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Hier beschreiben wir eine Reihe von DNA Mutationsassays, dass mit der Hefe chronologische Lebensspanne Modell, um die Gene / Wege, oder regeln dazu beitragen, genomische DNA Instabilität während des Alterns Studie kombiniert werden können.
Studien mit dem Saccharomyces cerevisiae Alterung Modell haben Lebensspanne Regulationswege, teilweise in höheren Eukaryonten 1-2 sind konserviert aufgedeckt. Die Einfachheit und Leistungsfähigkeit der Hefe Alterung Modell kann auch untersucht werden, um DNA-Schäden und Genom-Wartung sowie ihre Beiträge zu Krankheiten während der Alterung zu untersuchen. Hier beschreiben wir ein System zur Alters-abhängigen DNA-Mutationen, einschließlich Basensubstitutionen, frame-shift-Mutationen, grobe chromosomale Umlagerungen und homologen / homeologous Rekombination, sowie nukleare DNA-Reparatur-Aktivität durch die Kombination der Hefe chronologische Lebensspanne mit einfachen DNA-Studie Schäden und Mutationsassays. Die hier beschriebenen Methoden sollte die Identifizierung von Genen / Wege, die genomische Instabilität und die Mechanismen, die alters-abhängigen DNA-Mutationen und Krebs in Säugern zugrunde liegen, zu regulieren.
Zwei Lebensdauer Modelle eingesetzt, um Studie Altern in S. cerevisiae: RLS und CLS. Die replikativen (angehende) Lebensdauer (RLS) ist die Beobachtung, dass Hefe Mutter-Zellen eine endliche Anzahl von Divisionen 3-6 unterziehen basiert. Wir werden uns auf die chronologische Lebensspanne (CLS), ein Modell, das auf die chronologische Überleben der nicht-teilenden Hefe in der Kultur oder auf Platten 7-11 Basis zu konzentrieren. Wildtyp-Hefe wächst exponentiell für 10-12 Stunden in synthetischer Dextrose komplett (DEZA) Medium . Wenn Blutzuckerspiegel senkt, Hefe-Switches aus der Fermentation, um die Atmung, bezeichnet einen Prozess diauxisches verschieben. Cells weiterhin langsam teilen während der post-diauxisches Phase für rund 48 Stunden vor der Einfahrt G 0 zu verhaften. Die metabolische Rate der Zellen bleibt hoch bis zum Tag 5-6 (Tag 0 ist die Impfung Tag). Die Lebensfähigkeit der Zellen im Laufe der Zeit kann durch den Prozentsatz der chronologisch alternden Zellen abgetastet alle zwei Tage, die G 0 Verhaftung und bilden Kolonien, die auf reiche YPED Platten Ausfahrt zugegriffen werden kann.
1. Hefe chronologische Lebensspanne (CLS) in flüssiger Kultur
Variationen in situ Lebensfähigkeit Assay sind:
2. In situ Lebensfähigkeit Test
In den flüssigen Kultur, ein kleiner Bruchteil der überlebenden Zellen kann erneut eingegeben werden den Zellzyklus und wachsen Nutzung verbleibenden Nährstoffe oder Freigelassenen Form lysiert toten Zellen in das Medium, ein Phänotyp Nachwachsen bezeichnet / keuchend 13. Wir entwickelten eine Lebensfähigkeit-on-a-Plate-System, dass die Auxotrophie des DBY746 Stamm (trp1) nutzt, um das Nachwachsen / keuchend Problem zu umgehen und erlauben auch die Prüfung der Wirkung von konstanten Exposition oder der Entzug der verschiedenen externen Nährstoffen oder Reize auf Hefe CLS 11. Diese in situ Lebensfähigkeit Assay auch imitiert die replikativen Lebensspanne Modell, so dass Zellen werden ständig reichlich Nährstoffe für die Dauer der Lebensspanne Analyse ausgesetzt.
