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Method Article
이 연구는 Schizosaccharomyces pombe에서 다중 복제 억제 유전자 스크리닝을위한 프로토콜을 설명합니다. 이 스크린은 게놈 전체 플라스미드 라이브러리를 사용하여 질의 돌연변이 균주와 관련된 기능 상실 표현형의 억제인자 클론(들)을 식별합니다. ell1 null 돌연변이체의 신규한 유전자 억제인자를 이 스크린을 사용하여 확인하였다.
유전적 상호작용의 식별은 다른 유전자와의 기능적 관계 및 생물학적 경로 및 과정에 대한 조직에 대한 통찰력을 제공함으로써 유전자의 기능을 해독하는 강력한 도구입니다. 대부분의 유전자 스크리닝은 처음에 사카로마이세스 세레비시아에에서 개발되었지만, 이러한 유전자 스크리닝을 수행하기 위한 보완적인 플랫폼은 Schizosaccharomyces pombe에 의해 제공되었다. 유전적 상호작용을 확인하는 데 사용되는 일반적인 접근법 중 하나는 기능 상실 돌연변이에서 게놈 전체의 높은 복제 수 플라스미드 라이브러리에서 클론을 과발현한 다음 돌연변이 표현형을 억제하는 클론을 선택하는 것입니다.
이 논문은 S. pombe에서 이 '다중 복제 억제' 기반 유전자 스크리닝을 수행하기 위한 프로토콜을 설명합니다. 이 스크린은 S. pombe 에서 Ell1 전사 신장 인자의 부재와 관련된 유전 독성 스트레스 민감성 표현형의 다중 복제 억제 인자를 식별하는 데 도움이되었습니다. 스크리닝은 질의 ell1 널 돌연변이 균주를 높은 카피 수 S. 폼베 cDNA 플라스미드 라이브러리로 형질전환하고, 유전독성 스트레스 유도 화합물인 4-니트로퀴놀린 1-옥사이드(4-NQO)를 함유하는 EMM2 플레이트 상에서 억제인자를 선택함으로써 시작되었다. 이어서, 플라스미드를 2개의 후보 억제 콜로니로부터 분리하고, 제한 효소에 의해 분해하여 삽입 DNA를 방출하였다. 삽입 DNA 단편을 방출하는 플라스미드를 ell1 결실 균주로 재변형시켜 4-NQO 및 기타 유전독성 화합물의 존재 하에 ell1 결실 돌연변이체의 성장을 회복시키는 이들 억제 플라스미드 클론의 능력을 확인하였다. 결실 표현형의 구조를 보여주는 플라스미드는 ell1 결실 관련 유전독성 스트레스 민감성 표현형의 억제를 담당하는 유전자(들)를 확인하기 위해 시퀀싱되었습니다.
유전적 상호작용의 네트워크는 유전자에 대한 기능적 정보를 제공하고 이러한 유전자가 생체 내에서 관여할 수 있는 경로와 생물학적 과정을 설명합니다. 또한 서로 다른 유전자가 서로 상호 작용하는 방식에 대한 통찰력을 제공하여 특정 표현형 1,2,3을 생성 할 수도 있습니다. 수년에 걸쳐 연구자들은 근본적인 생물학적 질문에 답하고 인간의 질병을 연구하기 위해 다양한 유전자 검사를 설계했습니다. 유전적 상호작용의 확인을 위한 스크리닝은 여러 가지 방법으로 수행될 수 있다. 서로 다른 유전자 스크리닝에서 확인된 유전적 상호작용은 유전자 간의 뚜렷한 기계론적 관계를 나타낼 수 있다. 또한 연구에 따르면 공통된 유전 적 상호 작용 세트는 동일한 경로 또는 복합체 4,5에 속하는 단백질을 암호화하는 유전자에 의해 공유됩니다. 따라서, 유전적 상호작용 네트워크는 세포에서 기능적 조직을 확립하는데 사용될 수 있으며, 여기서 가장 유사한 프로파일을 공유하는 유전자는 동일한 복합체 또는 경로에 속하고, 다소 덜 유사한 프로파일을 공유하는 유전자는 동일한 생물학적 과정에 속하며, 중복되지만 더 다양한 프로파일을 나타내는 유전자는 동일한 세포 구획에 속하는 구성원을 반영한다(6).
