English | 中文版 | 手機(jī)版 企業(yè)登錄 | 個人登錄 | 郵件訂閱
當(dāng)前位置 > 首頁 > 技術(shù)文章 > 凋亡細(xì)胞核DNA片段檢測方法進(jìn)展

凋亡細(xì)胞核DNA片段檢測方法進(jìn)展

瀏覽次數(shù):4384 發(fā)布日期:2008-4-23  來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)
摘 要:當(dāng)今生物學(xué)領(lǐng)域的研究一個熱點(diǎn)之一是細(xì)胞凋亡。開展對細(xì)胞凋亡的研究,首先要解決是方法學(xué)問題。作者從凋亡細(xì)胞的特征性核DNA片段檢測著手,闡述了多種凋亡細(xì)胞核DNA片段檢測方法以及近年來的一些新進(jìn)展。

細(xì)胞凋亡(apoptosis)又稱細(xì)胞凋謝或稱程序性細(xì)胞死亡(Programmed cell death,PCD),是有別于細(xì)胞壞死而受基因控制的一種主動性細(xì)胞自殺過程。對細(xì)胞凋亡的研究已成為當(dāng)今生物學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。開展對細(xì)胞凋亡的研究,首先要解決的是方法學(xué)問題。根據(jù)凋亡細(xì)胞的生化特征檢測組織或培養(yǎng)細(xì)胞中的細(xì)胞凋亡發(fā)生狀況,是一種特異而敏感的方法,特別是與其他方法(如流式細(xì)胞儀)結(jié)合后,可以對細(xì)胞凋亡進(jìn)行定性和定量的研究。下面根據(jù)生化特征檢測細(xì)胞凋亡的方法學(xué)及有關(guān)進(jìn)展作一綜述。

1 瓊脂糖凝膠電泳
細(xì)胞凋亡最顯著而具特征性的生化特征是DNA降解為大約由180~200 bp或其多聚體組成的寡核苷酸片段,瓊脂糖凝膠電泳可見特征性的“梯狀(Ladder)”帶。有些類型的細(xì)胞發(fā)生凋亡時DNA并不降解成寡核小體片段[1],有證據(jù)表明[1,2]:凋亡細(xì)胞的DNA降解,早先可產(chǎn)生一些DNA大片段,可以是30~50、200~300、700 kb或更大,隨后再降解成180~200 bp的寡核小體片段或不出現(xiàn)這一步[3]。根據(jù)上述細(xì)胞凋亡的生化特點(diǎn),列舉幾種常見的瓊脂糖凝膠電泳方法。

1.1 常規(guī)的瓊脂糖凝膠電泳

1.1.1 經(jīng)典的瓊脂糖凝膠電泳[3] 該方法主要用蛋白酶K消化和酚、氯仿,異戊醇抽提去蛋白,無水乙醇和乙酸鈉沉淀DNA,然后行瓊脂糖凝膠電泳。該方法提取的DNA純度高。缺點(diǎn)是過程較復(fù)雜,所需時間較長,小片段DNA易丟失,且實(shí)驗(yàn)人員需與酚、氯仿等有毒物質(zhì)接觸。
1.1.2 簡易的DNA提取方法[4,5] 有許多種提取凋亡細(xì)胞核DNA的方法,如乙醇固定、磷酸-枸櫞酸(PC)緩沖液提取法,TritonX-100低滲處理細(xì)胞DNA小片段提取法等。這些方法的特點(diǎn)是方法簡便、快速;選擇性提取小片段DNA,因而敏感性較高;無需與酚、氯仿等毒性試劑接觸。

1.2 [6]反轉(zhuǎn)電場凝膠電泳(Field inversion gel elec-trophoresis,F(xiàn)IGE)由于細(xì)胞凋亡的某一階段可產(chǎn)生大片段DNA,用常規(guī)的瓊脂糖凝膠電泳是檢測不出來的,這時得用FIGE技術(shù),F(xiàn)IGE對只產(chǎn)生大片段DNA而沒有寡核小體片段產(chǎn)生的細(xì)胞凋亡特別有用,結(jié)合形態(tài)學(xué)改變,可檢測較早期的細(xì)胞凋亡。

