscle nuclei. Methods Cell Biol. 15, 79-88 (1977).
  22. Kuo, L. J., Yang, L. X. Gamma-H2AX – a novel biomarker for DNA double-strand breaks. In Vivo. 22 (3), 305-309 (2008).
  23. Labat-Moleur, F., et al. TUNEL apoptotic cell detection in tissue sections: critical evaluation and improvement. J. Histochem. Cytochem. 46 (3), 327-334 (1998).
  24. Modak, S. P., Bollum, F. J. Detection and measurement of single-strand breaks in nuclear DNA in fixed lens sections. Exp. Cell Res. 75 (2), 307-313 (1972).
  25. Naruse, I., Keino, H., Kawarada, Y. Antibody against single-stranded DNA detects both programmed cell death and drug-induced apoptosis. Histochemistry. 101 (1), 73-78 (1994).
  26. . National Research Council (US) Committee for the Update of the Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. , (2011).
  27. Negoescu, A., et al. In situ apoptotic cell labeling by the TUNEL method: improvement and evaluation on cell preparations). J. Histochem. Cytochem. 44 (9), 959-968 (1996).
  28. Ostling, O., Johanson, K. J. Microelectrophoretic study of radiation-induced DNA damages in individual mammalian cells. Biochem. Biophys. Res. Commun. 123 (1), 291-298 (1984).
  29. Phanithi, P. B., Yoshida, Y., Santana, A., Su, M., Kawamura, S., Yasui, N. Mild hypothermia mitigates post-ischemic neuronal death following focal cerebral ischemia in rat brain: immunohistochemical study of Fas, caspase-3 and TUNEL. Neuropathology. 20 (4), 273-282 (2000).
  30. Portera-Cailliau, C., Price, D. L., Martin, L. J. Excitotoxic neuronal death in the immature brain is an apoptosis-necrosis morphological continuum. J. Comp Neurol. 378 (1), 70-87 (1997).
  31. Portera-Cailliau, C., Price, D. L., Martin, L. J. Non-NMDA and NMDA receptor-mediated excitotoxic neuronal deaths in adult brain are morphologically distinct: further evidence for an apoptosis-necrosis continuum. J. Comp Neurol. 378 (1), 88-104 (1997).
  32. Ravi, D., Ramadas, K., Mathew, B. S., Nalinakumari, K. R., Nair, M. K., Pillai, M. R. De novo programmed cell death in oral cancer. Histopathology. 34 (3), 241-249 (1999).
  33. Sakaki, T., Kohmura, E., Kishiguchi, T., Yuguchi, T., Yamashita, T., Hayakawa, T. Loss and apoptosis of smooth muscle cells in intracranial aneurysms. Studies with in situ DNA end labeling and antibody against single-stranded DNA. Acta Neurochir.(Wien). 139 (5), 469-474 (1997).
  34. Shi, S. R., Cote, R. J., Taylor, C. R. Antigen retrieval immunohistochemistry: past, present, and future. J. Histochem. Cytochem. 45 (3), 327-343 (1997).
  35. Shi, S. R., Imam, S. A., Young, L., Cote, R. J., Taylor, C. R. Antigen retrieval immunohistochemistry under the influence of pH using monoclonal antibodies. J. Histochem. Cytochem. 43 (2), 193-201 (1995).
  36. Singh, N. P., McCoy, M. T., Tice, R. R., Schneider, E. L. A simple technique for quantitation of low levels of DNA damage in individual cells. Exp. Cell Res. 175 (1), 184-191 (1988).
  37. Sirvent, J. J., Aguilar, M. C., Olona, M., Pelegri, A., Blazquez, S., Gutierrez, C. Prognostic value of apoptosis in breast cancer pT1-pT2). A TUNEL, p53, bcl-2, bag-1 and Bax immunohistochemical study. Histol.Histopathol. 19 (3), 759-770 (2004).
  38. Skyrlas, A., Hantschke, M., Passa, V., Gaitanis, G., Malamou-Mitsi, V., Bassukas, I. D. Expression of apoptosis-inducing factor (AIF) in keratoacanthomas and squamous cell carcinomas of the skin. Exp. Dermatol. 20 (8), 674-676 (2011).
  39. Smith, M. D., Weedon, H., Papangelis, V., Walker, J., Roberts-Thomson, P. J., Ahern, M. J. Apoptosis in the rheumatoid arthritis synovial membrane: modulation by disease-modifying anti-rheumatic drug treatment. Rheumatology.(Oxford). 49 (5), 862-875 (2010).
  40. Stadelmann, C., Lassmann, H. Detection of apoptosis in tissue sections). Cell Tissue Res. 301 (1), 19-31 (2000).
  41. Schans, G. P., van Loon, A. A., Groenendijk, R. H., Baan, R. A. Detection of DNA damage in cells exposed to ionizing radiation by use of anti-single-stranded DNA monoclonal antibody. Int. J. Radiat. Biol. 55 (5), 747-760 (1989).
  42. Watanabe, I., et al. Detection of apoptotic cells in human colorectal cancer by two different in situ methods: antibody against single-stranded DNA and terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP-biotin nick end-labeling (TUNEL) methods. Jpn. J. Cancer Res. 90 (2), 188-193 (1999).
  43. Watanabe, T., et al. Apoptosis signal-regulating kinase 1 is involved not only in apoptosis but also in non-apoptotic cardiomyocyte death. Biochem. Biophys. Res. Commun. 333 (2), 562-567 (2005).
  44. Yaoita, H., Ogawa, K., Maehara, K., Maruyama, Y. Attenuation of ischemia/reperfusion injury in rats by a caspase inhibitor. Circulation. 97 (3), 276-281 (1998).

Tags

TUNELDNA DamageMouseSkeletal MuscleFluorescenceApoptosisQuantitation
check_url/it/52211?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citazione di questo articolo
Fayzullina, S., Martin, L. J. Detection and Analysis of DNA Damage in Mouse Skeletal Muscle In Situ Using the TUNEL Method. J. Vis. Exp. (94), e52211, doi:10.3791/52211 (2014).
Scarica citazione
Ristampe e autorizzazioni

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image