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Method Article
Processamento em lote de telas 2-híbrido de levedura permite a comparação direta dos perfis de interação de várias proteínas de isca com um conjunto altamente complexo de proteínas da fusão de rapina. Aqui, descrevemos como implementar sua utilização para tais telas, novos reagentes e métodos refinados.
Triagem para interações da proteína-proteína usando o ensaio de 2-híbrido de levedura tem sido uma ferramenta eficaz, mas seu uso foi em grande parte limitado à descoberta de interactianos de alta afinidade que são altamente enriquecido na biblioteca dos candidatos interagindo. Em um formato tradicional, o ensaio 2-híbrido de levedura pode render muitas colônias para analisar quando conduzido no rigor baixa onde os interactianos de baixa afinidade podem ser encontrados. Além disso, sem uma interrogação abrangente e completa da mesma biblioteca contra diferentes isca plasmídeos, uma análise comparativa não pode ser alcançada. Embora alguns destes problemas podem ser abordados usando bibliotecas de matriz presa, o custo e a infra-estrutura necessária para operar essas telas podem ser proibitivos. Como alternativa, adaptámos o ensaio 2-híbrido de levedura para descobrir simultaneamente dezenas de transiente e interações proteína estático dentro de uma única tela utilizando uma estratégia denominado DEEPN (enriquecimento dinâmico para avaliação de redes de proteínas), que incorpora o sequenciamento de DNA do elevado-throughput e computação para acompanhar a evolução de uma população de plasmídeos que codificam parceiros interagindo. Aqui, descrevemos reagentes personalizados e protocolos que permitem que uma tela DEEPN a ser executado de modo fácil e econômico.
Um entendimento completo dos processos biológicos de célula depende de encontrar as redes de interação de proteínas que fundamentam seus mecanismos moleculares. Uma abordagem para identificar as interações da proteína é ensaio fermento 2-híbrido (Y2H), que trabalha pela montagem de um fator de transcrição quimérico funcionamento uma vez que os dois domínios da proteína de interesse ligam para um outro1. Uma tela típica de Y2H é realizada através da criação de uma população de levedura que abriga tanto uma biblioteca de plasmídeos codificação interação proteínas fundidas a um ativador transcricional (ex., 'presas' a proteína de fusão) e um determinado 'isca' plasmídeo composto da proteína de interesse fundido a um domínio de ligação do DNA (por exemplo, o domínio de Gal4 DNA-ligando que vincula-se à sequência de ativação Gal4-upstream). Uma das principais vantagens da abordagem Y2H é que é relativamente fácil e barata para realizar em um laboratório típico equipada para trabalho rotineiro de biológica molecular2. No entanto, quando tradicionalmente realizada, um usuário amostras colônias individuais que surgem em seleção para uma interação positiva de Y2H. Isto limita severamente o número de clones 'presas' biblioteca que podem ser pesquisados. Este problema é agravado quando a abundância de uma particular interação presa é muito elevada em relação às outras, diminuindo a chance de detecção de interação de plasmídeos de rapina baixa abundância.
Uma solução para usando o princípio de Y2H em uma cobertura abrangente da proteoma é o uso de uma abordagem de matriz formatada no qual uma matriz contendo plasmídeos conhecido presas individuais pode ser interrogada digitalmente. No entanto, essa abordagem exige uma infra-estrutura que não é prontamente acessível ou rentável para os investigadores que estão interessados em definir a interactome de um pequeno número de proteínas ou domínios3. Além disso, bibliotecas de rapina muito complexo que podem codificar vários fragmentos de interação de proteínas que expandir o tamanho do como matrizes matriz para tamanhos impraticáveis. Uma alternativa é realizar ensaios com bibliotecas complexas em lotes e avaliar a presença de interação clones usando sequenciamento de elevado-throughput maciço paralelo4. Isto pode ser aplicado para ensaiar a presença de plasmídeos de rapina que surgem em várias colônias usando um típico Y2H formatado abordagem em qual fermento habitação um par de interação de proteínas da fusão de células podem crescer em uma placa de5,6. Esta ideia geral pode ser acentuada para aumentar a consulta de ambos várias iscas e presas componentes ao mesmo tempo7,8.
