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.

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.

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).

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.

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.

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.