A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
* These authors contributed equally
עבודה זו מתארת פרוטוקול לבדיקה גנטית מדכאת מולטי-קופיות בסכיזוזאכרומיצס פומבה. מסך זה משתמש בספריית פלסמידים כלל-גנומית כדי לזהות שיבוטים מדכאים של פנוטיפ אובדן תפקוד הקשור לזן מוטנטי שאילתה. מדכאים גנטיים חדשים של מוטציית האפס ell1 זוהו באמצעות מסך זה.
זיהוי אינטראקציות גנטיות הוא כלי רב עוצמה לפענוח תפקודי הגנים על ידי מתן תובנות על הקשרים התפקודיים שלהם עם גנים אחרים וארגון למסלולים ותהליכים ביולוגיים. למרות שרוב המסכים הגנטיים פותחו בתחילה ב - Saccharomyces cerevisiae, פלטפורמה משלימה לביצוע בדיקות גנטיות אלה סופקה על ידי Schizosaccharomyces pombe. אחת הגישות הנפוצות המשמשות לזיהוי אינטראקציות גנטיות היא על ידי ביטוי יתר של שיבוטים מספריית פלסמיד בעלת מספר עותקים גבוה בגנום במוטציה של אובדן תפקוד, ולאחר מכן בחירה של שיבוטים המדכאים את הפנוטיפ המוטנטי.
מאמר זה מתאר פרוטוקול לביצוע בדיקה גנטית מבוססת 'דיכוי מרובה קופיות' ב- S. pombe. מסך זה סייע לזהות מדכאי ריבוי עותקים של הפנוטיפ הגנוטוקסי הרגיש ללחץ הקשור להיעדר גורם התארכות שעתוק Ell1 ב- S. pombe. המסך החל על ידי טרנספורמציה של זן מוטנטי ריק ell1 עם ספריית פלסמיד S. pombe cDNA בעלת מספר העתקה גבוה ובחירת המדכאים על לוחות EMM2 המכילים 4-ניטרוקינולין 1-אוקסיד (4-NQO), תרכובת גנוטוקסית הגורמת ללחץ. לאחר מכן, פלסמיד בודד משתי מושבות מדכאות ברשימה הקצרה ועוכל על ידי אנזימי הגבלה כדי לשחרר את הדנ"א המוכנס. פלסמידים המשחררים מקטע דנ"א מוסף הוחזרו לזן המחיקה ell1 כדי לאשר את יכולתם של שיבוטים פלסמידיים מדכאים אלה לשחזר את הצמיחה של מוטציית המחיקה ell1 בנוכחות 4-NQO ותרכובות גנוטוקסיות אחרות. אותם פלסמידים שהראו הצלה של פנוטיפ המחיקה רוצפו כדי לזהות את הגנים האחראים לדיכוי הפנוטיפ הגנוטוקסי הרגיש ללחץ הקשור למחיקה ell1.
רשתות של אינטראקציות גנטיות מספקות מידע פונקציונלי על גנים ומסמנות מסלולים ותהליכים ביולוגיים שגנים אלה עשויים להיות מעורבים בהם in vivo. בנוסף, הם עשויים גם לספק תובנות על האופן שבו גנים שונים מתקשרים זה עם זה, וכתוצאה מכך פנוטיפ מסוים 1,2,3. במהלך השנים, מגוון של בדיקות גנטיות תוכננו על ידי חוקרים כדי לענות על שאלות ביולוגיות בסיסיות ולחקור מחלות אנושיות. ניתן לבצע בדיקות לזיהוי אינטראקציות גנטיות במספר דרכים. אינטראקציות גנטיות שזוהו בבדיקות גנטיות שונות יכולות לייצג יחסים מכניסטיים מובהקים בין גנים. יתר על כן, מחקרים גילו כי קבוצה משותפת של אינטראקציות גנטיות משותפת לגנים המקודדים חלבונים השייכים לאותו מסלול אוקומפלקס 4,5. לפיכך, ניתן להשתמש ברשתות אינטראקציה גנטיות כדי לבסס את הארגון הפונקציונלי בתא, כאשר גנים החולקים את הפרופילים הדומים ביותר שייכים לאותו מתחם או מסלול, אותם גנים החולקים פרופילים קצת פחות דומים שייכים לאותו תהליך ביולוגי, ואותם גנים המציגים פרופילים חופפים אך מגוונים יותר משקפים חברים השייכים לאותו תא תאי6.
