DNA存储着生物体赖以生存和繁衍的遗传信息,因此维护DNA分子的完整性对细胞至关紧要。然而,在生命活动中,DNA时刻遭受着内源性(氧化自由基、复制叉崩塌等)或外源性(电离辐射、烷化剂等)刺激,DNA损伤不可避免。
DNA损伤是复制过程中发生的DNA核苷酸序列永久性改变,并导致遗传特征改变的现象。当各种内外源DNA损伤因子诱发细胞DNA链断裂时,DNA的超螺旋结构受到破坏,在细胞裂解液作用下,细胞膜、核膜等膜结构受到破坏,细胞内的蛋白质、RNA以及其它成分均扩散到细胞裂解液中。DNA损伤后将会导致遗传特征改变,基因功能丧失等现象。在疾病机制研究中,针对DNA损伤的检测也是必不可少的。但都有什么方法可检测细胞DNA损伤呢?
检测DNA损伤的方法有很多,根据其原理大致可以分为3类:基于损伤DNA理化性质的改变检测DNA损伤、基于分子杂交检测DNA损伤以及基于DNA损伤后形成的产物检测DNA损伤。前两种方法是基于荧光标记直接观测DNA的损伤情况,而基于DNA损伤后形成的产物检测DNA损伤是通过标记物的检测间接反映DNA的损伤程度。
一、彗星实验—基于损伤DNA理化性质的改变检测DNA损伤
彗星实验(Comet assay)也被称为单细胞凝胶电泳实验(Single cell gel electrophoresis,SCGE),是一种在单细胞水平上检测DNA损伤的技术。当各种内源性和外源性 DNA 损伤因子诱发细胞 DNA 链断裂时,其超螺旋结构受到破坏,在细胞裂解液作用下,细胞膜、核膜等膜结构受到破坏,细胞内的蛋白质、RNA 以及其他成分均扩散到电解液中,而核DNA由于分子量太大不能进入凝胶而留在原位。电泳过程中,如果DNA没有损伤,则将停留在原位,染色后呈圆形的荧光团,无拖尾出现。如果DNA受损,断裂的碎片进入到凝胶中,在电场的作用下,DNA碎片离开原位向阳极迁移,形成拖尾。DNA受损越严重,断裂越多,产生的碎片就越多、越小,则向阳极迁移的DNA碎片量就越多,迁移距离也越长,荧光染色后就能看见“彗星”样尾长并且荧光强度增强。
这种方法检测结果可信度较高,且能够在成品试剂盒的选择下得出漂亮的结果图片。该种方法的优点是具有高灵敏性,研究的细胞不需处于有丝分裂期。同时,这种技术只需要少量细胞。
二、TUNEL检测—基于DNA损伤后形成的产物检测DNA损伤
原位末端标记法(TdT-mediated dUTP nick end labeling,TUNEL)是一种检测凋亡细胞DNA链断裂片段的方法。细胞凋亡发生时,内源性核酸内切酶将DNA降解成片段,在脱氧核苷酸末端转移酶的作用下,底物dUTP 或BrDU(无或有荧光标记)可连接到DNA断片的3-OH末端,采用荧光显微镜对标记物进行分析,可以特异精准的定位出正在凋亡的细胞,实现在单细胞水平检测凋亡细胞的DNA碎片。
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