Gelişmiş protein-protein etkileşimleri ve Kinetik DNA lezyonlar, çalışmaya Confocal mikroskobu teknikleri
Summary
Lazer microirradiation yaşayan hücrelerde DNA onarım çalışmaları için yararlı bir araçtır. Çeşitli DNA lezyonlar ikna etmek için UVA lazerler kullanımı için bir metodolojik yaklaşım gösterilir. Normal hücre döngüsü tutar yerel microirradiation için bir yöntemi optimize; Böylece, ışınlanmış hücre mitoz devam edin.
Abstract
Lazerler ile yerel microirradiation canlı hücrelerdeki DNA onarım ile ilgili süreçlerin çalışmaları için yararlı bir araç temsil eder. Burada, yerel olarak microirradiated Kromatin zaman ya da protein-protein etkileşimleri üzerinde protein Kinetik DNA lezyonlar, analiz için bir metodolojik yaklaşım tarif. Biz de tek tek hücre döngüsü bağlı protein Kinetik DNA lezyonlar, çalışmaya Fucci hücresel sistem kullanarak hücre döngüsü aşamaları tanımak gösterilmiştir. İki UV lazerler kullanımı metodolojik açıklaması (355 nm ve 405 nm) farklı DNA hasar ikna etmek için de sunulmaktadır. Yalnızca hücre microirradiated 405 nm diode lazer tarafından mitoz normalde devam etti ve cyclobutane pirimidin dimer (CPDs) yoksun olduğunu. Biz de nasıl microirradiated hücre immunodetection ilgi endojen proteinlerin gerçekleştirmek için verilen süre noktada sabit olabilir gösterir. DNA onarım çalışmaları için ayrıca sıkı BAĞLAMAK (floresan kurtarma sonra Photobleaching) ve FLIM (floresan ömür boyu Imaging mikroskobu) kendiliğinden meydana gelen hücreler dahil olmak üzere biyofiziksel yöntemlerin kullanımı tarif DNA hasarı foci. Ayrıca protein-protein etkileşimleri deneysel çalışmalarda FLIM FRET (floresan rezonans enerji transferi) bir uygulama gösterir.
Introduction
DNA hasar oluşan cyclobutane pirimidin dimer (CPDs), 8-oxo-7,8-dihydro-2′-deoxyguanosine ve tek iplikçikli DNA lezyonlar görünümünü açar veya iki iplikçikli1,2tatili. Γ-ışınları iyonize radyasyon yüksek enerji ve yüksek alellerle biçimidir, böylece bu kaynağı radyasyon radyoterapi3‘ te yaygın olarak kullanılır. Öte yandan, deneysel olarak UV lazerler taklit eder doğal maruz UV ışığı neden olduğu DNA hasar indüklenen. UVA microirradiation, mikroskobik bir yöntem olarak, bireysel yaşam hücrelerdeki DNA hasarı çalışmak için deneysel bir araç temsil eder. Microirradiation ilk kez 40 yıl önce kromozom bölgeleri4,5organizasyonu ortaya çıkarmak amacıyla kullanıldı. Bu teknik son derece işlevsel özelliklerini confocal mikroskoplar veya modern nanoscopy teknik sınırları üzerinde bağlıdır. DNA lezyonlar ikna etmek için hücreleri tarafından 5′ bromodeoxyuridine (BrdU) veya Höchst 33342 UV Işınlama önce presensitized. Bártová vd. 6 presensitization adım daha önce açıklanan ve son zamanlarda biz bu microirradiation teknik hücre ölümü veya apoptosis önlemek için en iyi duruma getirilmiş. Örneğin, bir 405 nm UV lazer (olmadan Höchst 33342 presensitization) kullanımı pahasına cyclobutane pirimidin dimer (CPDs) 53BP1-pozitif iki iplikçikli kırılmalar (DSBs) indüksiyon için yol açar. Öte yandan, UV microirradiation ile kombine presensitization adımları çok yüksek düzeyde CPDs ve DSBs aynı anda neden7,8. Bu yöntem tek bir DNA onarım yol çalışma odasına uygulamak zordur.
