In situ hybridization: Difference between revisions
Feedback

From WikiLectures

(Created page with "{{Zkontrolováno | 20160302165029 | 30px | link=Uživatel:Azrael MUDr. Antonín Šípek -- WikiSkripta:Organizace|reda...")
 
No edit summary
 
Line 1: Line 1:
{{Zkontrolováno | 20160302165029 | [[Soubor:Antonín Šípek.jpg | 30px | link=Uživatel:Azrael]] [[Uživatel:Azrael|MUDr. Antonín Šípek]] -- [[WikiSkripta:Organizace|redakce WikiSkript]] |340160|20160302165141}}
'''In situ hybridization''' belongs to molecular cytogenetic examinations. It is a method that enables the localization and identification of a specific sequence of nucleotides in DNA, or RNA. The method uses the process of DNA denaturation and reassociation. The term hybridization means that, according to the rules of complementarity, the DNA strand under investigation is connected to the second strand, which is the probe, which is usually labeled. Hybridization takes place directly in the biological material under investigation, i.e. in situ, not on isolated DNA. Chromosomes from cells in metaphase, interphase nuclei or whole cells from, for example, histological sections can be used as the examined sample. The most frequently used method of in situ hybridization is the FISH method, which uses fluorescently labeled probes.
'''Hybridizace in situ''' patří mezi [[Molekulární cytogenetika|molekulárně cytogenetická vyšetření]]. Jedná se o metodu, která umožňuje lokalizaci a identifikaci specifické sekvence nukleotidů v [[DNA (nukleová kyselina)|DNA]], popř. [[RNA]]. Metoda využívá procesu denaturace a reasociace DNA. Pojem hybridizace znamená, že se podle pravidel komplementarity spojí vlákno vyšetřované DNA s druhým vláknem, kterým je sonda, která bývá označená. K hybridizaci dochází přímo ve vyšetřovaném biologickém materiálu, tedy na místě (''in situ''), nikoli na izolované DNA. Jako vyšetřovaný vzorek mohou být využity [[chromozomy]] z buněk v metafázi, interfázní jádra nebo celé buňky například z histologických řezů. Nejčastěji využívanou metodou hybridizace in situ je metoda FISH, při které se používají fluorescenčně značené sondy.


== Princip ==
== Principle ==
Vyšetřovaná nukleová kyselina nejprve musí být [[Denaturace nukleových kyselin, molekulární hybridizace|denaturována]]. Dojde k rozrušení vodíkových můstků mezi bázemi a oddělení řetězců. Tímto způsobem získáme z původní dvoušroubovice DNA dva jednoduché polynukleotidové řetězce. Po navození reasociačních podmínek je na ně poté podle pravidel komplementarity bází navázán krátký a značený úsek nukleové kyseliny, tzv. sonda. Navázání sondy na vyšetřovanou DNA se projeví jako hybridizační signál, který můžeme pozorovat ve fluorescenčím mikroskopu.  
The investigated nucleic acid must first be denatured. The hydrogen bonds between the bases are broken and the chains separate. In this way, we obtain two simple polynucleotide chains from the original DNA double helix. After induction of reassociation conditions, a short and labeled section of nucleic acid, the so-called probe, is then bound to them according to the rules of base complementarity. Binding of the probe to the DNA under investigation is manifested as a hybridization signal that can be observed under a fluorescence microscope.  


== Denaturace ==
== Denaturation ==
[[Soubor:FISH (Fluorescent In Situ Hybridization).jpg|thumb|500px|FISH]]
Denaturation, or separation of polynucleotide chains, can be induced by the action of elevated temperature (94–96 °C), certain chemical compounds or specific enzymes. The temperature at which 50% of DNA is denatured in solution is called the '''melting point temperature (Tm)''' and depends on many factors:
[[File:FISH (Fluorescent In Situ Hybridization).jpg|thumb|Scheme of the principle of the FISH (Fluorescent in situ hybridization) Experiment to localize a gene in the nucleus.]]
* '''on the proportion of G–C pairs,'''
** the higher it is, the higher is the Tm,
* '''on the concentration of salts in the solution''' (or on the ionic strength),
** the higher the concentration of salts (or monovalent cations – for example Na+), the higher the Tm value,
** it is used when washing away non-specific signals (the concentration of monovalent cations decreases),
* '''on the pH value of the solution,'''
** significantly higher or significantly lower pH than 5-6 will destabilize DNA,
* '''on the presence of denaturing agents in the solution,'''
** e.g. formamide, urea, hydroxides, etc.


