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Method Article
* Ces auteurs ont contribué à parts égales
Ribonucléotides sont parmi les plus abondantes nucléotides non-canoniques incorporés dans le génome au cours de la réplication de l’ADN nucléaire eucaryote. Si pas correctement supprimé, ribonucléotides peuvent provoquer de mutagenèse et dommages à l’ADN. Nous présentons ici deux approches expérimentales qui sont utilisés pour évaluer l’abondance de l’incorporation de ribonucléotide dans l’ADN et de ses effets mutagènes.
La présence des ribonucléotides dans l’ADN nucléaire s’est avérée être une source d’instabilité génomique. La mesure de l’incorporation de ribonucléotide peut être évaluée par hydrolyse alcaline et électrophorèse sur gel que l’ARN est très sensible à l’hydrolyse en milieu basique. Ceci, en combinaison avec une analyse Southern peut servir à déterminer l’emplacement et le chapelet dans les ribonucléotides qui ont été incorporés. Toutefois, cette procédure est seulement semi-quantitative et peut-être pas assez sensible pour détecter de petits changements dans le contenu de ribonucléotide, bien que le volet spécifique Southern blot sonder améliore la sensibilité. Titre de l’un des plus frappants conséquences biologiques des ribonucléotides dans l’ADN, mutagenèse spontanée peut être analysée à l’aide d’un test de mutation vers l’avant. En utilisant les gènes appropriés, des mutations rares qui entraîne la perte de fonction peuvent être sélectionné et global et taux de mutation spécifique peuvent être mesurées en combinant les données des expériences de fluctuation avec le séquençage de l’ADN du gène rapporteur. L’essai de fluctuation est il y a lieu d’examiner un large éventail de processus mutagènes dans les antécédents génétiques spécifiques ou des conditions de croissance.
Au cours de la réplication de l’ADN nucléaire eucaryote, ribonucléotides sont incorporées dans le génome de tous les trois principaux replicases de l’ADN, ADN polymérases (PPS) α, ε et δ1,2. Réparation par excision de RNase H2-dépendante ribonucléotide (RER3) supprime la plupart de ces ribonucléotides incorporés.
Un ribonucléotide dans l’ADN est sensible à l’hydrolyse, le 2' groupe hydroxyle de la portion de sucre peut attaquer la liaison phosphodiester adjacente, libérant une extrémité avec un 2' - 3' phosphate cyclique et l’autre avec une 5'-OH4. Conditions alcalines peuvent grandement accélérer cette réaction. Ainsi, l’hydrolyse des ribonucléotides embarqués durant l’incubation dans une solution basique provoque la fragmentation de l’ADN génomique, qui peut être visualisé par alcalin-agarose électrophorèse sur5. Cet ADN peut être transféré sur une membrane et sondé par Southern blot à l’aide des sondes de brin spécifiques qui permettent l’identification des sites alcali-sensibles causés par ribonucléotides incorporés dans le naissant conduisant ou en retard de développement-brin ADN, respectivement.
Dans les cellules de levure dépourvues d’activité RNase H2, enlèvement des ribonucléotides peut être lancée lorsque la topoisomérase I (Top1) pseudos l’ADN à la ribonucléotide incorporé6,7. Toutefois, lorsque Top1 s’attache sur le côté 3' de la ribonucléotide, cela génère 5'-OH et 2' - 3' phosphate cyclique ADN extrémités qui sont réfractaires aux RELIGACIÓN. Défaut de réparation ou transformation aberrante de ces « fins Sales » peut conduire à l’instabilité génomique. En outre, si l’incision survient dans une séquence d’ADN répétée, le processus de réparation peut conduire à des mutations de suppression. Ceci est particulièrement problématique pour les répétitions en tandem, où court destructions (d’entre deux et cinq paires de bases) sont couramment observés dans les cellules déficientes en RNase H2. Les effets délétères de Top1 dépendante, en l’absence de levure RNase H2 activité sont exacerbés dans un mutant ε ADN polymérase (pol2-M644G) promiscuous pour incorporation de ribonucléotide au cours de la synthèse du brin principal naissant.
Traitement des ribonucléotides ADN conduit à des mutations spontanées et ce mutagenèse peut être détectée en utilisant les gènes appropriés et en sélectionnant le changement phénotypique qui l’accompagne. Un test de fluctuation ou l’expérience de Luria et Delbrück est une des méthodes plus couramment utilisés pour mesurer le taux de mutation spontanée à l’aide de gènes de journaliste sélectionnable8,9. Chez les levures, les gènes URA3 et CAN1 peuvent servir de reporters dans un test de mutation directe, ce qui permet une détection de tous les types de mutations qui entraînent la perte de la fonction du gène. Le taux de mutation spontanée est estimé à la médiane de celle observée pour plusieurs cultures parallèles a commencé à partir des colonies individuelles sans mutations dans le gène rapporteur de cible. Une levure RNase H2-deficient souche tels que rnh201Δ a un taux modérément élevés de mutation spontanée dans l’ensemble qui est en grande partie dû à une incidence élevée de destructions bp 2-5 en tandem Répétez les séquences. Ainsi, pour caractériser complètement les effets mutagènes des ribonucléotides dans le génome, taux de mutations spécifiques doivent être déterminées. Dans ce cas, les gènes URA3 ou CAN1 peuvent être amplifiés et séquencés pour déterminer les types et les emplacements des mutations et des taux de mutation spécifique peuvent être calculées. Compilation des mutations identifiées chez plusieurs mutants URA3 ou CAN1 indépendants peut alors servir pour générer un spectre de mutation.
