出芽酵母(Saccharomyces cerevisiae)におけるシングルコピー遺伝子座クロマチン精製

要約

このプロトコルは出芽のイースト、Saccharomycesのcerevisiaeからの原産のchromatinの文脈の興味の単一コピー遺伝子座を浄化するために場所特定の組換えに基づいて位置特定のchromatinの隔離方法を示す。

要約

真核生物のクロマチンの基本的な組織単位はヌクレオソームコア粒子(NCP)であり、ヒストン八量体に~1.7倍巻き付けられたDNAで構成されています。クロマチンは、NCPや、転写因子、クロマチンリモデリング、修飾酵素など、他の多くのタンパク質複合体の実体として定義されています。これらのタンパク質-DNA相互作用が、細胞周期のさまざまな段階で特定のゲノム遺伝子座のレベルでどのように調整されるかはまだ不明です。これは主に、このような動的相互作用の正確な測定値を得ることが困難になっている現在の技術的制限によるものです。ここでは、サイト特異的組換えと効率的なシングルステップアフィニティー精製プロトコルを組み合わせて、ネイティブクロマチン状態で目的の単一コピー遺伝子座を単離する改良された方法について説明します。この分析法は、ゲノムクロマチン上の標的遺伝子座の強固な濃縮を可能にするため、この手法は、質量分析などによって、偏りのない体系的な方法でタンパク質相互作用を同定および定量するための効果的な戦略となります。このような組成分析に加えて、この方法で精製された天然クロマチンは、ヌクレオソームの位置とヒストン修飾に関する in vivo の状況を反映している可能性が高いため、酵母のほぼすべてのゲノム遺伝子座に由来するクロマチンのさらなる構造および生化学的分析に適しています。

概要

真核生物のゲノムをクロマチンに動的に組織化することで、DNAが核の範囲内に収められるように圧縮され、遺伝子発現に十分な動態と調節因子へのアクセス性が確保されます。この汎用性の一部は、クロマチンの基本単位であるヌクレオソームによって媒介されており、このヌクレオソームは、ヒストン八量体¹の周囲に1~1.7倍のDNAが包まれたコア粒子で構成されています。ヌクレオソームは、その組成に関して非常にダイナミックな構造であり、N末端およびC末端のヒストンテールに多数のヒストン変異体と翻訳後修飾(PTM)があります。さらに、真核生物のクロマチンは、転写因子、DNAおよびRNAプロセシング機構、建築タンパク質、クロマチンのリモデリングおよび修飾に関与する酵素、クロマチンに関連するRNA分子など、他の多くの必須成分と相互作用します。転写、複製、修復に関与するこれらの重要な機構はすべて、これらのプロセスの天然基質として機能するクロマチンへのアクセスを必要とします。したがって、これらのDNAトランザクションの根底にある分子メカニズムを理解するには、これらの機構が収束し、生物学的反応を促進する特定のゲノム領域におけるクロマチン構造の集団的変化を正確に定義する必要があります。

遺伝学やタンパク質間相互作用の研究を通じて多数のクロマチン因子が同定されているにもかかわらず、特定のゲノム部位におけるクロマチン相互作用の直接的、偏りのない、包括的な分析を行うことは....

プロトコル

このプロトコルで使用されるすべての材料と機器に関連する詳細については、 材料表 を参照してください。使用した溶液、バッファー、培地のリストについては、 表 1 を参照してください。

1. 組換え酵母株構築

1. 組換え能力のある酵母株を構築するには、SbfI消化プラスミドK238を、目的の遺伝子座に統合されたLexA結合部位とRS組換え部位を有する酵母株に形質転換します^13,14。
   注:形質転換されたSbfI制限フラグメントには、LexA-TAP融合タンパク質とR-リコンビナーゼの構成的発現に必要な発現カセットと、相同組換えによる発現カセットのゲノム統合に必要な酵母染色体Iの相同配列が含まれています(図1)。
2. コントロール株を構築するには、RSおよびLexA結合部位が統合されていないアイソジェニック酵母株を採取し、組換えに適した株に使用したのと同じ条件下で、SbfI消化K238プラスミドで形質転換します。
3. SCD−LEU寒天プレート¹⁴上のLEU2選択マーカーに基づいてコンピテント酵母細胞を選択....

結果

~1.4 kb の ARS316 クロマチンドメインの精製は、恒常的に発現した LexA-TAP アダプタータンパク質によって媒介されました。ネガティブコントロールとして、LexA-TAPを発現するが、RSおよびLexA結合部位が統合されていない同種株を用いて精製を実施しました。 図3 は、ARS316遺伝子座を標的とする対照株と組換え能力株の両方に対して実施された標準精製実験のDNA分析結果を示.......