Denaturaci neboli oddělení polynukleotidových řetězců lze vyvolat působením zvýšené teploty (94–96 °C), některými chemickými sloučeninami nebo specifickými enzymy. Teplota, při které je v roztoku denaturováno 50 % DNA, se nazývá '''teplota bodu tání (Tm)''' a závisí na mnoha faktorech:
== Method ==
* '''na podílu párů G–C''',
** čím vyšší, tím vyšší je Tm,
* '''na koncentraci solí v roztoku''' (resp. na iontové síle),
** čím vyšší je koncentrace solí (resp. monovalentních kationtů – například Na<sup>+</sup>), tím je hodnota Tm vyšší,
** využívá se toho při odmývání nespecifických signálů (sníží se koncentrace monovalentních kationtů),
* '''na hodnotě pH roztoku''',
** výrazně vyšší nebo výrazně nižší pH než 5–6 způsobí destabilizaci DNA,
* '''na přítomnosti denaturačních činidel v roztoku''',
** např. formamidu, močoviny, hydroxidů apod.


== Postup ==
# Material preparation (cultivation, isolation of nuclei or chromosomes, etc.)
# Příprava materiálu (kultivace, izolace jader, resp. chromozomů atd.)
# Denaturation of probe and target DNA - high temperature (together or separately)
# Denaturace sondy a cílové DNA – vysokou teplotou (společně nebo odděleně)
# Hybridization of probe and target DNA - by cooling (37 °C)
# Hybridizace sondy a cílové DNA – ochlazením (37&nbsp;°C)
# Removal of non-specific signals (stringent washing). This is done by treating with formamide or a solution of low ionic strength while simultaneously increasing the temperature to remove the probe from sites to which it is not fully complementary.
# Odstranění nespecifických signálů (stringent washing)<br/>(Provádí se působením formamidu nebo roztoku o nízké iontové síle za současného zvýšení teploty a sonda se tak odstraní z míst, k nimž není zcela komplementární.)
# Counterstaining (fluorescent staining of all chromosomes or nuclei)
# Counterstaining (fluorescenční obarvení všech chromozomů, resp. jader)
# Evaluation under a fluorescence microscope using a specialized computer program
# Vyhodnocení pod fluorescenčním mikroskopem s využitím specializovaného počítačového programu


== Sondy ==
== Probes ==
Sonda (próba) je uměle připravený, obvykle oligo- nebo polynukleotidový řetězec, který se naváže na cílovou DNA. Může jít o úsek DNA klonované pomocí vektorů nebo amplifikované pomocí PCR. Aby bylo možné pozorovat hybridizační signál, musí být sonda značená.
A probe is an artificially prepared, usually oligo- or polynucleotide chain that binds to the target DNA. It can be a section of DNA cloned using vectors or amplified using PCR. In order to observe the hybridization signal, the probe must be labeled
[[Soubor:FISH lokus specifická sonda pacient.jpg|250px|thumb|right|FISH lokus specifická sonda, [[Prader-Williho syndrom|M. Prader-Willi]], delece 15q11-q13]]


=== Značení sond ===
=== Marking of the probes ===
* '''Přímé značení''':
* '''Direct marking:'''
** Umožňuje pozorovat hybridizační signál ihned po skončení hybridizace. Nevýhodou je, že signál nelze zesílit.
**It allows observing the hybridization signal immediately after the end of hybridization. The disadvantage is that the signal cannot be amplified.  
** K přímému značení se nejčastěji využívá:
**The following are most often used for direct marking:
*** fluorescenční barvivo – fluorochrom (metoda FISH)
*** fluorescent dye - fluorochrome (FISH method)
*** radioaktivní izotop
*** radioactive isotope
* '''Nepřímé značení''':
* '''Indirect marking:'''
** Sonda je značena haptenem (látkou s antigenními vlastnostmi), který je následně detekován pomocí značené protilátky.
**The probe is labeled with a hapten (substance with antigenic properties), which is subsequently detected using a labeled antibody.
** Hybridizační signál je možné zesílit (amplifikovat).
**The hybridization signal can be amplified.
** Je také možné protilátku konjugovat s enzymem, který katalyzuje vznik barevné reakce.
**It is also possible to conjugate the antibody with an enzyme that catalyzes the formation of a color reaction.
** Příkladem haptenu je biotin, který se detekuje pomocí avidinu konjugovaného s fluorochromem nebo enzymem.
** [[File:FISH locus specific probe patient.jpg|thumb|FISH locus specific probe, M. Prader-Willi, deletion 15q11-q13]]An example of a hapten is biotin, which is detected using avidin conjugated to a fluorochrome or an enzyme.