1.3 彗星鑒定(Comet assay)[7] 彗星鑒定又稱單細(xì)胞凝膠電泳鑒定(Single cell gel assay)或微凝膠電泳(Microgel electrophoresis)。由于電泳的結(jié)果很象彗星,故名“彗星鑒定”。主要用于檢測少量單個細(xì)胞(Individual cells)DNA損傷的程度。主要分為兩大類:中性彗星鑒定和堿性彗星鑒定,分別檢測雙鏈和單鏈DNA片段。彗星的形成是因?yàn)橛袚p傷的DNA在電泳中從細(xì)胞核中釋放出來發(fā)生遷移,有多種方法估計和定量彗星形成的類型。一種常用而準(zhǔn)確的方法是分析一種稱之為tail moment的終點(diǎn)(endpoint)現(xiàn)象,包括了尾長(Tail length)和尾部中總DNA的部分。分析tail moment可同時得知最小的發(fā)生了遷移的DNA(反映在彗星尾的長度)和被釋放或斷裂的DNA片段(通過尾部DNA的熒光強(qiáng)度反映出來)。
彗星鑒定可用于檢測凋亡細(xì)胞寡核小體片段,在中性和堿性彗星鑒定中其終點(diǎn)現(xiàn)象都很明顯。在標(biāo)準(zhǔn)的堿性彗星鑒定中,凋亡細(xì)胞DNA片段遷移的長度是沒受損傷細(xì)胞的幾倍。彗星鑒定檢測DNA斷鏈極為敏感,有人認(rèn)為比流式細(xì)胞儀方法還能更早地檢測出凋亡細(xì)胞。特別適用于少數(shù)甚至單個細(xì)胞的檢測。

1.4 瓊脂糖凝膠電泳的定量檢測常規(guī)瓊脂糖凝膠電泳檢測凋亡細(xì)胞中的寡核小體片段的缺點(diǎn)是敏感性不高,且不能定量。有學(xué)者[8]在常規(guī)瓊脂糖凝膠電泳的基礎(chǔ)上,將放射性同位素P32標(biāo)記寡核小體片段的5’末端,在X光片上放射自顯影成像,并用特定的設(shè)備分析計算進(jìn)行定量研究。該方法的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度極高,是常規(guī)瓊脂糖凝膠電泳的1000~2000倍,能檢測出極微量的寡核小體片段(pg級),且能進(jìn)行定量。但因需與放射性同位素接觸,又需要一定的專門設(shè)備,從而其應(yīng)用受到限制。

2 原位末端標(biāo)記(in situ end-labeling,ISEL)技術(shù)
原位末端標(biāo)記是將摻入到凋亡細(xì)胞中的外源性核苷酸在某種酶的催化下與凋亡細(xì)胞中的單股或雙股斷鏈相結(jié)合,并通過一定的顯示系統(tǒng)使之顯示出來。通常有兩種方法,一是末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的dUTP缺口末端標(biāo)記,簡稱TUNEL鑒定;二是DNA聚合酶I或Klenow大片段介導(dǎo)的原位缺口翻譯,簡稱ISNT鑒定。在不考慮所使用的酶時,統(tǒng)稱為原位末端標(biāo)記(in situ end-labeling,ISEL)[9,10]。這兩種方法用于檢測組織或培養(yǎng)細(xì)胞中凋亡細(xì)胞的核斷裂片段,可以檢測早期的細(xì)胞凋亡[10],且特異性和敏感性都是較高的。特別是近年來,通過在方法學(xué)上的不斷改進(jìn),其敏感性有了很大的提高。就其敏感性而言,TUNEL鑒定高于ISNT鑒定[10,11]。根據(jù)標(biāo)記在dUTP上的標(biāo)記物和顯示系統(tǒng)的不同,可分別作組織切片凋亡細(xì)胞和培養(yǎng)細(xì)胞涂片的原位檢測及培養(yǎng)細(xì)胞的流式細(xì)胞儀檢測。

2.1 ISNT(in situ nick translation)[12,13,14,15] ISNT鑒定的基本原理是基于細(xì)胞凋亡時產(chǎn)生DNA斷鏈,斷鏈有一粘性末端,一條含有游離的3''羥基末端,另一條有伸出的5''末端。利用Klenow大片段的5''-3''聚合酶活性,可將外源摻入的生物素-dUTP從3''羥基末端起始經(jīng)5''-3''方向連接在斷端上,通過帶有辣根過氧化物酶的卵白素(avidin)與之結(jié)合,經(jīng)DAB顯色,便可觀察到細(xì)胞是否存在有核苷酸摻入的DNA斷端。該方法主要用于組織切片的原位檢測,也可用于細(xì)胞涂片的檢測。對組織切片進(jìn)行預(yù)處理是必要的,可以提高該方法的敏感性和消除假陽性及非特異性染色