Microirradiation ile protein alımı, kinetik ve etkileşim, canlı hücreler lezyonlarının DNA analiz etmek mümkündür. Bu yöntemi örneği Luijsterburg vd tarafından yayımlandı 9 heterochromatin protein 1β ve biz son zamanlarda pluripotency faktör Oct4 ve Aytac, Cajal organları ile ilişkili bir protein DNA UV kaynaklı lezyonlar6,10‘ a işe ilk kez gösterdi. Bu DNA lezyonlar, protein Kinetik da sıkı BAĞLAMAK (floresan kurtarma sonra Photobleaching)11,12,13 kullanarak okudu olabilir veya (floresan rezonans enerji transferi) teknikleri14 ÜZÜLMEK ,15. Bu yöntemler basit Difüzyon proteinlerin DNA lezyonlar veya protein-protein etkileşimleri ortaya potansiyeline sahip. Ek protein karakterizasyonu için yararlı bir araç FLIM (floresan ömür boyu Imaging mikroskobu) veya perde teknoloji (FRET-FLIM)16ile onun birlikte olduğunu. Bu yöntemler stabil olan hücreler yaşayan veya geçici protein flüoresan molekül17tarafından öğesini ilgi ifade işlemleri çalışma etkinleştirin. Burada, üstel çürüme kez (τ) GFP öğesini p53 protein ve etkileşim ortak, 53BP1, mCherry öğesini DNA hasarı yanıt18,19 ‘ önemli bir rol oynayan bir örneği gösterilir. Parametre τ FLIM hesaplamaları tarafından sağlanan fluorochrome ömrünü bir verilen Floresans boya, bağlama yetenekleri ve hücresel çevresi için özeldir. Bu nedenle, bu yöntem bize DNA hasar sonra örneğin, protein altgrupları, bağlama yeteneklerini ve fonksiyonel özellikleri arasındaki farklılıklar gösterebilir.
Burada, bizim laboratuvarda Saat özel protein alımı, Kinetik, difüzyon ve microirradiated Kromatin sitesinde protein-protein etkileşimleri incelemek için kullanılır bir anahat gelişmiş mikroskobu teknikleri metodolojik yaklaşımların sunulur. Canlı hücreler yerel DNA lezyonlarının indüksiyon ve metodolojileri itibariyle yerel olarak bağlı DNA lezyonlar UV lazerler tarafından neden olduğu DNA hasar ile ilgili olayların çalışmaları için yararlı bir açıklama için adım adım yöntemler sağlanır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Mikroskopi teknikleri temel araçları araştırma laboratuarları’nda temsil eder. Burada, protein alımı için çalışma yöntemleri hakkında kısa bir açıklama kullanılan ve Kinetik DNA lezyonlar, sunulur. Biz özellikle deneysel deneyimi yaşayan hücrelerin yerel microirradiation alanında kaydetti ve sıkı BAĞLAMAK ve protein-protein etkileşim alıcısı ağartma FRET28 DNA lezyonlar ve onun gelişmiş protein Kinetik incelenmesi konuşalım değişiklik FRET-FLIM (<strong class="xf…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser Çek Cumhuriyeti, proje P302-12-G157 Grant ajansı tarafından desteklenmiştir. Deneyler de Norveç fon tarafından ve Milli Eğitim Bakanlığı, gençlik ve spor Çek Cumhuriyeti tarafından denetimli çek-Norveç araştırma programı CZ09 tarafından desteklenen (sayı vermek: 7F14369).