מסכי אינטראקציה גנטית המבוססים על דיכוי מינון ('דיכוי עותק גבוה או מולטיקופיה') הם אחת הגישות הנפוצות. ניתן לבצע מסכים אלה על ידי המרת זן מוטנטי שאילתה עם ספרייה גנומית או cDNA בעלת מספר עותקים גבוה, ולאחר מכן טכניקות מבחנים/בחירה מתאימות לזיהוי או שיפור האינטראקציות הגנטיות 7,8,9. כדי להבטיח כיסוי גנומי מקיף, מסכים אלה בוצעו גם על ידי ביטוי יתר של גן מסוים בעל עניין באוסף של מוטציה של אובדן תפקוד כלל-גנומי או על ידי ביטוי יתר של ספריית גנום מקודדת פלסמיד או cDNA בספריית שאילתת אובדן תפקוד 9,10,11,12,13,14,15 . אסטרטגיית המולטי-קופי יכולה לעבוד גם בגישה דומיננטית/ביטוי יתר באמצעות מקדם הניתן לוויסות.
היתרונות העיקריים של שימוש במסכים מבוססי מדכאים הם שדיכוי של פנוטיפ קיים מראש בזן מוטנטי על ידי גן אחר יוצר קשר גנטי בין שני תוצרי גנים אלה שאולי לא הודגם באמצעות גישות אחרות. שנית, נצפה כי נוכחותה של מוטציה קיימת מראש גורמת לרגישות במסלול מסוים, ומאפשרת לזהות מרכיבים נוספים של מסלול זה על ידי בידוד של מדכאים, אשר ייתכן שלא זוהו על ידי בחירות גנטיות ישירות יותר. יתר על כן, מסך זה יכול לשמש כדי לזהות מדכאים שיש להם מנגנונים שונים של דיכוי16. אינטראקציות מדכאות מתרחשות בדרך כלל בין גנים הקשורים תפקודית וניתן להשתמש בהם כדי להבהיר היררכיות במסלולים. מנגנון הדיכוי המדויק עשוי להשתנות בהתבסס על מספר גורמים, כולל סוג מוטציית השאילתה המשמשת במסך, תנאי הניסוי ורמת ביטוי הגנים. אחד ממנגנוני דיכוי המינון הנפוצים כולל גנים המקודדים מוצרים המתפקדים יחד באותו קומפלקס או במקביל באותו תהליך תאי/ביולוגי. ניתן להרחיב את התוצאות של מסכים כאלה באורגניזמי מודל פשוטים יותר, כגון שמרים, לאורגניזמים אאוקריוטים גבוהים יותר, שכן רוב המסלולים והתהליכים הביולוגיים הבסיסיים נשמרים לאורך האבולוציה.
ניתן גם לשנות את המסכים הגנטיים האלה בכמה דרכים כדי לענות על שאלות ביולוגיות שונות. לדוגמה, ניתן לזהות גנים אורתולוגיים מאורגניזמים שונים שיכולים לדכא את הפנוטיפ של הזן המוטנטי של השאילתה. הוא שימש גם לתיחום מנגנוני עמידות פוטנציאליים ולקביעת מטרות חלבוניות של תרכובות אנטי-בקטריאליותחדשות 17,18, אנטי-פטרייתיות19,20, אנטי-פטרייתיות 21 ואנטי-סרטניות 22. מסך זה נוצל גם לזיהוי מדכאי פעילותן של תרופות שמנגנון פעולתן אינו ידוע. לכן, באופן עקרוני, אלה מסכי מדכא multicopy יכול להיות מותאם ולהשתמש במגוון רחב של יישומים באורגניזמים שונים. למרות שרוב המסכים הגנטיים המועסקים על ידי חוקרי שמרים פותחו בתחילה ב- S. cerevisiae, S. pombe התגלה כמערכת מודל משלימה לביצוע בדיקות גנטיות שונותומבחנים 23. יתר על כן, ארגון גנומי ותהליכים ביולוגיים ב- S. pombe, כגון התרחשות של אינטרונים בגנים נוספים, מורכבות מקורות שכפול ה- DNA, מבנה הצנטרומר, ארגון מחזור התא ונוכחות מכונות ה- RNAi, מראים דמיון רב יותר בין S. pombe לבין אאוקריוטים גבוהים יותר23,24, מה שמדגיש את החשיבות של תכנון ושימוש בכלים גנטיים ב- S. pombe.
מאמר זה מתאר פרוטוקול לזיהוי אינטראקציות גנטיות המבוסס על 'דיכוי מינון' של פנוטיפ מוטנטי אובדן תפקוד ב - S. pombe. הבסיס לפרוטוקול זה הוא שמדובר בשיטה מהירה ויעילה לסינון ספריית cDNA המבטאת יתר על המידה גנים מסוג בר, בין אם על גבי פלסמיד רב-קופי ו/או ממקדם חזק. פרוטוקול זה כולל ארבעה שלבים עיקריים: הפיכת הספרייה לזן מוטנטי שאילתה, בחירה של שיבוטים פלסמידיים המדכאים את הפנוטיפ הרצוי של זן מוטנטי השאילתה, שליפת הפלסמיד(ים) משיבוטים מדכאים אלה, וזיהוי הגן האחראי לדיכוי הפנוטיפ. כפי שנכון עבור כל שיטה המבוססת על בחירה וזיהוי של cDNAs מספרייה, הצלחת המסך תלויה בשימוש בספרייה איכותית ומורכבת במיוחד מכיוון שהמסך יכול לאחזר רק את שיבוטי ה- cDNA שנמצאים בספרייה.
