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Method Article
* Ces auteurs ont contribué à parts égales
Ce travail décrit un protocole pour un dépistage génétique suppresseur multicopie chez Schizosaccharomyces pombe. Ce criblage utilise une bibliothèque plasmidique pangénomique pour identifier le(s) clone(s) suppresseur(s) d’un phénotype de perte de fonction associé à une souche mutante de requête. De nouveaux suppresseurs génétiques du mutant nul ell1 ont été identifiés à l’aide de ce criblage.
L’identification des interactions génétiques est un outil puissant pour déchiffrer les fonctions des gènes en fournissant des informations sur leurs relations fonctionnelles avec d’autres gènes et leur organisation en voies et processus biologiques. Bien que la majorité des criblages génétiques aient été initialement développés chez Saccharomyces cerevisiae, une plateforme complémentaire pour la réalisation de ces criblages génétiques a été fournie par Schizosaccharomyces pombe. L’une des approches couramment utilisées pour identifier les interactions génétiques consiste à surexprimer des clones d’une bibliothèque plasmidique à haut nombre de copies à l’échelle du génome dans un mutant de perte de fonction, suivie de la sélection de clones qui suppriment le phénotype mutant.
Cet article décrit un protocole pour effectuer ce dépistage génétique basé sur la « suppression multicopie » chez S. pombe. Ce criblage a permis d’identifier le(s) suppresseur(s) multicopie du phénotype génotoxique sensible au stress associé à l’absence du facteur d’élongation de la transcription Ell1 chez S. pombe. Le criblage a été initié par la transformation de la souche mutante nulle ell1 de requête avec une bibliothèque de plasmides d’ADNc S. pombe à nombre élevé de copies et en sélectionnant les suppresseurs sur des plaques EMM2 contenant du 4-nitroquinoléine 1-oxyde (4-NQO), un composé génotoxique induisant le stress. Par la suite, le plasmide a été isolé à partir de deux colonies suppressives présélectionnées et digéré par des enzymes de restriction pour libérer l’ADN de l’insert. Les plasmides libérant un fragment d’ADN inséré ont été retransformés en souche de délétion ell1 pour confirmer la capacité de ces clones plasmidiques suppresseurs à restaurer la croissance du mutant de délétion ell1 en présence de 4-NQO et d’autres composés génotoxiques. Les plasmides montrant un sauvetage du phénotype de délétion ont été séquencés pour identifier le(s) gène(s) responsable(s) de la suppression du phénotype génotoxique sensible au stress associé à la délétion ell1.
Les réseaux d’interactions génétiques fournissent des informations fonctionnelles sur les gènes et délimitent les voies et les processus biologiques dans lesquels ces gènes peuvent être impliqués in vivo. En outre, ils peuvent également fournir des informations sur la façon dont différents gènes interagissent les uns avec les autres, ce qui donne un phénotype spécifique 1,2,3. Au fil des ans, divers criblages génétiques ont été conçus par les chercheurs pour répondre à des questions biologiques fondamentales et étudier les maladies humaines. Les cribles pour l’identification des interactions génétiques peuvent être effectués de plusieurs façons. Les interactions génétiques identifiées dans différents criblages génétiques peuvent représenter des relations mécanistes distinctes entre les gènes. De plus, des études ont révélé qu’un ensemble commun d’interactions génétiques est partagé par des gènes qui codent pour des protéines appartenant à la même voie ou complexe 4,5. Ainsi, les réseaux d’interaction génétique peuvent être utilisés pour établir l’organisation fonctionnelle dans une cellule, dans laquelle les gènes partageant les profils les plus similaires appartiennent au même complexe ou voie, les gènes partageant des profils un peu moins similaires appartiennent au même processus biologique, et les gènes présentant des profils qui se chevauchent mais plus divers reflètent des membres appartenant au même compartiment cellulaire6.
Les tests d’interaction génétique basés sur la suppression de la dose (« suppression à haute copie ou à plusieurs copies ») sont l’une des approches couramment utilisées. Ces criblages peuvent être effectués en transformant une souche mutante de requête avec une bibliothèque génomique ou d’ADNc à nombre élevé de copies, suivie de tests / techniques de sélection appropriés pour identifier la suppression ou l’amélioration des interactions génétiques 7,8,9. Pour assurer une couverture complète à l’échelle du génome, ces criblages ont également été effectués en surexprimant un gène spécifique d’intérêt dans une collection de mutants de perte de fonction à l’échelle du génome ou en surexprimant une bibliothèque génomique ou d’ADNc codée par un plasmide à nombre élevé dans une requête mutante de perte de fonction 9,10,11,12,13,14,15 . La stratégie multicopie pourrait également fonctionner en utilisant une approche dominante/surexpression utilisant un promoteur régulatable.