Variationen in situ Lebensfähigkeit Assay sind:
3. DNA-Schäden und Mutationen Frequenz bei chronologischer Alterung
Canavanin Widerstand (Can r) und can1 Sequenzierung
Spontanmutationshäufigkeit kann durch Messung der Frequenz von Canavanin Widerstand (Can r) in chronologischer Alterung Kulturen ausgewertet werden. Mutationen in den CAN1 (YEL063) Gen, das die Plasma-Arginin-Permease kodiert, render Zellen resistent gegenüber der Arginin-Analogon L-canavanine.Can r Kolonien zu verschiedenen Zeitpunkten erhoben werden, auch kann für die Extraktion von genomischer DNA und anschließende Sequenzierung des CAN1 gespeichert werden Gen, das Mutationsspektrum Daten (mit Mutation Surveyor, SoftGenetics) bieten kann.
Basensubstitutionen (Trp + Rückfälle)
Stämme mit trp1-289 enthalten eine Amber-Mutation (C403T) im TRP1-codierende Sequenz. Messung der Frequenz von TRP1-289 zu Trp +-Reversion-15 ermöglicht die Abschätzung der Basenaustausch Rate während Hefe chronologischer Alterung.
Frame-shift-Mutationen
Die Lys - Stamm EH150 (Mata, lys2ΔBglII, trp1-Δ, his3-Δ200, ura3-52, ade2-1o) birgt ein lys2ΔBgl II Mutation, die durch Einsetzen 4 Nukleotide eine Bgl II Restriktionsenzymstelle in der LYS2 Gen erstellen gebaut wurde . Die daraus resultierenden vier Verschiebung in den offenen Leserahmen Ergebnisse in Auxotrophie für Lysin, die durch kleine Einfügen / Löschen Mutationen 16-17 rückgängig gemacht werden kann.
Gross chromosomale Umlagerungen (GCRs)
Zur Erkennung grober chromosomale Umlagerungen (GCRs) erzielten wir einen mutierten Stamm, in dem HXT13 (YEL069), kodierend für eine hoch redundante Hexose-Transporter wurde von einem URA3 Kassette 18 unterbrochen. HXT13 liegt 7,5 kb Telomer zu CAN1 auf Chromosom V. Mutationen in beiden CAN1 und URA3-Gene machen Zellen Resistenz gegen L-Canavanin und 5-Fluororotsäure (5FOA) bzw.. Angesichts der niedrigen Frequenz von Punktmutationen, die in beide Gene, die Analyse der Can r 5FOA r Frequenz auftreten liefert eine Schätzung der GCRs dazu führen, dass der Verlust der beiden Gene.
Homologe Rekombination und homeologous
Zur Überwachung der Ebene der homologen (100%) und homeologous Rekombination (91%) bei chronologischer Alterung erzielten wir Mutanten, in denen linearisierten Plasmide (HIS3: Intron-IR-URA3), der entweder zu 100% homologen inverted repeats (IRs) (pSR406 ) oder 91% homeologous IRs (pSR407) am HIS3-Locus 19. Rekombination zwischen der IRS ermöglicht die Expression von funktionellen His3 Protein.
Ergänzend zu den in situ Lebensfähigkeit Assay, altersabhängige Trp +-Reversion, Lys + frame-shift Mutation, Rekombination, oder r können auch in den Zellen auf der Platte im Alter untersucht werden.
4. Translesion Synthese (TLS)
Die altersabhängige Mutationsfrequenz erhöhen können zu einem erhöhten Makromolekül Schäden, verminderte zelluläre Schutz / Reparatur und erhöhte fehlerhafte DNA-Reparatur (wie Polζ-abhängige translesion Synthese, TLS) während des Alterns. Zum Beispiel zeigen die langlebigen sch9 Δ Mutanten erhöhte Expression von SOD2 und verminderte Expression der fehlerhaften DNA-Reparatur-Enzym Rev1 20. Hier beschreiben wir einen Assay kombiniert geschädigte DNA-Template und ganze Kernextrakt die TLS in vitro zu evaluieren.