2.2 TUNEL(Terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick end-labeling,) TUNEL鑒定的原理與ISNT鑒定相似,所需試劑也與ISNT鑒定相似,不同的是介導(dǎo)的酶是TdT,無需dATP、dCTP、dGTP。用于組織切片和培養(yǎng)細(xì)胞的檢測,其敏感性較ISNT要高。近年來,該方法經(jīng)過眾多的學(xué)者的改進(jìn),其特異性特別是敏感性方面有很大的提高。就提高敏感性而言,組織切片和細(xì)胞的預(yù)處理是很重要的。Negoescu等[9]比較了幾種固定劑(包括甲醛、多聚甲醛、丙酮、B5、Bouin’s固定液和甲醇)和預(yù)處理方法(包括去垢劑、蛋白酶和微波爐處理)對敏感性的影響,結(jié)果顯示:在沒有作預(yù)處理時,TUNEL鑒定的敏感性很差,只有3%~17%的具有凋亡細(xì)胞形態(tài)學(xué)特征的細(xì)胞被標(biāo)記上;在使用了預(yù)處理方法后,無論何種固定劑,其敏感性都有所提高。比較了去垢劑(如Triton)、蛋白酶、蛋白酶結(jié)合微波爐和單獨(dú)微波爐預(yù)處理組織和細(xì)胞,以單獨(dú)微波爐處理的效果最好?蓪⒚舾行蕴岣4~30倍,特異性沒有多大的改變。

2.3 凋亡細(xì)胞的TUNEL和ISNT鑒定的流式細(xì)胞儀分析[16]對于培養(yǎng)的細(xì)胞,可以將TUNEL或ISNT鑒定同流式細(xì)胞儀結(jié)合起來分析其發(fā)生凋亡的情況。待檢細(xì)胞與含有TdT或DNA聚合酶I或Klenow片段及生物素標(biāo)記的dUTP反應(yīng)液共孵育一段時間后,加入熒光素(常用FITC)標(biāo)記的鏈霉抗生物素蛋白(streptavidin),使之特異性地與掛在DNA斷鏈上的生物素結(jié)合,然后在流式細(xì)胞儀上分析熒光強(qiáng)度,可結(jié)合其他的熒光染色方法(如PI染色和熒光免疫表型鑒定)行多參數(shù)的流式細(xì)胞儀分析,使之有很廣的應(yīng)用價值。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)有:可根據(jù)熒光強(qiáng)度對凋亡細(xì)胞作出定量分析;可以區(qū)別凋亡和壞死;結(jié)合表型鑒定,確定不同來源的細(xì)胞群中某一或幾種細(xì)胞亞群的凋亡;其檢測與凋亡相關(guān)的DNA降解片段的特異性和敏感性比瓊脂糖凝膠電泳高得多,能檢測出少于(2~5)×103個細(xì)胞的DNA斷鏈。

3 細(xì)胞凋亡的ELISA檢測[17]
細(xì)胞凋亡ELISA檢測就是基于酶聯(lián)免疫吸附夾心法測定原理,用單克隆抗DNA抗體和抗組蛋白抗體直接檢測DNA和組蛋白,可特異性定量檢測細(xì)胞溶解物細(xì)胞漿成分中的單和寡核苷酸小體。其優(yōu)點(diǎn)有:無需使用放射性同位素;可對細(xì)胞凋亡進(jìn)行定量檢測;抗組蛋白抗體無物種的特異性,可用于各種物種的細(xì)胞凋亡的檢測;高敏感性,較少的細(xì)胞就可獲得結(jié)果。

4 結(jié)語
瓊脂糖凝膠電泳簡單、方便,出現(xiàn)“梯狀”帶雖能證實(shí)凋亡,但只能定性不能定量,不是隨時電泳都能得到“梯狀”帶,因而敏感性不高,且這種方法一般只用于培養(yǎng)的細(xì)胞,而組織的異源性不能保證該方法的特異性;其他一些電泳方法如反轉(zhuǎn)電場凝膠電泳和彗星鑒定也有其自身的應(yīng)用條件,針對性較強(qiáng)。原位末端標(biāo)記法的出現(xiàn),是細(xì)胞凋亡方法學(xué)上的一大進(jìn)步,特別是經(jīng)眾多學(xué)者的應(yīng)用和完善,其特異性尤其是敏感性方面有了很大的提高,廣泛應(yīng)用于各種組織、細(xì)胞培養(yǎng)的細(xì)胞凋亡的研究,特別是結(jié)合抗原免疫表型鑒定和流式細(xì)胞儀分析,可以區(qū)分不同來源的組織或細(xì)胞中的某種或幾種細(xì)胞亞群的凋亡,并進(jìn)行定量研究。正如上面所說,該方法的特異性有一定的限度,就其技術(shù)本身而言,并不能區(qū)別凋亡、壞死和自溶性死亡,必須結(jié)合凋亡細(xì)胞的形態(tài)學(xué)特征加以判斷。因此,在細(xì)胞凋亡的研究中,多種方法的結(jié)合是必要的,也是必須的。