용량 억제('고복제 또는 다중 복제 억제')에 기반한 유전적 상호 작용 스크리닝은 일반적으로 사용되는 접근 방식 중 하나입니다. 이러한 스크리닝은 질의 돌연변이 균주를 높은 복제 수 게놈 또는 cDNA 라이브러리로 형질전환한 다음, 유전적 상호작용을 억제하거나 향상시키는 것을 식별하기 위한 적절한 분석/선택 기술을 수행함으로써 수행될 수 있다7,8,9. 포괄적인 게놈 전체 커버리지를 보장하기 위해, 이러한 스크리닝은 또한 게놈 전체 기능 상실 돌연변이체 모음에서 관심 있는 특정 유전자를 과발현하거나 기능 손실 쿼리 돌연변이체에서 높은 카피 수의 플라스미드로 인코딩된 게놈 또는 cDNA 라이브러리를 과발현함으로써 수행되었습니다. 9,10,11,12,13,14,15 . 다중 복제 전략은 조절 가능한 프로모터를 사용하는 우성/과발현 접근 방식을 사용하여 작동할 수도 있습니다.
억제기 기반 스크린을 사용하는 주요 이점은 다른 유전자에 의한 돌연변이 균주에서 기존 표현형의 억제가 다른 접근법을 사용하여 입증되지 않았을 수 있는 이 두 유전자 산물 간의 유전적 관계를 설정한다는 것입니다. 둘째, 기존 돌연변이의 존재는 특정 경로를 민감하게 하여 보다 직접적인 유전적 선택에 의해 확인되지 않았을 수 있는 억제인자의 분리에 의해 해당 경로의 추가 구성 요소를 식별할 수 있도록 하는 것으로 관찰되었습니다. 더욱이, 이 스크린은 상이한 억제 메커니즘(16)을 갖는 억제인자를 식별하는데 사용될 수 있다. 억제 자 상호 작용은 일반적으로 기능적으로 관련되고 경로의 계층 구조를 설명하는 데 사용할 수있는 유전자 사이에서 발생합니다. 억제의 정확한 기본 메커니즘은 스크린에 사용된 질의 돌연변이의 유형, 실험 조건 및 유전자 발현 수준을 포함한 여러 요인에 따라 다를 수 있습니다. 일반적인 투여 억제 메커니즘 중 하나는 동일한 복합체에서 또는 동일한 세포 / 생물학적 과정에서 병렬로 기능하는 제품을 암호화하는 유전자를 포함합니다. 효모와 같은 더 단순한 모델 유기체에서 이러한 스크리닝의 결과는 대부분의 기본적인 생물학적 경로와 과정이 진화를 통해 보존되기 때문에 고등 진핵 생물로 확장 될 수 있습니다.
이러한 유전자 스크리닝은 다양한 생물학적 질문에 답하기 위해 여러 가지 방법으로 수정할 수도 있습니다. 예를 들어, 질의 돌연변이 균주의 표현형을 억제할 수 있는 상이한 유기체로부터의 동종 유전자가 확인될 수 있다. 또한 잠재적인 내성 메커니즘을 설명하고 새로운 항균17,18, 항진균제19,20, 구충제 21 및 항암 22 화합물의 단백질 표적을 결정하는 데 사용되었습니다. 이 스크린은 또한 작용 메커니즘이 알려지지 않은 의약품의 활성 억제 인자를 식별하기 위해 악용되었습니다. 따라서, 원칙적으로, 이들 멀티카피 서프레서 스크린은 상이한 유기체에서의 다양한 어플리케이션에서 최적화되고 사용될 수 있다. 효모 연구자들에 의해 사용되는 대부분의 유전자 스크리닝은 초기에 S. cerevisiae에서 개발되었지만, S. pombe는 다양한 유전자 스크리닝 및 분석을 수행하기 위한 보완적인 모델 시스템으로 등장했다(23). 더욱이, 더 많은 유전자에서 인트론의 발생, DNA 복제 기원의 복잡성, 중심체 구조, 세포주기의 조직 및 RNAi 기계의 존재와 같은 S. pombe의 게놈 조직 및 생물학적 과정은 S. pombe와 고등 진핵 생물23,24 사이의 더 큰 유사성을 보여 주며, S. pombe에서 유전 도구를 설계하고 사용하는 것의 중요성을 강조합니다.
이 논문은 S. pombe에서 기능 상실 돌연변이 표현형의 '용량 억제'를 기반으로 유전 적 상호 작용을 식별하는 프로토콜을 설명합니다. 이 프로토콜의 기본은 멀티카피 플라스미드 및/또는 강력한 프로모터로부터 야생형 유전자를 과발현하는 cDNA 라이브러리를 스크리닝하는 것이 빠르고 효율적인 방법이라는 것입니다. 이 프로토콜에는 4가지 주요 단계가 있습니다: 라이브러리를 쿼리 돌연변이 균주로 형질전환, 쿼리 돌연변이 균주의 원하는 표현형을 억제하는 플라스미드 클론 선택, 이러한 억제 클론에서 플라스미드 검색, 표현형 억제를 담당하는 유전자 식별. 라이브러리로부터 cDNA의 선택 및 식별에 기초한 임의의 방법에 대해 사실인 것처럼, 스크린의 성공은 스크린이 라이브러리에 존재하는 이들 cDNA 클론만을 검색할 수 있기 때문에 고품질 및 고복잡성 라이브러리를 사용하는 것에 의존한다.