באמצעות פרוטוקול זה, זיהינו בהצלחה שני מדכאים חדשים של הפנוטיפ הגנוטוקסי הרגיש ללחץ של השאילתה S. pombe ell1 null mutant. משפחת ELL (Eleven Nineteen Lysine Rich Leukemia) של גורמי התארכות שעתוק מדכאת השהיה חולפת של RNA פולימראז II על גבי תבניות דנ"א במבחנים ביוכימיים במבחנה, והם נשמרים על פני אורגניזמים שונים, משמרי ביקוע ועד בני אדם25. עבודה מוקדמת יותר סיפקה ראיות לכך שמוטציה של S. pombe ell1 null מראה רגישות ללחץ גנוטוקסי בנוכחות 4-ניטרוקינולין 1-אוקסיד (4-NQO) ומתיל מתנסולפונט (MMS)26. לכן, הפכנו ספריית cDNA בקידוד פלסמיד של S. pombe למוטציה של שאילתה S. pombe ell1 null וזיהינו שני שיבוטים פוטטיביים שהפגינו את היכולת לדכא את הרגישות הגנוטוקסית ללחץ של מוטציית S. pombe ell1 null בנוכחות 4-NQO, תרכובת הגורמת לנגעים בדנ"א. ריצוף מאוחר יותר של התוסף הקיים בשיבוטים של פלסמיד זיהה כי הגנים המקודדים rax2+ ו- osh6+ היו אחראים לדיכוי הרגישות ללחץ הגנוטוקסי של מוטנט האפס ell1 כאשר הם מתבטאים יתר על המידה במוטציה של ell1 null.
1. טרנספורמציה של ספריית cDNA לשאילתה S . pombe זן מוטנטי כדי לסנן מדכאי מולטי-קופי
הערה: שיטת ליתיום-אצטט סטנדרטית27 הופעלה כדי להפוך את ספריית S. pombe cDNA לזן S. pombe ell1Δ עם כמה שינויים:
2. לבדוק ולאמת את ההצלה/דיכוי של הפנוטיפ הקשור לזן המוטנטי של השאילתה על ידי המדכא הפוטטיבי
הערה: מבחני נקודת מתח בוצעו כמתואר להלן כדי לבדוק ולאמת את ההצלה/דיכוי של רגישות הלחץ 4-NQO הקשורה למחיקה של ell1 על ידי מדכא(ים) פוטטיביים.
3. בידוד הפלסמיד משיבוטים מדכאי S. pombe
הערה: בידוד פלסמיד מ- S. pombe בוצע על ידי ביצוע הפרוטוקול המתואר בשמרי ביקוע: מדריך מעבדה28 עם כמה שינויים.
4. זיהוי הגן המקודד על ידי שיבוט המדכא
הקרנה לדיכוי מרובה עותקים של רגישות ללחץ גנוטוקסי הקשור למחיקה ב- S. pombe
ביצענו את הבדיקה הגנטית באמצעות הפרוטוקול שתואר לעיל כדי לזהות מדכאי ריבוי עותקים של פנוטיפ אובדן התפקוד של זן מוטנטי המחיקה של שאילתה. הרגישות הקשורה לגדילה של ז?...
שמרים היו בשימוש נרחב כדי לחקור את התהליכים הביולוגיים הבסיסיים ואת המסלולים אשר נשמרים אבולוציונית על פני אורגניזמים אאוקריוטים. הזמינות של כלים גנטיים וגנומיים יחד עם הנוחות שלהם להליכים ביוכימיים, גנטיים ומולקולריים שונים הופכים את השמרים לאורגניזם מודל מצוין למחקר גנטי34,3...
למחברים אין ניגודי עניינים.
עבודה זו מומנה על ידי מענק מחקר מהמחלקה לביוטכנולוגיה, ממשלת הודו (מענק לא. BT/PR12568/BRB/10/1369/2015) לנמישה שארמה. המחברים מודים לפרופ' צ'ארלס הופמן (בוסטון קולג', ארה"ב) על תרומת ספריית ה-cDNA של S. pombe ולפרופ' סוזן פורסבורג על פלסמידי השמרים.
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 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved