מחזור התא-מדידה ייחודית של γH2AX ו אפופטוזיס לאחר הלחץ הגנוטוקסיידי זרימה Cyהמטריה
Summary
השיטה המוצגת משלבת את הניתוח הכמותי של מעברי ה-DNA כפול סטרנד (DSBs), מחזור התא הפצה ו אפופטוזיס כדי לאפשר מחזור התא הערכה ספציפית של האינדוקציה DSBS ותיקון, כמו גם את ההשלכות של כשל בתיקון.
Abstract
השיטה המוצגת או גרסאות מעט שונה כבר המציאו ללמוד תגובות טיפול ספציפיות תופעות לוואי של טיפולים שונים נגד סרטן משמש אונקולוגיה קלינית. היא מאפשרת ניתוח כמותי ואורכי של התגובה נזק DNA לאחר הלחץ גנוטוקסי, כפי שנגרם על ידי הקרנות והמון תרופות נגד סרטן. השיטה מכסה את כל השלבים של תגובת ה-DNA התגובה, מתן נקודות קצה עבור אינדוקציה ותיקון של ה-DNA כפול הגדיל מעברי (DSBs), מעצר תא המעצר תא מוות על ידי אפופטוזיס במקרה של כשל בתיקון. שילוב מדידות אלה מספק מידע על השפעות הטיפול תלויי מחזור התא ובכך מאפשר מחקר מעמיק של הגומלין בין התפשטות הסלולר ומנגנוני ההתמודדות נגד נזק לדנ א. כמו ההשפעה של מtherapeutics סרטן רבים כולל סוכני כימותרפיה וקרינה מייננת מוגבל או משתנה מאוד על פי שלבים ספציפיים מחזור התא, מנתח הקורקורונים להסתמך על שיטה חזקה והומה להעריך את השפעות הטיפול ב-DNA באופן ספציפי למחזור התא. דבר זה אינו אפשרי עם בחני נקודת קצה אחת ויתרון חשוב של השיטה המוצגת. השיטה אינה מוגבלת לקו תא מסוים ונבדק ביסודיות בהמון שורות של תאים סרטניים ורקמות רגילות. זה יכול להיות מיושם באופן נרחב בתור שיטת הרעילות מקיפה בתחומים רבים של אונקולוגיה מלבד רדיו-אונקולוגיה, כולל גורם סיכון סביבתי הערכה, הקרנת סמים והערכה של אי-יציבות גנטית בתאי הגידול.
Introduction
המטרה של אונקולוגיה היא להרוג או להשבית תאים סרטניים מבלי לפגוע בתאים נורמליים. טיפולים רבים או ישירות או עקיף לגרום ללחץ גנוטוקסינים בתאים סרטניים, אבל גם כמה להאריך בתאים נורמליים. כימותרפיה או תרופות ממוקדות משולבים לעתים קרובות עם הקרנות כדי לשפר את רגישות הרדיו של הגידול לקרינה,1,2,3,4,5, אשר מאפשר ירידה של את המינון הרדיואקטיבי כדי למזער את הנזק לרקמות נורמלי.
קרינה מייננת וסוכנים גנוסיים אחרים לגרום סוגים שונים של נזק לדנ א, כולל שינויי בסיס, מרובי סטרנד והפסקות יחיד או כפול סטרנד. DNA מעברי הגדיל כפול (DSBs) הם נגעים DNA החמורה ביותר האינדוקציה שלהם הוא המפתח להשפעה הריגת תאים של קרינה מייננת ותרופות ציטוסטטי שונים בכימותרפיה רדיותרפיה. Dsbs לא רק לפגוע ביושרה של הגנום, אלא גם לקדם את היווצרות של מוטציות6,7. לכן, מסלולים תיקון DSB שונים, מנגנונים לחסל תאים פגומים באופן חסר תקנה כמו אפופטוזיס פיתחו במהלך האבולוציה. התגובה הנזק DNA כולו (DDR) מוסדר על ידי רשת מורכבת של איתות מסלולים המגיעים מ-DNA זיהוי נזק ומחזור תא מעצר כדי לאפשר תיקון DNA, למות תאים מתוכנתים או הפעלה במקרה של כשל תיקון8.
שיטת הזרימה המוצגת של סייטוטומטנה פותחה כדי לחקור את ה-DDR לאחר הלחץ הגנומי באחת השיטות המקיפות שמכסה את האינדוקציה והתיקון של DSB, כמו גם תוצאות כשל בתיקון. הוא משלב את המדידה של היישום הנרחב DSB סמן γH2AX עם ניתוח של מחזור התא אינדוקציה של אפופטוזיס, באמצעות ניתוח subG1 הקלאסי והערכה ספציפית יותר של caspase-3 הפעלה.