이 프로토콜을 사용하여, 우리는 질의 S. pombe ell1 널 돌연변이체의 유전독성 스트레스 민감성 표현형의 2개의 신규한 억제인자를 성공적으로 확인하였다. 전사 신장 인자의 ELL (11 Nineteen Lysine Rich Leukemia) 계열은 시험관 내 생화학 분석에서 DNA 주형에서 RNA 중합 효소 II의 일시적인 일시 중지를 억제하고 핵분열 효모에서 인간25에 이르기까지 다양한 유기체에 걸쳐 보존됩니다. 이전 연구는 S. pombe ell1 null 돌연변이가 4- 니트로 퀴놀린 1- 옥사이드 (4-NQO) 및 메틸 메탄 설포 네이트 (MMS) 26의 존재하에 유전 독성 스트레스 민감도를 나타낸다는 증거를 제공했습니다. 따라서, S. pombe 플라스미드로 암호화된 멀티카피 cDNA 라이브러리를 질의 S. pombe ell1 null 돌연변이체로 변환하고, DNA 병변을 유도하는 화합물인 4-NQO의 존재 하에서 S. pombe ell1 null 돌연변이체의 유전독성 스트레스 민감도를 억제하는 능력을 나타내는 2개의 추정 클론을 확인하였다. 플라스미드 클론에 존재하는 삽입물의 후속 시퀀싱은 rax2+ 및 osh6+를 코딩하는 유전자가 ell1 null 돌연변이체에서 과발현될 때 ell1 null 돌연변이체의 유전 독성 스트레스 민감도를 억제하는 역할을 한다는 것을 확인했습니다.
1. cDNA 라이브러리를 질의 S. pombe 돌연변이 균주로 형질전환하여 멀티카피 억제인자를 스크리닝하는 방법
참고: 표준 리튬-아세테이트 방법27을 따라 S. pombe cDNA 라이브러리를 몇 가지 수정을 통해 질의 S. pombe ell1Δ 균주로 변환했습니다.
2. 추정 억제기에 의한 질의 돌연변이 균주와 관련된 표현형의 구조/억제를 테스트하고 검증합니다.
참고: 스트레스 스팟 분석은 추정 억제기에 의한 ell1 결실 관련 4-NQO 응력 민감도의 구조/억제를 테스트하고 검증하기 위해 아래에 설명된 대로 수행되었습니다.
3. S. pombe 서프레서 클론으로부터 플라스미드의 분리
참고: S. pombe 로부터의 플라스미드 분리는 핵분열 효모: 실험실 매뉴얼28 에 설명된 프로토콜에 따라 수행되었으며 몇 가지 수정이 있었습니다.
4. 서프레서 클론에 의해 코딩되는 유전자의 동정
S. pombe에서 ell1 결실 관련 유전독성 스트레스 민감도의 다중 복제 억제인자에 대한 스크리닝
질의 ell1 결실 돌연변이 균주의 기능 상실 표현형의 멀티카피 억제인자를 확인하기 위해 위에서 설명한 프로토콜을 사용하여 유전자 스크리닝을 수행하였다. 4-NQO 유전독성제의 존재 하에서 관찰된 ell1 결실 균주의 성장 관?...
효모는 진핵 생물에 걸쳐 진화 적으로 보존되는 기본적인 생물학적 과정과 경로를 조사하는 데 널리 사용되었습니다. 다양한 생화학적, 유전적 및 분자적 절차에 대한 순응성과 함께 유전 및 게놈 도구의 가용성은 효모를 유전 연구를 위한 훌륭한 모델 유기체로 만듭니다34,35,36. 수년에 걸쳐, 효모 연구자들은 개별 유전자의 ?...
저자는 이해 상충이 없습니다.
이 연구는 인도 정부 생명공학부의 연구 보조금(보조금 번호. BT / PR12568 / BRB / 10 / 1369 / 2015)를 Nimisha Sharma로. 저자는 S. pombe cDNA 라이브러리를 선물한 Charles Hoffman 교수(미국 보스턴 칼리지)와 효모 플라스미드에 대해 Susan Forsburg 교수에게 감사를 표합니다.
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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