Ainda assim, muitas investigações exigem que um mais fácil ainda mais focado esforço em apenas algumas proteínas 'iscas' e podem se beneficiar mais de uma consulta exaustiva e semi-quantitativa de uma biblioteca de rapina complexo único. Temos desenvolvido e validado uma abordagem para realizar estudos de interação de proteínas em larga escala usando um princípio de Y2H em formato de lote4. Isto usa a taxa de expansão de um plasmídeo presa particular como um proxy para a força relativa da interação de Y2H9. Sequenciamento profundo de todos os plasmídeos dentro de uma população submetida ao crescimento normal ou condições de crescimento seletivo produz um mapa completo de clones que geram interações de Y2H forte e fracas. O repertório de interactianos pode ser obtido e comparado diretamente através de múltiplos isca plasmídeos. O fluxo de trabalho resultante denominado DEEPN (enriquecimento dinâmico para avaliação de redes de proteínas), portanto, pode ser usado para identificar interactomes diferencial das bibliotecas de rapina mesmo para identificar proteínas, permitindo a comparação entre uma proteína vs outro.
Aqui, demonstramos DEEPN e introduzir melhorias nos métodos laboratoriais que facilitam a sua utilização, que são descritos na Figura 1. Melhorias significativas incluem:
Geração de populações de presas fermento. Um dos principais requisitos de DEEPN está gerando populações de levedura com diferentes isca plasmídeos que têm a mesma distribuição das bibliotecas de rapina do plasmídeo. Populações de equivalente de linha de base da biblioteca do plasmídeo presa são essenciais para fazer comparações precisas entre o interactomes de iscas diferentes. Isto é melhor alcançado quando um plasmídeo de biblioteca já está alojado em uma população de levedura haploide e entrando um plasmídeo isco dado que a população é alcançado pelo acasalamento para produzir um diploides. Aqui, nós fornecemos um guia claro em como fazer tais populações usando bibliotecas comerciais alojadas em leveduras haploides. Embora não tenhamos encontrado métodos que geram um número elevado de diploides, a eficiência global de acasalamento destas cepas de leveduras contendo biblioteca comercial foi baixa. Portanto, nós construímos uma nova tensão que pode abrigar presas bibliotecas que rende muito mais diploides por reação de acasalamento.
Novo conjunto de isca plasmídeos. Muitos plasmídeos atuais que expressam proteínas da fusão 'isca' compostas da proteína de interesse e um domínio de ligação a DNA são baseados em 2µ, permitindo-lhes ampliar seu número de cópia. Este número de cópia pode ser bastante variável na população e levar a variabilidade na resposta transcricional de Y2H. Isto por sua vez poderia inclinar a capacidade de medir a força de uma interação de proteína dada baseada a resposta de crescimento das células de seleção. Isto pode ser parcialmente endereço usando um plasmídeo cópia baixa, alguns dos quais têm sido descritos anteriormente como o comercialmente disponível pDEST3210. Nós construímos um nova isca do plasmídeo (pTEF-GBD) que produz proteínas da fusão Gal4-DNA-ligando domínio dentro de um plasmídeo de cópia baixa baseada em Centrómero TRP1 carreg o gene de resistência de Kanr que também permite a clonagem de fragmentos de isca contra a corrente e a jusante do domínio Gal4 DNA-ligando.
Biblioteca de fragmento de novo high-density Y2H. Temos construído um plasmídeo novo para bibliotecas de rapina Y2H casa e usou para construir uma biblioteca de Y2H altamente complexa feita de distorcida aleatoriamente fragmentos de DNA genômico de Saccharomyces cerevisiae. Análise de sequência mostrou que esta biblioteca tinha mais 1 milhão de elementos diferentes, muito mais complexos do que descritas anteriormente fermento Y2H genômica plasmídeo bibliotecas11. Com essa nova biblioteca, fomos capazes de mostrar que o fluxo de trabalho do DEEPN é robusto o suficiente para acomodar o complexas bibliotecas com muitos plasmídeos diferentes de uma forma que é confiável e reprodutível.
1. preparação de mídia e placas
Nota: Todas as placas precisam ser feitas, minimamente, 2 dias antes de iniciar o protocolo. Os meios de comunicação podem ser feitos em qualquer ponto. No entanto, a extrato a adenina levedura tamponado peptona dextrose (bYPDA) precisa ser feita no dia em que será usado. Alguns meios de comunicação é feito usando uma mistura de suplemento contendo um nível de adenina é maior do que o que normalmente é usado. A maioria dos suplementos de media mínimos especificam adenina de 10 mg/L. Suplementos rotulados '+ 40Ade' especificar um total de adenina de 40 mg/L.