השילוב של נקודות קצה אלה באחד מה, לא רק מפחית את הזמן, העבודה והוצאות העלות, אלא גם מאפשר מדידה ספציפית של מחזור התא של האינדוקציה והתיקון של DSB, כמו גם הפעלת caspase-3. ניתוחים כאלה לא יהיה אפשרי עם שנערך באופן עצמאי, אבל הם רלוונטיים מאוד להבנה מקיפה של התגובה נזק לדנ א לאחר הלחץ גנוטוקסיד. תרופות רבות נגד סרטן, כגון תרכובות ציטוסטטי, מכוונים נגד חלוקת תאים והיעילות שלהם תלויה מאוד בשלב מחזור התא. הזמינות של תהליכי תיקון dsb שונים תלויה גם בשלב מחזור התא ובחירת מסלול שהיא קריטית לדיוק התיקון, ובתורו קובע את גורלו של התא9,10,11, . שתיים עשרה בנוסף, מדידה ספציפית למחזור תאים של רמות DSB מדויקת יותר מניתוח במאגר, מכיוון שרמות DSB אינן תלויות רק במינון של תרכובת מגנטית או קרינה, אלא גם בתוכן הדנ א של התא.
השיטה שימש כדי להשוות את היעילות של רדיותרפיות שונות כדי להתגבר על מנגנוני ההתנגדות ב גלינובלסטומה13 ולנתח את הגומלין בין קרינה מייננת תרופות ממוקדות אוסטאוסרקומה14,15 וסרטן השרירים הטיפוסי… בנוסף, השיטה המתוארת שימש רבות כדי לנתח תופעות לוואי של רדיו-וכימותרפיה על תאי גזע mesenchymal17,18,19,20,21, 22,23,24, אשר חיוניים לתיקון של טיפול המושרה נזק רקמות נורמלי יש יישום פוטנציאלי ברפואה רגנרטיבית.
Protocol
Representative Results
Discussion
השיטה הכוללת היא קלה לשימוש ומציעה מדידה מהירה, מדויקת ומתחודש של התגובה נזק DNA כולל הפסקה כפולה הגדיל (DSB) אינדוקציה ותיקון, מחזור התא אפקטים מוות תאים האפוטוטיים. השילוב של נקודות קצה אלה מספק תמונה מלאה יותר של יחסי הגומלין שלהם מאשר הפרט היחיד. השיטה יכולה להיות מיושמת באופן נרחב כשיקול …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים לצוות המתקן הרפואי של המרכז לחקר הסרטן הגרמני (DKFZ) על תמיכתם.
Materials
| 1000 µL filter tips | Nerbe plus | 07-693-8300 | |
| 100-1000 µL pipette | Eppendorf | 3123000063 | |
| 12 x 75 mm Tubes with Cell Strainer Cap, 35 µm mesh pore size | BD Falcon | 352235 | |
| 15 mL tubes | BD Falcon | 352096 | |
| 200 µL filter tips | Nerbe plus | 07-662-8300 | |
| 20-200 µL pipette | Eppendorf | 3123000055 | |
| 4’,6-Diamidin-2-phenylindol (DAPI) | Sigma-Aldrich | D9542 | Dissolve in water at 200 µg/ml and store aliquots at -20 °C |
| Alexa Fluor 488 anti-H2A.X Phospho (Ser139) Antibody, RRID: AB_2248011 | BioLegend | 613406 | Dilute 1:20 |
| Alexa Fluor 647 Rabbit Anti-Active Caspase-3 Antibody, AB_1727414 | BD Pharmingen | 560626 | Dilute 1:20 |
| BD FACSClean solution | BD Biosciences | 340345 | For cytometer cleaning routine after measurement |
| BD FACSRinse solution | BD Biosciences | 340346 | For cytometer cleaning routine after measurement |
| Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline (PBS) | Biochrom | L 182 | Dissolve in water to 1x concentration |
| Dulbecco's Modified Eagle's Medium with stable glutamin | Biochrom | FG 0415 | Routine cell culture material for the example cell line used in the protocol |
| Ethanol absolute | VWR | 20821.330 | |
| Excel software | Microsoft | ||
| FBS Superior (fetal bovine serum) | Biochrom | S 0615 | Routine cell culture material for the example cell line used in the protocol |
| FlowJo v10 software | LLC | online order | |
| Fluoromount-G | SouthernBiotech | 0100-01 | Embedding medium for optional preparation of microscopic slides from stained samples |
| folded cellulose filters, grade 3hw | NeoLab | 11416 | |
| LSRII or LSRFortessa cytometer | BD Biosciences | ||
| MG132 | Calbiochem | 474787 | optional drug for apoptosis positive control |
| Multifuge 3SR+ | Heraeus | ||