5. Repräsentative Ergebnisse
Wir in der Regel verwendet die KBE-Zählungen am Tag 3 zu 100 Prozent das Überleben in der Standard-Flüssigkeit CLS-Analyse. Der Anteil Überleben in den folgenden Tagen kann angebaut werden, die mittlere (50% Überleben) zu berechnen und die maximale (10% Überlebensrate) Lebensdauer 12. Lebensdauer ergibt sich aus der in situ Lebensfähigkeit Assay erhaltenen sind in der Regel im Einklang mit den mit der flüssigen CLS-Test, aber mit reduzierten die mittlere Lebensdauer, die zum Teil auf die Tatsache, dass die Zellen ständig, um Nährstoffe ausgesetzt ist. Anwesenheit von Glukose hemmt die Aktivität der zellulären Schutz zeigte durch die verringerte Transaktivierung von Stress-Reaktion Transkriptionsfaktor wie MSN2 / 4 und Gis1 12.
Altersabhängige Mutationsfrequenz variiert stark je nach Stamm Hintergrund, Genmanipulationen, Kulturbedingungen und Alter. Tabelle 2 zeigt die typische Ergebnisse in den Wildtyp-Stamm (DBY746) erhalten.
Komponente | g / L |
---|---|
D-Glucose | 20 |
Ammoniumsulfat | 5 |
Nitrogen Base (-AS/-AA) | 1,8 |
NaH2PO4 | 1,4 |
mg / L | |
Adenin | 80 |
L-Arginin | 40 |
L-Asparaginsäure | 100 |
L-Glutaminsäure | 100 |
L-Histidin | 80 |
L-Isoleucin | 60 |
L-Leucin | 120 |
L-Lysin | 60 |
L-Methionin | 80 |
L-Phenylalanin | 60 |
L-Serin | 400 |
L-Threonin | 200 |
L-Tryptophan | 80 |
L-Tyrosin | 40 |
L-Valin | 150 |
Uracil | 80 |
Tabelle 1. Synthetic komplette Glucose-Medium, SDC (auf pH 6,0 mit NaOH). 4-facher Überschuss an Histidin, sind Leucin, Tryptophan und Uracil enthalten, um die Auxotrophie des DBY746 Belastung zu kompensieren.
Tag 3 (Mittelwert ± SEM) | Bis zu (während des Alterns) | |
---|---|---|
Kann r | 1,76 ± 0,12 x10 -6 | 6-8 x10 -6 |
Trp +-Reversion | 6,60 ± 1,70 x10 -8 | 1,60 x10 -6 |
Lys + frame-shift Mutation | 3,00 ± 0,78 x10 -8 | 0,70 x10 -6 |
GCRs | 0,62 ± 0,10 x10 -8 | 0,30 x10 -6 |
Homologe Rekombination | 5,55 ± 2,74 x10 -6 | 27,00 x10 -6 |
Homeologous Rekombination | 0,12 ± 0,04 x10 -6 | 0,48 x10 -6 |
Tabelle 2. Typische Mutation Frequenzen von Wildtyp-Zellen (DBY746) bei chronologischer Alterung.
Abbildung 1. Ergebnis translesion Synthese (TLS) 20. Nuclear Auszüge aus 3 Tage alten stationären Phase Wildtyp (DBY746) und sch9 Δ mutierten Zellen wurden mit unbeschädigten oder Basenlücke-haltigen DNA-Templates für 30 min bei 30 ° C inkubiert TLS Produkte zeichnen sich durch solide (mit unbeschädigten Vorlage) oder gepunktete (mit beschädigten Vorlage) angedeutet. Es gab keine translesion Synthese in nuklearen Auszug aus sch9 Δ Mutanten beobachtet. Kostenlose Primer sind durch die offene Pfeil gekennzeichnet.