Les principaux avantages de l’utilisation de criblages à base de suppresseurs sont que la suppression d’un phénotype préexistant dans une souche mutante par un autre gène établit une relation génétique entre ces deux produits géniques qui n’a peut-être pas été démontrée par d’autres approches. Deuxièmement, il a été observé que la présence d’une mutation préexistante sensibilise une voie particulière, ce qui permet d’identifier des composants supplémentaires de cette voie par l’isolement de suppresseurs, qui n’ont peut-être pas été identifiés par des sélections génétiques plus directes. De plus, cet écran peut être utilisé pour identifier les suppresseurs qui ont différents mécanismes de suppression16. Les interactions suppressives se produisent généralement entre des gènes qui sont fonctionnellement liés et peuvent être utilisées pour élucider les hiérarchies dans les voies. Le mécanisme sous-jacent exact de suppression peut différer en fonction de plusieurs facteurs, notamment le type de mutant de requête utilisé dans le criblage, les conditions expérimentales et le niveau d’expression des gènes. L’un des mécanismes courants de suppression du dosage implique des gènes codant pour des produits qui fonctionnent ensemble dans le même complexe ou en parallèle dans le même processus cellulaire / biologique. Les résultats de tels criblages dans des organismes modèles plus simples tels que la levure peuvent être étendus à des organismes eucaryotes supérieurs puisque la plupart des voies et processus biologiques fondamentaux sont conservés tout au long de l’évolution.
Ces criblages génétiques peuvent également être modifiés de plusieurs façons pour répondre à différentes questions biologiques. Par exemple, des gènes orthologues de différents organismes qui peuvent supprimer le phénotype de la souche mutante de requête peuvent être identifiés. Il a également été utilisé pour délimiter les mécanismes de résistance potentiels et déterminer les cibles protéiques de nouveaux composés antibactériens17,18, antifongiques19,20, antiparasitaires 21 et anticancéreux 22. Ce criblage a également été exploité pour identifier les suppresseurs de l’activité des médicaments pharmaceutiques dont le mécanisme d’action n’est pas connu. Ainsi, en principe, ces écrans suppresseurs multicopies peuvent être optimisés et utilisés dans une variété d’applications dans différents organismes. Bien que la plupart des dépistages génétiques utilisés par les chercheurs sur les levures aient été initialement développés chez S. cerevisiae, S. pombe est apparu comme un système modèle complémentaire pour la réalisation de divers criblages et dosages génétiques23. De plus, l’organisation génomique et les processus biologiques chez S. pombe, tels que l’apparition d’introns dans un plus grand nombre de gènes, la complexité des origines de la réplication de l’ADN, la structure du centromère, l’organisation du cycle cellulaire et la présence de la machinerie ARNi, montrent une plus grande ressemblance entre S. pombe et les eucaryotes supérieurs23,24, soulignant l’importance de la conception et de l’utilisation d’outils génétiques chez S. pombe.
Cet article décrit un protocole d’identification des interacteurs génétiques basé sur la « suppression de dosage » d’un phénotype mutant de perte de fonction chez S. pombe. La base de ce protocole est qu’il s’agit d’une méthode rapide et efficace pour cribler une banque d’ADNc surexprimant des gènes de type sauvage soit sur un plasmide multicopie et / ou à partir d’un promoteur fort. Ce protocole comporte quatre étapes principales : transformation de la bibliothèque en une souche mutante de requête, sélection de clones plasmidiques qui suppriment le phénotype souhaité de la souche mutante requête, récupération du ou des plasmides de ces clones suppresseurs et identification du gène responsable de la suppression du phénotype. Comme c’est le cas pour toute méthode basée sur la sélection et l’identification d’ADNc à partir d’une bibliothèque, le succès de l’écran dépend de l’utilisation d’une bibliothèque de haute qualité et de haute complexité car l’écran ne peut récupérer que les clones d’ADNc présents dans la bibliothèque.
En utilisant ce protocole, nous avons identifié avec succès deux nouveaux suppresseurs du phénotype génotoxique sensible au stress de la requête S. pombe ell1 null mutant. La famille ELL (Eleven Nineteen Lysine Rich Leukemia) de facteurs d’élongation de la transcription supprime la pause transitoire de l’ARN polymérase II sur les modèles d’ADN dans les essais biochimiques in vitro et est conservée dans divers organismes, de la levure de fission à l’homme25. Des travaux antérieurs ont fourni des preuves qu’un mutant nul de S. pombe ell1 présente une sensibilité au stress génotoxique en présence de 4-nitroquinoléine 1-oxyde (4-NQO) et de méthanesulfonate de méthyle (MMS)26. Par conséquent, nous avons transformé une bibliothèque d’ADNc multicopie codée par le plasmide de S. pombe en la requête S. pombe ell1 null mutant et identifié deux clones putatifs qui présentaient la capacité de supprimer la sensibilité au stress génotoxique du mutant nul S. pombe ell1 en présence de 4-NQO, un composé qui induit des lésions de l’ADN. Le séquençage ultérieur de l’insert présent dans les clones plasmidiques a permis d’identifier que les gènes codant pour rax2+ et osh6+ étaient responsables de la suppression de la sensibilité au stress génotoxique du mutant nul ell1 lorsqu’il était surexprimé dans le mutant nul ell1.