ディスカッション

特定の標的ゲノム領域の因子とクロマチンランドスケープの同定は、クロマチン研究において大きな課題を提起し続けています¹⁸。このプロトコルはとりわけイースト染色体からの明瞭なchromatinの範囲を切除し、浄化する有効なシステムを記述する。私たちの知る限り、このシングルステップ精製の純度と収率は、遺伝子座特異的なクロマチン精製法の多くの制限を克服し?.......

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Yeast strains
Control Strain: MATa; ura3Δ0; leu2Δ0; his3Δ1; met15Δ0; bar1::kanMX4; Chr I 212kb::LEU2 pTEF2-LEXA-TAP pGAL1-10 RecR			Section 1, see references 13 and 14
Recombination Strain: MATa; ura3Δ0; leu2Δ0; his3Δ1; met15Δ0; bar1::kanMX4; RS_LEXA_NS-3_ARS316_NS+3_RS; Chr I 212kb::LEU2 pTEF2-LEXA-TAP pGAL1-10 RecR			Section 1, see reference 13 and 14
Plasmid
K238 plasmid			Section 1, see reference 13 Storage: Store at -20 °C
K071 Spike-in plasmid DNA			Section 7.1, see reference 13 Storage: Store at -20 °C
Reagents
Acetone	Carl Roth	5025.1	Section 2 Storage: Store at room temperature
Ammonium acetate (NH4Ac)	Sigma Aldrich	A7262	Section 6 and 7.1 Storage: Store at room temperature
Ammonium solution (NH4OH) 25%	Merck Millipore	533003	Section 6 Storage: Store at room temperature
Ammonium sulfate	Santa Cruz	Sc-29085	Section 2 Storage: Store at room temperature
Bacto agar	BD (VWR)	90000-760	Section 3 Storage: Store at room temperature
Bacto peptone	BD (VWR)	211820	Section 3 Storage: Store at room temperature
β-Mercaptoethanol	Sigma Aldrich	07604	Section 7.2 Storage: Store at 4 °C
Chemiluminescent substrate kit	ThermoFisher	34580	Section 7.2 Storage: Store at 4 °C
Di-Sodium Hydrogen phosphate dodecahydrate	Merck	1.06579.1000	Section 2 and 7.1 Storage: Store at room temperature
Dithiothreitol (DTT)	ThermoFisher	15508013	Section 4 Storage: Store at 4 °C
Ethanol	Merck	100983	Section 7.1 Storage: Store at room temperature
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA)	Sigma Aldrich	ED	Section 7.1 Storage: Store at room temperature
Galactose (20% (w/v) stock)	Sigma Aldrich	G0625-1KG  /  5KG	Section 3 Storage: Store at room temperature
Gel loading dye (6x)	BioLabs	B7024A	Section 7.1 Storage: Store at -20 °C
Glusose	Sigma-Aldrich	G8270	Section Storage: Store at room temperature
Glycine	Carl Roth	.0079.4	Section 2 Storage: Store at room temperature
Glycogen (5 mg/mL)	Invitrogen	AM9510	Section 7.1 Storage: Store at -20 °C
Hydrochloric acid (HCl)	PanReac AppliChem	182109.1211	Section 2, 4 and 7.1 Storage: Store at room temperature
Magnesium Acetate (MgAc)	Bernd Kraft	15274.2600/C035	Section 4 Storage: Store at room temperature
Magnesium chloride (MgCl2)	Sigma Aldrich	M8266	Section 6 Storage: Store at room temperature
Nu PAGE LDS sample buffer (4x)	Invitrogen	2399549	Section 7.2 Storage: Store at room temperature
Phenol/Chloroform/Isoamyl alcohol (25:24:1 v/v)	Invitrogen	15593-031	Section 7.1 Storage: Store at 4 °C
Potassium chloride (KCl)	Sigma	P9541	Section 4 Storage: Store at room temperature
Radioactively labeled α-32P dATP (3,000 Ci/mmol, 10 mCi/mL)	Hartmann Analytic	SRP-203	Section 7.1 Storage: Store at 4 °C
RadPrime labeling system	ThermoFisher	18428-011	Section 7.1 Storage: Store at -20 °C
Raffinose (20% (w/v) stock)	SERVA	34140.03	Section 3 Storage: Store at room temperature
Sodium chloride (NaCl)	Merck	K53710504142	Section 7.1 Storage: Store at room temperature
Sodium citrate (Na3C6H5O7)	Sigma-Aldrich	71402	Section 7.1 Storage: Store at room temperature
Sodium hydroxide (NaOH)	Sigma Aldrich	S5881	Section 7.1 Storage: Store at room temperature