Flüssige alternden Kulturen irgendwann weisen Nachwachsen / keuchend Phänotyp 13, die die CLS-Analyse erschwert. Nachwachsen der Regel tritt ein, wenn mehr als 90-99% der Bevölkerung Lebensfähigkeit verloren hat. Dieser Phänotyp ist häufig mit einem erhöhten oxidativen Stress und / oder verminderter Schutz in der Zelle verbunden sind. Zum Beispiel, die Frequenz dieser Phänotyp mehr als verdoppelt in Zellen ohne cytosolische Superoxiddismutase und reduziert in langlebigen Mutanten (zB sch9 Δ oder Ras2 Δ) oder Mutanten überexprimiert Superoxiddismutasen 22. In der Praxis definieren wir Nachwachsen wie eine Erhöhung der Rentabilität oder der Stabilisierung der Rentabilität für 3 aufeinander folgende Proben in der hohen Mortalität Phase bei chronologischer Alterung.
Altersabhängige Häufigkeit der verschiedenen DNA-Mutationen variieren stark je nach Stamm Hintergrund, Genmanipulationen, Kulturbedingungen, sowie das Nachwachsen / keuchend und äußerst geringe Überlebenschancen. Pre-Experimente sollten zu den Zeitpunkten, wie die mittleren und maximalen Überleben mit verschiedenen Beschichtungs-Dichte für Mutationsassays Mutation Frequenzbereich vor performingthe Endwert Lebensdauer Analyse zu bestimmen sein. Die Wildtyp-Stamm sollte immer in einer Lebensdauer oder Mutationsfrequenz Studie aufgenommen werden parallel zu einer Behandlung oder genetische Mutanten, so dass inter-Experiment-Variationen für gerechtfertigt werden kann. Mehrere biologische Replikate sollten in die Studie aufgenommen werden, und sowohl flüssiger als auch in situ Lebensfähigkeit / Mutationsassays sollte durchgeführt werden, zu bestätigen die Ergebnisse.
Statt sich auf eine bestimmte Art von DNA-Mutation, Profilierung der altersabhängigen genomische Instabilität mit mehreren Tests in Kombination, kann Licht auf spezifische DNA-Schäden und DNA-Schäden zu reparieren System (s), die altersabhängige genomische Instabilität beitragen zu vergießen. Zum Beispiel ist eine deutliche Steigerung des Brutto-chromosomale Umlagerungen (GCRs), im Vergleich zu denen anderer DNA-Mutationen, in Wildtyp-Hefe beobachtet, die auf eine elevationof Doppelstrangbruch und / oder eine Beeinträchtigung in nicht-homologen Ende (NHEJ) während der Hefe chronologischer Alterung (Tabelle 2). Die can1 Mutationsspektrum (Sequenzierung des CAN1-Gen) in den Wildtyp-Aging-Hefe gewonnen schlug eine Erhöhung der oxidativen Schäden bei chronologischer Alterung und fehleranfällige DNA-Reparatur; in der Erwägung, langlebige sch9 Δ Mutanten weniger oxidative DNA-Schäden und stark reduziert fehleranfällige translesion Synthese wurden 20 beobachtet.
Hier beschriebenen Methoden können weitere aufgewendet werden, um altersabhängige genomische Instabilität zu studieren. Zum Beispiel kann ruhig und nicht-ruhenden Zellen von Hefe stationären Phase Kulturen mit der Dichtegradienten-Methode von Allen et al isoliert werden. 23. Zusammen mit der Mutation beschriebenen Tests hier haben wir berichtet, dass ein großer Teil der altersabhängigen Mutationen von ruhenden Zellen, anstatt die Grenze, beschädigt oder apoptotischen Zellen 20,24 entsteht.
Keine Interessenskonflikte erklärt.
Wir danken S. Jinks Robertson und E. Heidenreich für die Bereitstellung von Plasmiden und Hefestämme; P. Pham und MF Goodman um Hilfe withthe TLS-Assay. Diese Arbeit wurde unterstützt, zum Teil von der American Federation für Alternsforschung zu gewähren und durch NIH AG20642, AG025135.
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