1. Transformation de la bibliothèque d’ADNc en la souche mutante de S. pombe pour dépister les suppresseurs multicopies
NOTE: La méthode standard de l’acétatede lithium 27 a été suivie pour transformer la bibliothèque d’ADNc de S. pombe en la souche S. pombe ell1Δ avec quelques modifications:
2. Tester et valider le sauvetage/suppression du phénotype associé à la souche mutante de requête par le suppresseur putatif
NOTE: Des tests ponctuels de stress ont été effectués comme décrit ci-dessous pour tester et valider le sauvetage/suppression de la sensibilité au stress 4-NQO associée à la délétion ell1 par le(s) suppresseur(s) putatif(s).
3. Isolement du plasmide à partir des clones suppresseurs de S. pombe
NOTE: L’isolement plasmidique de S. pombe a été effectué en suivant le protocole décrit dans Fission yeast: a laboratory manual28 avec quelques modifications.
4. Identification du gène codé par le clone suppresseur
Criblage de suppresseurs multicopies de sensibilité au stress génotoxique associé à la délétion ell1 chez S. pombe
Nous avons effectué le dépistage génétique en utilisant le protocole décrit ci-dessus pour identifier les suppresseurs multicopies du phénotype de perte de fonction de la souche mutante de délétion ell1. La sensibilité liée à la croissance de la souche de délétion ell1 observée en p...
Les levures ont été largement utilisées pour étudier les processus biologiques de base et les voies qui sont conservées au cours de l’évolution dans les organismes eucaryotes. La disponibilité d’outils génétiques et génomiques ainsi que leur aptitude à diverses procédures biochimiques, génétiques et moléculaires font des levures un excellent organisme modèle pour la recherche génétique34,35,36. Au fil des a...
Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts.
Ce travail a été financé par une subvention de recherche du Département de biotechnologie du gouvernement de l’Inde (Grant No. BT/PR12568/BRB/10/1369/2015) à Nimisha Sharma. Les auteurs remercient le professeur Charles Hoffman (Boston College, États-Unis) pour le don de la bibliothèque d’ADNc de S. pombe et le professeur Susan Forsburg pour les plasmides de levure.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
4-NQO | Sigma | N8141 | |
Acetic Acid, glacial | Sigma | 1371301000 | |
Adenine Sulphate | Himedia | GRM033 | |
Agar | Himedia | GRM026 | |
Agarose | Lonza | 50004L | |
Ammonium Chloride | Himedia | MB054 | |
BamHI | Fermentas | ER0051 | |
Biotin | Himedia | RM095 | |
Boric Acid | Himedia | MB007 | |
Calcium Chloride | Sigma | C4901 | |
Chloroform:Isoamyl alcohol 24:1 | Sigma | C0549 | |
Citric Acid | Himedia | RM1023 | |
Disodium hydrogen phospahte anhydrous | Himedia | GRM3960 | |
single stranded DNA from Salmon testes | Sigma | D7656 | |
EDTA disodium | Sigma | 324503 | |
Ferric Chloride Hexahydrate | Himedia | RM6353 | |
Glucose | Amresco | 188 | |
Ionositol | Himedia | GRM102 | |
Isopropanol | Qualigen | Q26897 | |
Leucine | Himedia | GRM054 | |
Lithium Acetatae | Sigma | 517992 | |
Magnesium Chloride Hexahydrate | Himedia | MB040 | |
Molybdic Acid | Himedia | RM690 | |
Nicotinic Acid | Himedia | CMS177 | |
PEG, MW 4000 | Sigma | 81240 | |
Pentothinic Acid | Himedia | TC159 | |
Phenol | Himedia | MB082 | |
Plasmid Extraction Kit | Qiagen | 27104 | |
Potassium Chloride | Sigma | P9541 | |
Potassium hydrogen Pthallate | Merc | DDD7D670815 | |
Potassium iodide | Himedia | RM1086 | |
RNAse | Fermentas | EN0531 | |
SDS | Himedia | GRM205 | |
Sodium Hydroxide | Himedia | GRM1183 | |
Sodium Sulphate | Himedia | RM1037 | |
Tris free Base | Himedia | MB209 | |
Uracil | Himedia | GRM264 | |
Yeast Extract Powder | Himedia | RM668 | |
Zinc Sulphate Heptahydrate | Merc | DJ9D692580 |
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