=== Typy sond ===
=== Types of probes ===
* '''Satelitní sondy''' ([[Telomery a telomerasa|telomerické]] nebo [[Centromera|centromerické]])
* '''Satellite probes''' (telomeric or centromeric)
** Hybridizují s oblastmi obsahujícími satelitní sekvence.
**They hybridize with regions containing satellite sequences.
** ''použití:'' vyšetření aneuploidií, identifikace původu marker chromosomů
**''use'': examination of aneuploidy, identification of the origin of marker chromosomes
* '''Lokus specifické sondy'''
* '''Locus specific probe'''
** Hybridizují s jedinečnými sekvencemi DNA (jednotlivými geny, popř. skupinami genů).
**They hybridize with unique DNA sequences (individual genes or groups of genes).
** ''použití:'' vyšetření mikrodelecí u mikrodelečních syndromů a malignit a některých specifických translokací
**''use'': examination of microdeletions in microdeletion syndromes and malignancies and some specific translocations
* '''Malovací sondy''' (celochromozomové, parciální)
* '''Painting probes''' (whole chromosome, partial)
** Hybridizují s mnohočetnými chromosomovými sekvencemi, lze jimi označit celý chromosom.
**They hybridize with multiple chromosomal sequences, the entire chromosome can be labeled with them.
** Nelze použít na interfázních jádrech.
**Cannot be used on interphase cores.
** ''použití:'' vyšetření chromosomových přestaveb
**''use'': examination of chromosomal rearrangements
<noinclude>
== Links ==
== Odkazy ==
=== Related articles ===
=== Související články ===
* [[Identifikace chromozomů|Identification of chromosomes]]
* [[Identifikace chromozomů]]
* [[Molekulární cytogenetika|Molecular cytogenetics]]
* [[Molekulární cytogenetika]]


=== Použitá literatura ===
=== References ===
* {{Citace
*KOČÁREK, Eduard. ''Molekulární biologie v medicíně. ''1. vydání. Brno : Národní centrum ošetřovatelství a nelékařských zdravotnických oborů v Brně, 2007. 218 s. <nowiki>ISBN 978-80-7013-450-4</nowiki>.
| typ = kniha
*KOČÁREK, Eduard a Martin PÁNEK. ''Klinická cytogenetika I :  úvod do klinické cytogenetiky. ''2. vydání. Praha : Karolinum, 2010. <nowiki>ISBN 978-80-246-1880-7</nowiki>.
| isbn = 978-80-7013-450-4
* MAŇÁKOVÁ, Eva a Alexandra SEICHERTOVÁ. ''Metody v histologii. ''1. vydání. Praha : Karolinum, 2002. <nowiki>ISBN 80-246-0230-X</nowiki>.
| příjmení1 = Kočárek
| jméno1 = Eduard
| titul = Molekulární biologie v medicíně
| vydání = 1
| místo = Brno
| vydavatel = Národní centrum ošetřovatelství a nelékařských zdravotnických oborů v Brně
| rok = 2007
| rozsah = 218
}}
* {{Citace
| typ = kniha
| isbn = 978-80-246-1880-7
| příjmení1 = Kočárek
| jméno1 = Eduard
| příjmení2 = Pánek
| jméno2 = Martin
| titul = Klinická cytogenetika&nbsp;I
| podnázev = &nbsp;úvod do klinické cytogenetiky
| vydání = 2
| místo = Praha
| vydavatel = Karolinum
| rok = 2010
}}
* {{Citace
| typ = kniha
| isbn = 80-246-0230-X
| příjmení1 = Maňáková
| jméno1 = Eva
| příjmení2 = Seichertová
| jméno2 = Alexandra
| titul = Metody v histologii
| vydání = 1
| místo = Praha
| vydavatel = Karolinum
| rok = 2002
}}
</noinclude>
 
[[Kategorie:Genetika]]
[[Kategorie:Molekulární biologie]]

Latest revision as of 21:01, 11 January 2023

In situ hybridization belongs to molecular cytogenetic examinations. It is a method that enables the localization and identification of a specific sequence of nucleotides in DNA, or RNA. The method uses the process of DNA denaturation and reassociation. The term hybridization means that, according to the rules of complementarity, the DNA strand under investigation is connected to the second strand, which is the probe, which is usually labeled. Hybridization takes place directly in the biological material under investigation, i.e. in situ, not on isolated DNA. Chromosomes from cells in metaphase, interphase nuclei or whole cells from, for example, histological sections can be used as the examined sample. The most frequently used method of in situ hybridization is the FISH method, which uses fluorescently labeled probes.

