Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Бір жасушалы гельдік электрофорез әдісі (SCGE, сондай-ақ кометалық әдіс деп те аталады) - жеке эукариотты жасуша деңгейінде ДНК зақымдалуын анықтау үшін күрделі емес және сезімтал әдіс. Оны алғаш 1984 жылы Östling & Johansson әзірледі, кейіннен Singh және басқалар өзгертті. 1988 жылы. Содан бері ол ДНК зақымдануын/жөндеуін бағалаудың, биомониторингтің және генотоксикация сынағының стандартты әдісі ретінде танымал болды. Бұл төмен балқу нүктесі бар агарзозды суспензияда жасушаларды капсулалауды, бейтарап немесе сілтілік (pH>13) жағдайларда жасушаларды лизбен және суспензиядағы лизделген жасушаларды электрофорезбен қамтиды. "Комета" термині ДНК-ның электрофорез гелі арқылы көшіп-қону үлгісіне қатысты, ол көбінесе кометаға ұқсайды. Кометалық талдау (бір жасушалы гельдік электрофорез) - дезоксирибонуклеин қышқылының (ДНК) еукариоттық жасушалардағы саптар үзілуін өлшеудің қарапайым әдісі. Микроскоптың слайдтарындағы агарозаға салынған жасушалар жуғыш заттармен және жоғары тұзбен лизденіп, ядролық матрицаға байланысты ДНК-ның суперкольді циклдері бар нуклеоидтар түзеді. Жоғары рН-дегі электрофорез нәтижесінде флуоресценттік микроскопия арқылы байқалатын кометаға ұқсас құрылымдар пайда болады; кометаның құйрығының басымен салыстырмалы қарқындылығы ДНК сынықтарының санын көрсетеді. Бұған негіз болуы мүмкін, бұрылыс бар орамалар суперколингті жоғалтады және анодқа қарай еркін кеңейеді. Мұнан кейін ДНК-ны бояумен және флуоресценцияны есептеумен ДНК-ның зақымдану деңгейін анықтау үшін визуалды талдау жүргізіледі. Бұл қолмен немесе автоматты түрде бейнелеу бағдарламалық жасақтамасы арқылы орындалуы мүмкін.
The single cell gel electrophoresis assay (SCGE, also known as comet assay) is an uncomplicated and sensitive technique for the detection of DNA damage at the level of the individual eukaryotic cell. It was first developed by Östling & Johansson in 1984 and later modified by Singh et al. in 1988. It has since increased in popularity as a standard technique for evaluation of DNA damage/repair, biomonitoring and genotoxicity testing. It involves the encapsulation of cells in a low melting point agarose suspension, lysis of the cells in neutral or alkaline (pH>13) conditions, and electrophoresis of the suspended lysed cells. The term "comet" refers to the pattern of DNA migration through the electrophoresis gel, which often resembles a comet. The comet assay (single cell gel electrophoresis) is a simple method for measuring deoxyribonucleic acid (DNA) strand breaks in eukaryotic cells. Cells embedded in agarose on a microscope slide are lysed with detergent and high salt to form nucleoids containing supercoiled loops of DNA linked to the nuclear matrix. Electrophoresis at high pH results in structures resembling comets, observed by fluorescence microscopy; the intensity of the comet tail relative to the head reflects the number of DNA breaks. The likely basis for this is that loops containing a break lose their supercoiling and become free to extend toward the anode. This is followed by visual analysis with staining of DNA and calculating fluorescence to determine the extent of DNA damage. This can be performed by manual scoring or automatically by imaging software.