Materials
| Cell cultivation | |||
| HeLa | ATCC | CCL-2TM | |
| ES-D3 [D3] | ATCC | CRL-11632TM | |
| HeLa -Fucci cells | http://ruo.mbl.co.jp/bio/e/product/flprotein/fucci.html | ||
| DMEM | PAN-Biotech | P03-0710 | |
| DMEM high glucose | Sigma-Aldrich | D6429-500ML | |
| Fetal bovine serum (FBS) | HyClone | SV30180.03 | |
| ES Cell FBS | Gibco | 16141-079 | |
| Non-Essential Amino Acids (NEAA) | Gibco | 11140-035 | |
| mLIF (mouse Leukemia Inhibitor Factor) | Merck Millipore | ESG1107 | |
| MTG (1-Thioglycerol) | Sigma-Aldrich | M6145-25ML | |
| Penicillin-Streptomycin Solution | Biosera | XC-A4122/100 | |
| Trypsin – EDTA | Biosera | XC-T1717/100 | dilute with 1 × PBS in ratio 1:6 |
| Nunclon cell culture dishes | Sigma-Aldrich | P7866 | cultivation of mESCs D3 cells |
| µ-Dish 35m+A15:I35m Grid-500 | Ibidi GmbH | 81166 | microscopic dish |
| 0.2% Gelatine | Sigma-Aldrich | G1890-100G | dilute in destille water and autoclaved |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Cell transfection | |||
| GFP-p53 plasmid | Addgene | 12091 | |
| mCherry-PCNA plasmid | generous gift from Cristina Cardoso, Technische Universität Darmstadt | ||
| mCherry-53BP1 plasmid | Addgene | 19835 | |
| Metafecetene | Biontex Laboratories GmbH | T020–2.0 | |
| 10 × PBS | Thermo Fisher Scientific | AM9625 | for transfection use 1 × PBS diluted in nuclease-free water |
| 5-bromo-2’-deoxy-uridine | Sigma-Aldrich | 11296736001 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Confocal microscopy | |||
| Microscope Leica TCS SP5 | Leica Microsystems | ||
| Microscope Leica TCS SP8 | Leica Microsystems | ||
| White-light laser | Leica Microsystems | ||
| 355-nm laser | Coherent Inc. | laser power 80 mW | |
| 405-nm laser | Leica Microsystems | laser power 50 mW | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Immunofluorescence staining | |||
| Coverslip | VWR International Ltd | 631-1580 | |
| 4% paraformaldehyde | Affymetrix | 19943 1 LT | |
| Triton X100 | MP Biomedicals | 2194854 | |
| Saponin from quillaja bark | Sigma-Aldrich | S4521 | |
| BSA | Sigma-Aldrich | A2153 | |
| 53BP1 | Abcam | ab21083 | primary antibody |
| AlexaFluore 647 | Thermo Fisher Scientific | A27040 | secondary antibody |
| Vectashield | Vector Laboratories Ltd | H-1000 | mounting medium |
Riferimenti
- Cadet, J., Mouret, S., Ravanat, J. L., Douki, T. Photoinduced damage to cellular DNA: direct and photosensitized reactions. Photochem Photobiol. 88 (5), 1048-1065 (2012).
- Cooke, M. S., et al. Immunochemical detection of UV-induced DNA damage and repair. J Immunol Methods. 280 (1-2), 125-133 (2003).
- Lahtz, C., et al. Gamma irradiation does not induce detectable changes in DNA methylation directly following exposure of human cells. PLoS One. 7 (9), e44858 (2012).
- Cremer, T., et al. Detection of chromosome aberrations in the human interphase nucleus by visualization of specific target DNAs with radioactive and non-radioactive in situ hybridization techniques: diagnosis of trisomy 18 with probe L1.84. Hum Genet. 74 (4), 346-352 (1986).
- Zorn, C., Cremer, T., Cremer, C., Zimmer, J. Laser UV microirradiation of interphase nuclei and post-treatment with caffeine. A new approach to establish the arrangement of interphase chromosomes. Hum Genet. 35 (1), 83-89 (1976).
- Bartova, E., et al. Recruitment of Oct4 protein to UV-damaged chromatin in embryonic stem cells. PLoS One. 6 (12), e27281 (2011).
- Stixova, L., et al. HP1beta-dependent recruitment of UBF1 to irradiated chromatin occurs simultaneously with CPDs. Epigenetics Chromatin. 7 (1), 39 (2014).
- Stixova, L., et al. Advanced microscopy techniques used for comparison of UVA- and gamma-irradiation-induced DNA damage in the cell nucleus and nucleolus. Folia Biol (Praha). 60, 76-84 (2014).
- Luijsterburg, M. S., et al. Heterochromatin protein 1 is recruited to various types of DNA damage. J Cell Biol. 185 (4), 577-586 (2009).
- Bartova, E., et al. Coilin is rapidly recruited to UVA-induced DNA lesions and gamma-radiation affects localized movement of Cajal bodies. Nucleus. 5 (3), 460-468 (2014).
- Franek, M., et al. Advanced Image Acquisition and Analytical Techniques for Studies of Living Cells and Tissue Sections. Microsc Microanal. 22 (2), 326-341 (2016).
- Lemmer, P., et al. Using conventional fluorescent markers for far-field fluorescence localization nanoscopy allows resolution in the 10-nm range. J Microsc. 235 (2), 163-171 (2009).
- Reits, E. A., Neefjes, J. J. From fixed to FRAP: measuring protein mobility and activity in living cells. Nat Cell Biol. 3 (6), E145-E147 (2001).