Principle[edit | edit source]

The investigated nucleic acid must first be denatured. The hydrogen bonds between the bases are broken and the chains separate. In this way, we obtain two simple polynucleotide chains from the original DNA double helix. After induction of reassociation conditions, a short and labeled section of nucleic acid, the so-called probe, is then bound to them according to the rules of base complementarity. Binding of the probe to the DNA under investigation is manifested as a hybridization signal that can be observed under a fluorescence microscope.

Denaturation[edit | edit source]

Denaturation, or separation of polynucleotide chains, can be induced by the action of elevated temperature (94–96 °C), certain chemical compounds or specific enzymes. The temperature at which 50% of DNA is denatured in solution is called the melting point temperature (Tm) and depends on many factors:

Scheme of the principle of the FISH (Fluorescent in situ hybridization) Experiment to localize a gene in the nucleus.
  • on the proportion of G–C pairs,
    • the higher it is, the higher is the Tm,
  • on the concentration of salts in the solution (or on the ionic strength),
    • the higher the concentration of salts (or monovalent cations – for example Na+), the higher the Tm value,
    • it is used when washing away non-specific signals (the concentration of monovalent cations decreases),
  • on the pH value of the solution,
    • significantly higher or significantly lower pH than 5-6 will destabilize DNA,
  • on the presence of denaturing agents in the solution,
    • e.g. formamide, urea, hydroxides, etc.

Method[edit | edit source]

  1. Material preparation (cultivation, isolation of nuclei or chromosomes, etc.)
  2. Denaturation of probe and target DNA - high temperature (together or separately)
  3. Hybridization of probe and target DNA - by cooling (37 °C)
  4. Removal of non-specific signals (stringent washing). This is done by treating with formamide or a solution of low ionic strength while simultaneously increasing the temperature to remove the probe from sites to which it is not fully complementary.
  5. Counterstaining (fluorescent staining of all chromosomes or nuclei)
  6. Evaluation under a fluorescence microscope using a specialized computer program

Probes[edit | edit source]

A probe is an artificially prepared, usually oligo- or polynucleotide chain that binds to the target DNA. It can be a section of DNA cloned using vectors or amplified using PCR. In order to observe the hybridization signal, the probe must be labeled

Marking of the probes[edit | edit source]

  • Direct marking:
    • It allows observing the hybridization signal immediately after the end of hybridization. The disadvantage is that the signal cannot be amplified.
    • The following are most often used for direct marking:
      • fluorescent dye - fluorochrome (FISH method)
      • radioactive isotope
  • Indirect marking:
    • The probe is labeled with a hapten (substance with antigenic properties), which is subsequently detected using a labeled antibody.
    • The hybridization signal can be amplified.
    • It is also possible to conjugate the antibody with an enzyme that catalyzes the formation of a color reaction.
    • FISH locus specific probe, M. Prader-Willi, deletion 15q11-q13
      An example of a hapten is biotin, which is detected using avidin conjugated to a fluorochrome or an enzyme.

Types of probes[edit | edit source]

  • Satellite probes (telomeric or centromeric)
    • They hybridize with regions containing satellite sequences.
    • use: examination of aneuploidy, identification of the origin of marker chromosomes
  • Locus specific probe
    • They hybridize with unique DNA sequences (individual genes or groups of genes).
    • use: examination of microdeletions in microdeletion syndromes and malignancies and some specific translocations
  • Painting probes (whole chromosome, partial)
    • They hybridize with multiple chromosomal sequences, the entire chromosome can be labeled with them.
    • Cannot be used on interphase cores.
    • use: examination of chromosomal rearrangements

Links[edit | edit source]

Related articles[edit | edit source]

References[edit | edit source]

  • KOČÁREK, Eduard. Molekulární biologie v medicíně. 1. vydání. Brno : Národní centrum ošetřovatelství a nelékařských zdravotnických oborů v Brně, 2007. 218 s. ISBN 978-80-7013-450-4.
  • KOČÁREK, Eduard a Martin PÁNEK. Klinická cytogenetika I :  úvod do klinické cytogenetiky. 2. vydání. Praha : Karolinum, 2010. ISBN 978-80-246-1880-7.
  • MAŇÁKOVÁ, Eva a Alexandra SEICHERTOVÁ. Metody v histologii. 1. vydání. Praha : Karolinum, 2002. ISBN 80-246-0230-X.