| Paraformaldehyde | AppliChem | A3813 | Prepare 4.5% solution fresh. Dilute in PBS by heating to 80 °C with slow stirring under the fume hood. Cover the flask with aluminium foil to prevent heat loss. Let the solution cool to room temperature and adjust the final volume. Pass the solution through a cellulose filter. |
| Phospho-Histone H3 (Ser10) (D2C8) XP Rabbit mAb (Alexa Fluor® 555 Conjugate) RRID: AB_10694639 | Cell Signaling Technology | #3475 | Dilute 3:200 |
| PIPETBOY acu 2 | Integra Biosciences | 155 016 | |
| Serological pipettes, 10 mL | Corning | 4488 | |
| Serological pipettes, 25 mL | Corning | 4489 | |
| Serological pipettes, 5 mL | Corning | 4487 | |
| SuperKillerTRAIL (modified TNF-related apoptosis-inducing ligand) | Biomol | AG-40T-0002-C020 | optional drug for apoptosis positive control |
| T25 cell culture flasks | Greiner bio-one | 690160 | Routine cell culture material for the example cell line used in the protocol |
| Trypsin/EDTA | PAN Biotech | P10-025500 | Routine cell culture material for the example cell line used in the protocol |
| U87 MG glioblastoma cells | ATCC | ATCC-HTB-14 | Example cell line used in the protocol |
Referências
- Jensen, A., et al. Treatment of non-small cell lung cancer with intensity-modulated radiation therapy in combination with cetuximab: the NEAR protocol (NCT00115518). BMC Cancer. 6, 122 (2006).
- Oertel, S., et al. Human Glioblastoma and Carcinoma Xenograft Tumors Treated by Combined Radiation and Imatinib (Gleevec). Strahlentherapie und Onkologie. 182 (7), 400-407 (2006).
- Timke, C., et al. Combination of Vascular Endothelial Growth Factor Receptor/Platelet-Derived Growth Factor Receptor Inhibition Markedly Improves Radiation Tumor Therapy. Clinical Cancer Research. 14 (7), 2210-2219 (2008).
- Zhang, M., et al. Trimodal glioblastoma treatment consisting of concurrent radiotherapy, temozolomide, and the novel TGF-β receptor I kinase inhibitor LY2109761. Neoplasia. 13 (6), 537-549 (2011).
- Blattmann, C., et al. Suberoylanilide hydroxamic acid affects expression in osteosarcoma, atypical teratoid rhabdoid tumor and normal tissue cell lines after irradiation. Strahlentherapie und Onkologie. 188 (2), 168-176 (2012).
- Hoeijmakers, J. H. DNA Damage, Aging, and Cancer. New England Journal of Medicine. 361 (15), 1475-1485 (2015).
- Rodgers, K., McVey, M. Error-Prone Repair of DNA Double-Strand Breaks. Journal of Cellular Physiology. 231 (1), 15-24 (2016).
- Ciccia, A., Elledge, S. J. The DNA Damage Response: Making It Safe to Play with Knives. Molecular Cell. 40 (2), 179-204 (2010).
- Rothkamm, K., Krüger, I., Thompson, L. H., Löbrich, M. Pathways of DNA double-strand break repair during the mammalian cell cycle. Molecular and Cellular Biology. 23 (16), 5706-5715 (2003).
- Escribano-Díaz, C., et al. A Cell Cycle-Dependent Regulatory Circuit Composed of 53BP1-RIF1 and BRCA1-CtIP Controls DNA Repair Pathway Choice. Molecular Cell. 49 (5), 872-883 (2013).
- Bakr, A., et al. Functional crosstalk between DNA damage response proteins 53BP1 and BRCA1 regulates double strand break repair choice. Radiotherapy and Oncology. 119 (2), 276-281 (2015).
- Mladenov, E., Magin, S., Soni, A., Iliakis, G. DNA double-strand-break repair in higher eukaryotes and its role in genomic instability and cancer: Cell cycle and proliferation-dependent regulation. Seminars in Cancer Biology. 37-38, 51-64 (2016).
- Lopez Perez, R., et al. DNA damage response of clinical carbon ion versus photon radiation in human glioblastoma cells. Radiotherapy and Oncology. 133, 77-86 (2019).