作者簡介:譚曉華,男,1962年出生,博士,主治醫(yī)師作者單位:姜泊 張亞歷 周殿元 (第一軍醫(yī)大學(xué)南方醫(yī)院消化內(nèi)科研究所,廣州,510515)
譚曉華 (北京軍區(qū)總醫(yī)院肝病研究所)

參考文獻(xiàn)
1 Oberhammer F,Wilson JW,Dive C et al.Apoptotic death in epithelial cells: cleavage of DNA to 300 and/or 50 kb fragments prior to or in the absence of internucleosomal fragmentation.EMBO J,1993,12:3679
2 Bicknell GR,Cohen GM.Cleavage of DNA to large kilobase pair fragments occurs in some forms of necrosis as well as apoptosis.Biochem Biophys Res commun,1995,207:40
3 Cohen GM,Sun XM,Snowden RT et al.Key morphological features of apoptosis may occur in the absence of internucleosomal DNA fragmentation.Biochem j,1992,286:331
4張亞歷,姜泊,周殿元.程序化細(xì)胞死亡常用研究方法.見:姜泊等主編.分子生物學(xué)常用實(shí)驗(yàn)方法.北京:人民軍醫(yī)出版社,1996.170~175
5 譚曉華,張亞歷,姜泊等.凋亡細(xì)胞中小片段DNA的簡單快速提取方法.第一軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報,1996,16(3):227
6 Sestili P,Cattabeni F,Cantoni O.Direct excision of 50 kb pair DNA fragments from megabase- sized fragments produced during apoptotic cleavage of genomic DNA.FEBS Lett,1996,396:337
7 Olive PL,F(xiàn)razer G,Banath JP.Radiation-induced apoptosis measured in tK6 human B lymphoblast cells using the comet assay.Radiat Res,1993,136:130
8 Huang P,Plunkett W.A quantitative assay for fragmented DNA in apoptotic cells.Anal Biochem,1992,207:163
9 Negoescu A,Lorimier P,Labat Moleur F et al.In situ apoptotic cell labeling by the TUNEL method: improvement and evaluation on cell preparations.J histochem Cytochem,1996,44:959
10 Migheli A,Cavalla P,Marino S et al.A study of apoptosis in normal and pathologic nervous tissue after in situ end-labeling of DNA strand breaks.J neuropathol Exp Neurol,1994,53:606
11 Grasl KB,Ruttkay NB,Koudelka H et al.In situ detection of fragmented dNA (TUNEL assay) fails to discriminate among apoptosis,necrosis,and autolytic cell death: a cautionary note.Hepatology,1995,21:1465
12 Ansari B,Coates PJ,Greenstein BD et al.In situ end-labelling detects dNA strand breaks in apoptosis and other physiological and pathological states.J pathol,1993,170:1
13 Wijsman JH,Jonker RR,Keijzer R et al.A new method to detect apoptosis in paraffin sections: in situ end-labeling of fragmented DNA.J histochem Cytochem,1993,41:7
14 Gold R,Schmied M,Rothe G et al.Detection of DNA fragmentation in apoptosis:application of in situ nick translation to cell culture systems and tissue sections.J Histochem Cytochem,1993,41:1023
15 譚曉華,周殿元,姜泊等.兩種原位DNA斷鏈標(biāo)記技術(shù)檢測組織切片和培養(yǎng)細(xì)胞中的凋亡細(xì)胞.中華醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)雜志,1998,21(9):278
16 Dolzhanskiy A,Basch RS.Flow cytometric determination of apoptosis in heterogeneous cell populations.J Immunol Methods,1995,180:131
17 Salgame P,Varadhachary AS,Primiano LL et al.An ELISA for detection of apoptosis.Nucleic Acids Res,1997,25:680

用戶名: 密碼: 匿名 快速注冊 忘記密碼
評論只代表網(wǎng)友觀點(diǎn),不代表本站觀點(diǎn)。 請輸入驗(yàn)證碼: 8795
Copyright(C) 1998-2024 生物器材網(wǎng) 電話:021-64166852;13621656896 E-mail:info@bio-equip.com