Sodium n-dodecyl sulfate (SDS) (5% stock (w/v) )	Alfa Aesar	A11183	Section 7.1 Storage: Store at room temperature
Sodium phosphate monobasic	Sigma-Aldrich	71496	Section 2 and 7.1 Storage: Store at room temperature
Sodium azide	Santa Cruz Biotechnology	sc-208393	Section 2 Storage: Store at -20 °C
Triethylamine	Sigma Aldrich	90340	Section 2 Storage: Store at room temperature
Tris base	Chem Cruz	SC-3715B	Section 2 and 4 Storage: Store at room temperature
Triton X-100	Sigma Aldrich	X100	Section 2 and 4 Storage: Store at room temperature
Tween-20	Bernd Kraft	18014332	Section 4 Storage: Store at room temperature
Yeast extract	BD (VWR)	212720	Section 3 Storage: Store at room temperature
Yeast mating factor alpha (1 µg/mL stock )	Biomol	Y2016.5	Section 3 Storage: Store at -20 °C
Yeast Synthetic Drop-out medium Supplements without LEUCINE	Sigma Aldrich	Y1376	Section 1, see reference 14
Enzymes
HpaI restriction enzyme (5,000 U/mL)	NEB	R0105S	Section 7.1 Storage: Store at -20 °C
Protease and Phosphatase Inhibitor Cocktail (100x)	ThermoFisher Scientific	78446	Section 4 Storage: Store at4 °C
Proteinase K (10 mg/mL)	SERVA	33756	Section 7.1 Storage: Store at -20 °C
RNase A (10 mg/mL)	ThermoFisher	EN0531	Section 7.1 Storage: Store at -20 °C
TEV protease (10000 U/µL)	NEB	P8112S	Section 5 Storage: Store at -20 °C
Materials
BcMag Epoxy-Activated Magnetic Beads	Bioclone Inc.	FC-102	Section 2 Storage: Store at 4 °C
Dry ice			Section 4
Low-binding centrifuge tubes 2.0 mL	Eppendorf	22431102	Section 4
Microspin G-25 Columns	Cytiva	27-5325-01	Section 7.1 Storage: Store at room temperature
Parafilm	Merck	P7793	Section 4
Positive nylon membrane	Biozol	11MEMP0001	Section 7.1 Storage: Store at room temperature
PVDF transfer membrane	Immobilon-Merck Millipore	IPVH00010	Section 7.2 Storage: Store at room temperature
SDS-PAGE gel 4-12% bis-tris (15 well, 1.5 mm)	Invitrogen	NP0336BOX	Section 7.2 Storage: Store at 4 °C
Syringe (25 mL) with luer fitting	Henke Sass Wolf	4200-000V0	Section 3
Whatman paper (Grade 3MM CHR Cellulose Western Blotting Paper Sheet)	Cytiva	3030-917	Section 7.1 Storage: Store at room temperature
Antibodies
Anti-LexA, rabbit polyclonal IgG, DNA binding region antibody	Merck Millipore	06-719	Section 7.2 Storage: Store at -20 °C
Goat Anti-Rabbit IgG (H+L), Horseradish peroxidase conjugate	Invitrogen	G21234	Section 7.2 Storage: Store at -20 °C
Peroxidase Anti-Peroxidase (PAP) antibody produced in rabbit for the detection of TAP-tagged proteins	Sigma Aldrich	P1291-500UL	Section 7.2 Storage: Store at -20 °C
Rabbit IgG antibodies	Sigma	I5006-100MG	Section 2 Storage: Store at 4 °C
Primers (10 µM)
ARS316: fwd 5'- CGGCATTATCGTACACAACCT, rev 5'- GTTCTTCGTTGCCTACATTTTCT			Section 7.1
K071 Spike-in plasmid DNA: fwd: 5'-TTTTCGCTGCTTGTCCTTTT, rev 5'- CATTTTCGTCCTCCCAACAT			Section 7.1
PCR fragment from yeast genomic DNA as a template  for ARS316 amplification (for southern blot): fwd 5’- AAATTCTGCCCTTGATTCGT                                                  rev 5’- TTTGTTTATCTCATCACTAAT			Section 7.1
PDC1: fwd 5'- CATGATCAGATGGGGCTTCA, rev 5'-ACCGGTGGTAGCGACTCTGT			Section 7.1
Equipment
Coffee grinder	Gastroback	42601	Section 4
Dewar flask	NAL GENE	4150-2000	Section 3
DynaMag TM-2 magnetic rack	Invitrogen	12321D	Section 4, 5 and 6
Hybridization oven	Hybaid Mini10	Ri418	Section 2
Microcentrifuge	Eppendorf	5424R	Section 4 and 7.1
UV-crosslinker	Analytikjena	95-0174-02	Section 7.1