Современные методы синтеза ДНК-зондов для флуоресцентной гибридизации in situ (FISH): технологии и применение
https://doi.org/10.20538/1682-0363-2025-4-111-119
Аннотация
Метод флуоресцентной гибридизации in situ (FISH) остается незаменимым инструментом молекулярной диагностики, позволяющим с высокой точностью выявлять хромосомные аномалии, лежащие в основе многих наследственных и онкологических заболеваний. Движение медицины в сторону персонализированных подходов и расширение спектра диагностируемых патологий требуют постоянного совершенствования методов синтеза ДНК-зондов. Несмотря на существующие ограничения, такие как стоимость и сложность синтеза, будущее диагностики с помощью FISH связано с разработкой высокоспецифичных, мультиплексных и доступных зондов, которые позволят перейти к комплексному анализу генома и транскриптома. Данная работа написана с целью отразить эволюцию методов получения зондов от классических к высокотехнологичным, включая SABER-FISH, технологии на основе CRISPR/Cas9 (CASFISH), smFISH.
Об авторах
Т. С. Бабай
Научно-исследовательский институт (НИИ) медицинской генетики, Томский национальный исследовательский медицинский центр (НИМЦ) Российской академии наук
Россия
Россия
Бабай Татьяна Сергеевна – мл. науч. сотрудник, лаборатория инструментальной геномики
634050, г. Томск, ул. Набережная реки Ушайки, 10
С. А. Васильев
Научно-исследовательский институт (НИИ) медицинской генетики, Томский национальный исследовательский медицинский центр (НИМЦ) Российской академии наук
Россия
Россия
Васильев Станислав Анатольевич – д-р биол. наук, руководитель лаборатории инструментальной геномики
634050, г. Томск, ул. Набережная реки Ушайки, 10
Список литературы
1. Cheng L., Davidson D.D., Zhang S. Genomic aberration detection by fluorescence in situ hybridization. Hum. Pathol. 2025; 7:105906. DOI: 10.1016/j.humpath.2025.105906.
2. Lu S., Liu K., Wang D., Ye Y., Jiang Z., Gao Y. Genomic structural variants analysis in leukemia by a novel cytogenetic technique: Optical genome mapping. Cancer Sci. 2024;115(11):3543–3551. DOI: 10.1111/cas.16325.
3. Рубцов Н.Б. Методы работы с хромосомами млекопитающих: учеб. пособие. Новосибирск: Новосиб. гос. ун-т, 2006:152.
4. Нугис В.Ю. FISH-метод: способ цитогенетической ретроспективной оценки дозы. Саратовский научно-медицинский журнал. 2016;12(4):671–678.
5. Levsky J.M. Fluorescence in situ hybridization: past, present and future. Journal of Cell Science. 2003;116(14):2833–2838. DOI: 10.1242/jcs.00633.
6. Kumar R., Baisvar V.S., Kushwaha B., Murali S., Singh V.K. Improved protocols for BAC insert DNA isolation, BAC end sequencing and FISH for construction of BAC based physical map of genes on the chromosomes. Mol. Biol. Rep. 2020;47(3):2405–2413. DOI: 10.1007/s11033-020-05283-z.
7. Jiang J. Fluorescence in situ hybridization in plants: recent developments and future applications. Chromosome Res. 2019;27(3):153–165. DOI: 10.1007/s10577-019-09607-z.
8. Prudent E., Raoult D. Fluorescence in situ hybridization, a complementary molecular tool for the clinical diagnosis of infectious diseases by intracellular and fastidious bacteria. FEMS Microbiol. Rev. 2019;43(1):88–107. DOI: 10.1093/femsre/fuy040.
9. Sun M.L., Zhang H.G., Liu X.Y., Yue F.G., Jiang Y.T., Li S.B. et al. Prenatal diagnosis and molecular cytogenetic characterization of a small supernumerary marker chromosome (sSMC) inherited from her mosaic sSMC(15) mother and a literature review. Taiwan. J. Obstet. Gynecol. 2020;59(6):963–967. DOI: 10.1016/j.tjog.2020.09.030.
10. Буяновская О.А., Глинкина Ж.И., Каретникова Н.А., Бахарев В.А. Молекулярно-генетические методы в пренатальной диагностике хромосомных аномалий. Акушерство и гинекология. 2012;8-1:4–9.
11. Duffy M.J., Harbeck N., Nap M., Molina R., Nicolini A., Senkus E. et al. Clinical use of biomarkers in breast cancer: Updated guidelines from the European Group on Tumor Markers (EGTM). Eur. J. Cancer. 2017;75:284–298. DOI: 10.1016/j.ejca.2017.01.017.
12. Luo H., Xu X., Ye M., Sheng B., Zhu X. The prognostic value of HER2 in ovarian cancer: A meta-analysis of observational studies. PLoS One. 2018;13(1):e0191972. DOI: 10.1371/journal.pone.0191972.
13. Paulasova P., Pellestor F. The peptide nucleic acids (PNAs): a new generation of probes for genetic and cytogenetic analyses. Ann. Genet. 2004;47:349–358. DOI: 10.1016/j.anngen.2004.07.001.
14. Nielsen P.E., Egholm M., Berg R.H., Buchardt O. Sequence-selective recognition of DNA by strand displacement with a thymine-substituted polyamide. Science. 1991;254(5037):1497– 500. DOI: 10.1126/science.1962210.
15. Pellestor F., Paulasova P., Macek M., Hamamah S. Les PNA (peptide nucleic acids): des sondes high-tech pour l’analyse génétique et cytogénétique moléculaire [The peptide nucleic acids (PNAs): “high-tech” probes for genetic and molecular cytogenetic investigations]. Med. Sci. (Paris). 2005;21(8- 9):753–758. DOI: 10.1051/medsci/2005218-9753.
16. Pellestor F., Paulasova P., Hamamah S. Peptide nucleic acids (PNAs) as diagnostic devices for genetic and cytogenetic analysis. Curr. Pharm. Des. 2008;14(24):2439–2444. DOI: 10.2174/138161208785777405.
17. Bolzán A.D. Considerations on the scoring of telomere aberrations in vertebrate cells detected by telomere or telomere plus centromere PNA-FISH. Mutat. Res. Rev. Mutat. Res. 2024;794:108507. DOI: 10.1016/j.mrrev.2024.108507.
18. Huang L., Ma F., Chapman A., Lu S., Xie X.S. Single-cell whole-genome amplification and sequencing: methodology and applications. Annu. Rev. Genomics Hum. Genet. 2015;16:79– 102. DOI: 10.1146/annurev-genom-090413-025352.
19. Volozonoka L., Miskova A., Gailite L. Whole genome amplification in preimplantation genetic testing in the era of massively parallel sequencing. Int. J. Mol. Sci. 2022;23(9):4819. DOI: 10.3390/ijms23094819.
20. Darouich S., Popovici C., Missirian C., Moncla A. Use of DOP-PCR for amplification and labeling of BAC DNA for FISH. Biotech. Histochem. 2012;87(2):117–121. DOI: 10.3109/10520295.2011.559175.
21. Beaucage S.L., Caruthers M.H. Deoxynucleoside phosphoramidites – a new class of key intermediates for deoxypolynucleotide synthesis. Tetrahedr. Lett. 1981;22:1859–1862. DOI: 10.1016/S0040-4039(01)90461-7.
22. Kosuri S., Church G.M. Large-scale de novo DNA synthesis: technologies and applications. Nat. Methods. 2014;11(5):499– 507. DOI: 10.1038/nmeth.2918.
23. Lönnberg H. Synthesis of oligonucleotides on a soluble support. Beilstein J. Org. Chem. 2017;13:1368–1387. DOI: 10.3762/bjoc.13.134.
24. Синяков А.Н., Рябинин В.А., Костина Е.В. Применение олигонуклеотидов, полученных с помощью микрочиповых синтезаторов ДНК, для синтеза генетических конструкций. Молекулярная биология. 2021;55(4):562–577. DOI: 10.1134/S0026893321030109.
25. Hughes T.R., Mao M., Jones A.R., Burchard J., Marton M.J., Shannon K.W. et al. Expression profiling using microarrays fabricated by an ink-jet oligonucleotide synthesizer. Nat. Biotechnol. 2001;19(4):342–347. DOI: 10.1038/86730.
26. Дымшиц Г.М. Нерадиоактивно меченые олиго- и полинуклеотидные зонды – инструмент изучения структуры генома и диагностики. Соросовский образовательный журнал. 2001;7(9):30–37.
27. Morrison L.E., Ramakrishnan R., Ruffalo T.M., Wilber K.A. Labeling fluorescence in situ hybridization probes for genomic targets. Methods Mol. Biol. 2002;204:21–40. DOI: 10.1385/1-59259-300-3:21.
28. Chudova I. Fluorescence in situ hybridization. In: Chromosomal alterations: methods, results and importance in human’s health. Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag. 2007;285–299.
29. Fominaya A., Loarce Y., González J.M., Ferrer E. Tyramide signal amplification: fluorescence in situ hybridization for identifying homoeologous chromosomes. Methods Mol. Biol. 2016;1429:35–48. DOI: 10.1007/978-1-4939-3622-9_4.
30. Богомолов А.Г., Карамышева Т.В., Рубцов Н.Б. Флуоресцентная гибридизация in situ ДНК-проб, полученных из индивидуальных хромосом и хромосомных районов. Молекулярная биология. 2014;48(6):881–890. DOI: 10.7868/S0026898414060032.
31. Kesälahti R., Kumpula T.A., Cervantes S., Kujala S.T., Mattila T.M., Tyrmi J.S. et al. Optimising exome captures in species with large genomes using species-specific repetitive DNA blocker. Mol. Ecol. Resour. 2025;25(3):e14053. DOI: 10.1111/1755-0998.14053.
32. Schubert I., Fransz P.F., Fuchs J., de Jong J.H. Chromosome painting in plants. Methods Cell Sci. 2001;23(1-3):57–69. Masabanda J.S., Griffin D.K. Generation of chromosome paints: approach for increasing specificity and intensity of signals. Biotechniques. 2003;34(3):530–532,534,536. DOI: 10.2144/03343st05.
33. Masabanda J.S., Griffin D.K. Generation of chromosome paints: approach for increasing specificity and intensity of signals. Biotechniques. 2003;34(3):530–532,534,536. DOI:10.2144/03343st05.
34. Kishi J.Y., Schaus T.E., Gopalkrishnan N., Xuan F., Yin P. Programmable autonomous synthesis of single-stranded DNA. Nat Chem. 2018;10(2):155–164. DOI: 10.1038/nchem.2872.
35. Kishi J.Y., Lapan S.W., Beliveau B.J., West E.R., Zhu A., Sasaki H.M. et al. SABER amplifies FISH: enhanced multiplexed imaging of RNA and DNA in cells and tissues. Nat. Methods. 2019;16(6):533–544. DOI: 10.1038/s41592-019-0404-0.
36. Silahtaroglu A.N., Tommerup N., Vissing H. FISHing with locked nucleic acids (LNA): evaluation of different LNA/ DNA mixmers. Mol. Cell Probes. 2003;17(4):165–169. DOI: 10.1016/s0890-8508(03)00048-3.
37. Fontenete S., Carvalho D., Guimarães N., Madureira P., Figueiredo C., Wengel J. et al. Application of locked nucleic acid-based probes in fluorescence in situ hybridization. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2016;100(13):5897–5906. DOI: 10.1007/s00253-016-7429-4.
38. Gaspar I., Wippich F., Ephrussi A. Enzymatic production of single-molecule FISH and RNA capture probes. RNA. 2017;23(10):1582–1591. DOI: 10.1261/rna.061184.117.
39. Gaspar I., Wippich F., Ephrussi A. Terminal deoxynucleotidyl transferase mediated production of labeled probes for single-molecule FISH or RNA capture. Bio-Protoc. 2018;8(5):e2750. DOI: 10.21769/BioProtoc.2750.
40. Safieddine A., Coleno E., Lionneton F., Traboulsi A.M., Salloum S., Lecellier C.H. et al. HT-smFISH: a cost-effective and flexible workflow for high-throughput single-molecule RNA imaging. Nat. Protoc. 2023;18(1):157–187. DOI: 10.1038/s41596-022-00750-2.
41. Liu Y., Le P., Lim S.J., Ma L., Sarkar S., Han Z. et al. Enhanced mRNA FISH with compact quantum dots. Nat. Commun. 2018;9(1):4461. DOI: 10.1038/s41467-018-06740-x.
42. Liu Y., Han Z., Sarkar S., Smith A.M. Fluorescence in situ hybridization with quantum dot labels in E. coli cells. Methods Mol. Biol. 2021;2246:141–155. DOI: 10.1007/978-1-0716-1115-9_10.
43. Deng W., Shi X., Tjian R., Lionnet T., Singer R.H. CASFISH: CRISPR/Cas9-mediated in situ labeling of genomic loci in fixed cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2015;112(38):11870– 11875. DOI: 10.1073/pnas.1515692112.
Рецензия
Для цитирования:
Бабай Т.С., Васильев С.А. Современные методы синтеза ДНК-зондов для флуоресцентной гибридизации in situ (FISH): технологии и применение. Бюллетень сибирской медицины. 2025;24(4):111-119. https://doi.org/10.20538/1682-0363-2025-4-111-119
For citation:
Babay T.S., Vasilyev S.A. Modern methods of DNA probe synthesis for fluorescence in situ hybridization (FISH): technologies and applications. Bulletin of Siberian Medicine. 2025;24(4):111-119. (In Russ.) https://doi.org/10.20538/1682-0363-2025-4-111-119
Просмотров:
45
JATS XML
Послать статью по эл. почте 