1. alcaline hydrolyse et Strand spécifiques Southern Blot (Figure 1)
2. mesurer le taux de Mutation et de la spécificité dans les souches de S. cerevisiae
Traitement d’ADN génomique à l’alcali, suivi par électrophorèse sur gel alcalin permet une détection semi-quantitative de la fragmentation de l’ADN en raison de l’abondance des ribonucléotides stablement incorporés. La figure 2 montre les images de gel de levure ADN génomique traité avec ou sans KOH5. La variante M644L de Pol2, la sous-unité catalytique de la Polε, a réduit la capacité d’incorporer des ribonuclé...
Nous décrivons ici les protocoles des deux séries d’expériences qui sont fréquemment utilisés pour analyser quantitativement semi ribonucléotides constituées au cours de la réplication de l’ADN et les effets mutagènes des ribonucléotides non réparés. Bien que ces approches impliquent l’eucaryote modèle S. cerevisiae, ces techniques peuvent être facilement adaptés à d’autres microbes et eucaryotes supérieurs même.
De détection des ribonucléotides non répar?...
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Nous remercions tous les membres actuels et anciens Kunkel Lab pour leur travail et les discussions relatives au protocole et réutiliser les données présentées ici. Ce travail a été soutenu par projet Z01 ES065070 à T.A.K. de la Division de la recherche intra-muros des National Institutes of Health (NIH), National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
YPD media | 20 g dextrose, 20 g peptone, 10g yeast extract, in deionized H2O up to 1 L, add 20 g Bacto agar for solid media, autoclave. | ||
COM plates | 1.3 g SC dropout mix, 1.7 g yeast nitrogen base without amino acids or (NH4)2SO4, 5 g (NH4)2SO4, 20 g dextrose, 20 g Bacto agar deionized H2O up to 1 L. Adjust pH to 5.8. Autoclave and 30 – 35 ml per plate. | ||
CAN plates | 1.3 g SC-Ura dropout powder, 1.7 g yeast nitrogen base without amino acids or (NH4)2SO4, 5 g (NH4)2SO4, 20 g dextrose, 20 g Bacto agar, 25 mg uracil and H2O up to 1 L. Autoclave for 15 mins at 121 °C and cool down to 56 °C. Add 6 mL of filter-sterilized 1% canavanine sulfate solution. | ||
5-FOA plates | 1.3 g SC-Ura dropout powder, 1.7 g yeast nitrogen base without amino acids or (NH4)2SO4, 5 g (NH4)2SO4, 20 g dextrose, 20 g Bacto agar, 25 mg uracil and H2O up to 800 mL. Autoclave for 15 mins at 121 °C and cool down to 60 °C. Add 200 mL of filter-sterilized 0.5% 5-FOA solution. | ||
L-Canavanine sulfate | US Biological | C1050 | |
5-FOA | US Biological | F5050 | |
20 mL glass culture tube | Any brand | ||
Culture rotator in 30 °C incubator | Shaker incubator can be used instead | ||
96 well round bottom plates | Sterile, any brand | ||
3 mm glass beads | Fisher Scientific | 11-312A | Autoclave before use |
12-channel pipettes | Any brand | ||
Ex Taq DNA Polymerase | TaKaRa | RR001 | |
Epicentre MasterPure Yeast DNA Purification Kit | Epicenter | MPY80200 | |
3 M sodium acetate | Sigma-Aldrich | S7899 | |
100% ethanol | |||
Qubit 2.0 Fluorometer | Invitrogen | Q32866 | Newer model available |
dsDNA BR Assay kit | Invitrogen | Q32850 | |
KOH | Sigma-Aldrich | 221473 | |
EDTA | Sigma-Aldrich | E7889 | |
Ficoll 400 | Dot Scientific Inc. | DSF10400 | |
Bromocresol green | Eastman | 6356 | |
Xylene cyanol FF | International Technologies Inc. | 72120 | |
NaOH | Sigma-Aldrich | S8045 | |
1 M Tris-HCl (pH 8.0) | Teknova | T5080 | |
SYBR Gold Nucleic Acid Gel Stain | Invitrogen | S11494 | |
UV transilluminator | |||
Amersham Nylon membrane Hybond-N+ | GE Healthcare | RPN303B | |
3 MM CHR Chromotography paper | Whatman | 3030-392 | |
NaCl | Caledon | 7560-1 | |
Stratalinker 1800 | Stratagene | ||
QIAquick PCR Purification Kit | Qiagen | 28106 | |
G-25 spin column | GE Healthcare | 27-5325-01 | |
1 M Sodium phosphate buffer (pH 7.2) | Sigma-Aldrich | NaH2PO4 (S9638); Na2HPO4 (S9390) | |
SDS | Sigma-Aldrich | L4522 | |
BSA | Sigma-Aldrich | A3059 | |
Formamide | Sigma-Aldrich | 47671 | |
Geiger counter |
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