Капсулалау
in vitro клетка өсіруден немесе in vivo сынақ субъектісінен алынған жасушалар үлгісі жеке жасушаларға бөлініп, 37 °C температурада балқыған төмен балқу нүктесі бар агарозаға салқындатылады. Бұл моносуспензия микроскоптың слайдқа құйылады. Шыны қақпақ слайдты бұрышта ұстап, моно аспаншаны қақпақ слайд пен слайдтың жанасу нүктесіне қойылады. Қаптаманы слайдқа түсіргенде, балқыған агароза жұқа қабатқа айналады. Агарозаны 4 °C температурада гельдеу және қаптаманы алып тастау. Агароза көмірсутек талшықтарынан тұратын матрицаны құрайды, олар жасушаларды қоршап, оларды орнына бекітеді. Агароза осмотикалық нейтрал деп саналады, сондықтан ерітінділер гельге еніп, жасушалардың орнын ауыстырмай-ақ жасушаларға әсер ете алады. In vitro зерттеуде жасушалар сынақ агентіне - әдетте УФ-шыраққа, иондаушы сәулелерге немесе гендік токсикалық химиялық заттегілерге - тұмшаланған жасушаларда ДНК зақымдануын тудыратын әсерге ұшырайды. Калибрлеу үшін сутек переоксиді әдетте ДНҚ зақымдануының стандартты деңгейін қамтамасыз ету үшін қолданылады.
A sample of cells, either derived from an in vitro cell culture or from an in vivo test subject is dispersed into individual cells and suspended in molten low melting point agarose at 37 °C. This mono suspension is cast on a microscope slide. A glass cover slip is held at an angle and the mono suspension is applied to the point of contact between the coverslip and the slide. As the coverslip is lowered onto the slide the molten agarose spreads to form a thin layer. The agarose is gelled at 4 °C and the coverslip removed. The agarose forms a matrix of carbohydrate fibres that encapsulate the cells, anchoring them in place. The agarose is considered to be osmotic neutral, therefore solutions can penetrate the gel and affect the cells without cells shifting position. In an in vitro study the cells would be exposed to a test agent – typically UV light, ionising radiation, or a genotoxic chemical – to induce DNA damage in the encapsulated cells. For calibration, hydrogen peroxide is usually used to provide a standardized level of DNA damage.
Лизис
Содан соң слайдтар клеткаларды лизалау үшін ерітіндіге батырады. Кометалық сынақта жиі қолданылатын лизистік ерітінді жоғары концентрацияланған сулы тұздан (көбінесе кәдімгі ас тұзы қолданылуы мүмкін) және жуғыш заттан (мысалы, Triton X 100 немесе саркозинаттан) тұрады. Лизистік ерітінді рН-ін зерттеуші зерттейтін зақымдану түріне байланысты реттеуге болады (әдетте бейтарап және сілтілік рН-дің арасында). Сулы тұз белоктарды және олардың жасушадағы байланысу үлгілерін бұзады, сонымен қатар жасушаның РНК құрамын бұзады. Бұл жуғыш зат жасушалық мембраналарды ериді. Лизистік ерітінді әсерінен жасушалар жойылады. Барлық ақуыздар, РНК, мембраналар және цитоплазмалық және нуклеоплазмалық құрамдас бөліктер бұзылады және агароза матрицасына таралады. Тек жасушаның ДНК-сы ғана қалады, ол жасушаның бүкіл жасушасы бұрын толтырған агарозадағы қуысты толтыру үшін ашылады. Бұл құрылым нуклеоид деп аталады (ДНҚ шоғырланған құрылымға арналған жалпы термин).
The slides are then immersed in a solution that cause the cells to lyse. The lysis solution often used in the comet assay consists of a highly concentrated aqueous salt (often, common table salt can be used) and a detergent (such as Triton X 100 or sarcosinate). The pH of the lysis solution can be adjusted (usually between neutral and alkaline pH) depending upon the type of damage the researcher is investigating. The aqueous salt disrupts proteins and their bonding patterns within the cell as well as disrupting the RNA content of the cell. The detergent dissolves the cellular membranes. Through the action of the lysis solution the cells are destroyed. All proteins, RNA, membranes and cytoplasmic and nucleoplasmic constituents are disrupted and diffuse into the agarose matrix. Only the DNA of the cell remains, and unravels to fill the cavity in the agarose that the whole cell formerly filled. This structure is called nucleoid (a general term for a structure in which DNA is concentrated).
Электрофорез
Ұяшықтарды лизистен өткізгеннен кейін (әдетте 4 °C температурада 1-2 сағат) слайдтарды барлық тұздарды алып тастау үшін дистильденген суда жуып, екінші ерітіндіге электрофорез ерітіндісіне батырады. Бұл ерітіндідегі рН-нің дәрежесі тексерілетін зақымдану түріне байланысты өзгертілуі мүмкін. Электр өрісін қолданудан бұрын слайдтарды ~20 минут электрофорез ерітіндісінде қалдырыңыз. Алкальды жағдайда ДНК қос спираль денатурацияланады және нуклеоид бір жіпті болады. Электр өрісі (әдетте 1 В/см) ~20 минут бойы қолданылады. Слайдтар pH 7 деңгейіне дейін бейтараптандырылады, ДНК-ға тән флуоресцентті бояумен боялады және бейнелерді талдау бағдарламалық жасақтамасы бар компьютермен қосылған CCD (жағдайға байланысты құрылғы - негізінен цифрлық камера) қосылған микроскоп арқылы талданады.
After lysis of the cells (typically 1 to 2 hours at 4 °C) the slides are washed in distilled water to remove all salts and immersed in a second solution – an electrophoresis solution. Again this solution can have its pH adjusted depending upon the type of damage that is being investigated. The slides are left for ~20 minutes in the electrophoresis solution prior to an electric field being applied. In alkaline conditions the DNA double helix is denatured and the nucleoid becomes single stranded. An electric field is applied (typically 1 V/cm) for ~20 minutes. The slides are then neutralised to pH 7, stained with a DNA specific fluorescent stain and analysed using a microscope with an attached CCD (charge coupled device – essentially a digital camera) that is connected to a computer with image analysis software.
Өмірбаян
SCGE сынағының негізгі тұжырымдамасы зақымдалмаған ДНК ядродағы матрицалық ақуыздармен жоғары ұйымдастырылған байланысты сақтайтыны болып табылады. Бұзылған кезде бұл ұйым бұзылады. ДНҚ-ның жеке жіктері тығыз құрылымды жоғалтады және демалады, содан кейін қуыстан сыртқа, агарозаға қарай кеңейеді. Электр өрісі қолданылғанда жалпы теріс зарядты ДНК оң зарядты анодқа қарай тартылады. ДНҚ-ның зақымдалмаған жіктері тым үлкен және қуыстан шықпайды, ал бөлшектер неғұрлым кішірек болса, олар белгілі бір уақыт аралығында соғұрлым алыс қозғалады. Сондықтан қуыстан шыққан ДНК мөлшері жасушадағы ДНК зақымдануының өлшемі болып табылады. Суретті талдау бүкіл нуклеоид пен көшірілген ДНҚ-ның флуоресценциясының жалпы интенсивтілігін өлшейді және екі сигналды салыстырады. Көшіп кеткен ДНК-ның сигналы күшейген сайын, зақымдану да күшейеді. Жалпы құрылымы кометаға ұқсайды (осыдан "кометалық талдау") дөңгелек баспен, ол қуыста қалған зақымдалмаған ДНК-ға және зақымдалған ДНК-ның құйрығына сәйкес келеді. Құйрығы неғұрлым жарық және ұзын болса, зақымдану деңгейі соғұрлым жоғары болады. Кометалық талдау зақымдануды анықтаудың көпжақты әдісі болып табылады және протоколды түзету арқылы ДНК-ны өзгертетін зақымданулардың (зақымданулардың) кең спектрін анықтау үшін пайдаланылуы мүмкін. Әдетте бір жіптің үзілуі мен екі жіптің үзілуі анықталады. Кейде бір жіптің үзілуін анықтау үшін сілтілік жағдай мен ДНК-ның толық денатурациялануы қажет деп айтылады. Алайда бұл дұрыс емес, бір және екі жақты бұзылулар бейтарап жағдайларда да анықталады. Алайда, сілтілі жағдайда қосымша ДНК құрылымдары ДНК зақымдануы ретінде анықталады: АП-орындар (пиримидин немесе пурин нуклеотидтері жоқ абазиялық орындар) және экзизициялық жөндеу жүргізілетін орындар. Кометалық талдау өте сезімтал ДНК зақымдануын анықтау. Бұл сезімталдықты мұқият пайдалану қажет, өйткені ол нәтижелердің қайталануына әсер ететін физикалық өзгерістерге де бейім. ДНҚ-ны зақымдауға немесе денатюрациялауға әкелетін кез келген нәрседен, зерттеу жүргізіліп жатқан фактордан басқа, аулақ болу керек. Сынаудың ең көп таралған түрі - сілтілік нұсқасы, бірақ әлі күнге дейін сілтілік сынаудың нақты протоколы жоқ. Оның қарапайым және арзан орнатылуынан күрделі зерттеулер қолжетімді емес жағдайларда қолдануға болады.