- Lakowitz, J. R. . Principles of Fluorescence Spectroscopy. , (2006).
- Piston, D. W., Kremers, G. J. Fluorescent protein FRET: the good, the bad and the ugly. Trends Biochem Sci. 32 (9), 407-414 (2007).
- Levitt, J. A., Matthews, D. R., Ameer-Beg, S. M., Suhling, K. Fluorescence lifetime and polarization-resolved imaging in cell biology. Curr Opin Biotechnol. 20 (1), 28-36 (2009).
- Shimomura, O., Johnson, F. H., Saiga, Y. Extraction, purification and properties of aequorin, a bioluminescent protein from the luminous hydromedusan, Aequorea. J Cell Comp Physiol. 59, 223-239 (1962).
- Iwabuchi, K., Bartel, P. L., Li, B., Marraccino, R., Fields, S. Two cellular proteins that bind to wild-type but not mutant p53. Proc Natl Acad Sci U S A. 91 (13), 6098-6102 (1994).
- Ward, I. M., Minn, K., van Deursen, J., Chen, J. p53 Binding protein 53BP1 is required for DNA damage responses and tumor suppression in mice. Mol Cell Biol. 23 (7), 2556-2563 (2003).
- Kanda, T., Sullivan, K. F., Wahl, G. M. Histone-GFP fusion protein enables sensitive analysis of chromosome dynamics in living mammalian cells. Curr Biol. 8 (7), 377-385 (1998).
- Walter, J., Schermelleh, L., Cremer, M., Tashiro, S., Cremer, T. Chromosome order in HeLa cells changes during mitosis and early G1, but is stably maintained during subsequent interphase stages. J Cell Biol. 160 (5), 685-697 (2003).
- Sakaue-Sawano, A., et al. Tracing the silhouette of individual cells in S/G2/M phases with fluorescence. Chem Biol. 15 (12), 1243-1248 (2008).
- Sorokin, D. V., et al. Localized movement and morphology of UBF1-positive nucleolar regions are changed by gamma-irradiation in G2 phase of the cell cycle. Nucleus. 6 (4), 301-313 (2015).
- Vogel, S. S., Nguyen, T. A., van der Meer, B. W., Blank, P. S. The impact of heterogeneity and dark acceptor states on FRET: implications for using fluorescent protein donors and acceptors. PLoS One. 7 (11), e49593 (2012).
- Foltankova, V., Matula, P., Sorokin, D., Kozubek, S., Bartova, E. Hybrid detectors improved time-lapse confocal microscopy of PML and 53BP1 nuclear body colocalization in DNA lesions. Microsc Microanal. 19 (2), 360-369 (2013).
- Suchankova, J., et al. Distinct kinetics of DNA repair protein accumulation at DNA lesions and cell cycle-dependent formation of gammaH2AX- and NBS1-positive repair foci. Biol Cell. 107 (12), 440-454 (2015).
- Bártová, E., et al. PCNA is recruited to irradiated chromatin in late S phase and is most pronounced in G2 phase of the cell cycle. Protoplasma. , (2017).
- Krejci, J., et al. Post-Translational Modifications of Histones in Human Sperm. J Cell Biochem. 116 (10), 2195-2209 (2015).
- Chou, D. M., et al. A chromatin localization screen reveals poly (ADP ribose)-regulated recruitment of the repressive polycomb and NuRD complexes to sites of DNA damage. Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (43), 18475-18480 (2010).
- Sustackova, G., et al. Acetylation-dependent nuclear arrangement and recruitment of BMI1 protein to UV-damaged chromatin. J Cell Physiol. 227 (5), 1838-1850 (2012).
- Smirnov, E., et al. Separation of replication and transcription domains in nucleoli. J Struct Biol. 188 (3), 259-266 (2014).
- Bastiaens, P. I., Squire, A. Fluorescence lifetime imaging microscopy: spatial resolution of biochemical processes in the cell. Trends Cell Biol. 9 (2), 48-52 (1999).
- Day, R. N. Measuring protein interactions using Forster resonance energy transfer and fluorescence lifetime imaging microscopy. Methods. 66 (2), 200-207 (2014).
- Konig, K., Uchugonova, A., Breunig, H. G. High-resolution multiphoton cryomicroscopy. Methods. 66 (2), 230-236 (2014).