- Oertel, S., et al. Combination of suberoylanilide hydroxamic acid with heavy ion therapy shows promising effects in infantile sarcoma cell lines. Radiation oncology. 6 (1), 119 (2011).
- Blattmann, C., et al. Suberoylanilide hydroxamic acid affects γH2AX expression in osteosarcoma, atypical teratoid rhabdoid tumor and normal tissue cell lines after irradiation. Strahlentherapie und Onkologie. 188 (2), 168-176 (2012).
- Thiemann, M., et al. In vivo efficacy of the histone deacetylase inhibitor suberoylanilide hydroxamic acid in combination with radiotherapy in a malignant rhabdoid tumor mouse model. Radiation Oncology. 7 (1), 52 (2012).
- Nicolay, N. H., et al. Mesenchymal stem cells retain their defining stem cell characteristics after exposure to ionizing radiation. International Journal of Radiation Oncology Biology Physics. 87 (5), 1171-1178 (2013).
- Nicolay, N. H., et al. Mesenchymal stem cells are resistant to carbon ion radiotherapy. Oncotarget. 6 (4), 2076-2087 (2015).
- Nicolay, N. H., et al. Mesenchymal stem cells exhibit resistance to topoisomerase inhibition. Cancer letters. 374 (1), 75-84 (2016).
- Nicolay, N. H., et al. Mesenchymal stem cells maintain their defining stem cell characteristics after treatment with cisplatin. Scientific Reports. 6, 20035 (2016).
- Nicolay, N. H., et al. Mesenchymal stem cells are sensitive to bleomycin treatment. Scientific Reports. 6, 26645 (2016).
- Rühle, A., et al. Cisplatin radiosensitizes radioresistant human mesenchymal stem cells. Oncotarget. 8 (50), 87809-87820 (2017).
- Münz, F., et al. Human mesenchymal stem cells lose their functional properties after paclitaxel treatment. Scientific Reports. 8 (1), 312 (2018).
- Rühle, A., et al. The Radiation Resistance of Human Multipotent Mesenchymal Stromal Cells Is Independent of Their Tissue of Origin. International Journal of Radiation Oncology Biology Physics. 100 (5), 1259-1269 (2018).
- Dean, P. N., Jett, J. H. Mathematical analysis of DNA distributions derived from flow microfluorometry. Journal of Cell Biology. 60 (2), 523-527 (1974).
- Fox, M. H. A model for the computer analysis of synchronous DNA distributions obtained by flow cytometry. Cytometry. 1 (1), 71-77 (1980).
- Costes, S. V., Boissière, A., Ravani, S., Romano, R., Parvin, B., Barcellos-Hoff, M. H. Imaging features that discriminate between foci induced by high- and low-LET radiation in human fibroblasts. Radiation Research. 165 (5), 505-515 (2006).
- Meyer, B., Voss, K. -. O., Tobias, F., Jakob, B., Durante, M., Taucher-Scholz, G. Clustered DNA damage induces pan-nuclear H2AX phosphorylation mediated by ATM and DNA-PK. Nucleic Acids Research. 41 (12), 6109-6118 (2013).
- Lopez Perez, R., et al. Superresolution light microscopy shows nanostructure of carbon ion radiation-induced DNA double-strand break repair foci. FASEB. 30 (8), 2767-2776 (2016).
- Schipler, A., Iliakis, G. DNA double-strand-break complexity levels and their possible contributions to the probability for error-prone processing and repair pathway choice. Nucleic Acids Research. 41 (16), 7589-7605 (2013).
- Stenerlow, B., Hoglund, E., Carlsson, J. DNA fragmentation by charged particle tracks. Advances in Space Research. 30 (4), 859-863 (2002).
- Friedland, W., et al. Comprehensive track-structure based evaluation of DNA damage by light ions from radiotherapy-relevant energies down to stopping. Scientific Reports. 7, 45161 (2017).
- Pang, D., Chasovskikh, S., Rodgers, J. E., Dritschilo, A. Short DNA Fragments Are a Hallmark of Heavy Charged-Particle Irradiation and May Underlie Their Greater Therapeutic Efficacy. Frontiers in Oncology. 6, 130 (2016).
- Böcker, W., Iliakis, G. Computational Methods for analysis of foci: validation for radiation-induced gamma-H2AX foci in human cells. Radiation Research. 165 (1), 113-124 (2006).
- Löbrich, M., et al. γH2AX foci analysis for monitoring DNA double-strand break repair: Strengths, limitations and optimization. Cell Cycle. 9 (4), 662-669 (2010).