The concept underlying the SCGE assay is that undamaged DNA retains a highly organized association with matrix proteins in the nucleus. When damaged, this organization is disrupted. The individual strands of DNA lose their compact structure and relax, expanding out of the cavity into the agarose. When the electric field is applied the DNA, which has an overall negative charge, is drawn towards the positively charged anode. Undamaged DNA strands are too large and do not leave the cavity, whereas the smaller the fragments, the farther they are free to move in a given period of time. Therefore, the amount of DNA that leaves the cavity is a measure of the amount of DNA damage in the cell. The image analysis measures the overall intensity of the fluorescence for the whole nucleoid and the fluorescence of the migrated DNA and compares the two signals. The stronger the signal from the migrated DNA the more damage there is present. The overall structure resembles a comet (hence "comet assay") with a circular head corresponding to the undamaged DNA that remains in the cavity and a tail of damaged DNA. The brighter and longer the tail, the higher the level of damage. The comet assay is a versatile technique for detecting damage and with adjustments to the protocol can be used to quantify the presence of a wide variety of DNA altering lesions (damage). The damage usually detected are single strand breaks and double strand breaks. It is sometimes stated that alkaline conditions and complete denaturating of the DNA is necessary to detect single strand breaks. However this is not true, both single and double strand breaks are also detected in neutral conditions. In alkaline conditions, however, additional DNA structures are detected as DNA damage: AP sites (abasic sites missing either a pyrimidine or purine nucleotide) and sites where excision repair is taking place. The comet assay is an extremely sensitive DNA damage assay. This sensitivity needs to be handled carefully as it is also vulnerable to physical changes which can affect the reproducibility of results. Essentially, anything that can cause DNA damage or denaturation except the factor(s) being researched is to be avoided. The most common form of the assay is the alkaline version although there is as yet no definitive alkaline assay protocol. Due to its simple and inexpensive setup, it can be used in conditions where more complex assays are not available.
Қолданбалар
Бұған генотоксикация сынағы, адам биомониторингі және молекулалық эпидемиология, экогенотоксикология, сондай-ақ ДНК зақымдануы мен жөндеу бойынша іргелі зерттеулер жатады. Мысалы, Swain және Rao кометалық сынақты қолдану арқылы, бір жіптің үзілуі, қос жіптің үзілуі және модификацияланған негіздер (8 OHdG және уракцил) қоса алғанда, тышқан миы нейрондарында және астроциттерінде қартаю кезінде ДНҚ зақымдануының бірнеше түрінің айқын өсуін хабарлады.
These include genotoxicity testing, human biomonitoring and molecular epidemiology, ecogenotoxicology, as well as fundamental research in DNA damage and repair. For example, Swain and Rao, using the comet assay reported marked increases in several types of DNA damages in rat brain neurons and astrocytes during aging, including single strand breaks, double strand breaks and modified bases (8 OHdG and uracil).