2. clonagem e verificação de isca plasmídeos
Nota: A construção do domínio Gal4-DNA-ligando plasmídeos. Atualmente, há uma variedade de sistemas de Y2H disponíveis comercialmente e academicamente disponíveis. DEEPN pode acomodar muitos destes desde que a isca plasmídeo expressando a proteína de interesse fundido a um domínio de ligação a DNA está em um TRP1-contendo o plasmídeo. Outros requisitos a jusante que são a sequência imediatamente acima da biblioteca de rapina inserir é conhecido e que uma interação positiva de Y2H pode ser marcada pela produção de His3 permitindo a seleção em mídia falta histidina. Aqui descreveremos o uso de um plasmídeo de isca Y2H novo (pTEF-GBD, Figura 2), no entanto, outros plasmídeos de isca de Y2H incluindo pGBKT7 podem ser usados também. Para a construção e avaliação de isca plasmídeos, descreveremos o uso de pTEF-GBD. Como uma nota geral, recomendamos a síntese do gene para produzir um quadro de leitura aberta que adere o viés de códon de levedura para ajudar a garantir a boa expressão e facilidade com a clonagem. Certifique-se de que o esquema de clonagem permite que a isca a ser em-frame com o domínio de Gal4 DNA-ligando e que quando clonagem no local de 3', um codão stop segue a região de codificação de isca.
3. a expressão de proteínas da fusão de domínio Gal4-DNA-ligando
4. autoativação teste
5. criar populações de leveduras com isca e biblioteca de rapina
Nota: A tensão de Y187 que abriga presas comerciais plasmídeos de biblioteca não meu bem. Assim, as seguintes condições otimizadas são obrigadas a manter a complexidade da biblioteca. O PLY5725 Coe contendo companheiros de bibliotecas de rapina Y2H melhor e o mesmo procedimento de acasalamento pode ser usado com esta estirpe (Figura 5).
6. amostra preparaçãopara DEEPN Deep Sequencing
7. deep sequenciamento
Nota: Preparação da amostra e sequenciamento em uma plataforma de sequenciamento profunda está normalmente disponível em comerciais e acadêmicas instalações de núcleo de sequenciamento DNA.
8. Bioinformatic processamento e verificação
O ensaio de Y2H tem sido amplamente utilizado para encontrar interações da proteína: proteína e várias adaptações e sistemas foram desenvolvidos. Na maior parte, as mesmas considerações que ajudam a garantir o sucesso com estas abordagens anteriores são importantes para DEEPN. Alguns dos pontos de referência importantes incluem: garantindo a expressão do domínio de ligação a DNA proteínas da fusão, garantindo um baixo fundo de espúrias + seu crescimento nos diploides que...
Aqui nós fornecemos um guia de como realizar ensaios Y2H em lote usando métodos otimizados. Existem alguns passos críticos no procedimento para ajudar a garantir que a população de levedura que devem ser colocada sob seleção é representante da biblioteca de partida e que suficiente da população inicial de fermento é usado para se submeter a seleção para limitar a variabilidade . Importante, estes parâmetros são relativamente fáceis de alcançar ao lado de adaptar os métodos e materiais para um ensaio de ...
Os autores não têm nada a divulgar
Agradecemos o pessoal dentro do Instituto de genética humana para sequenciamento e preparação de biblioteca NGS. Agradecemos Einat Snir por sua experiência na preparação de fragmentos de biblioteca genômica para a biblioteca do plasmídeo Y2H feita aqui. Este trabalho foi financiado pelo National Institutes of Health: R21 NIH EB021870-01A1 e pelo NSF Grant de projeto de pesquisa: 1517110.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Illumina HiSeq 4000 | Illumina | deep sequencing platform | |
Monoclonal anti-HA antibodies | Biolegend | 901514 | Primary Antibody to detect expression of HA in pGal4AD constructs |
Polyclonal anti-myc antibodies | QED Biosciences Inc | 18826 | Primary Antibody to detect expression of MYC in pTEF-GBD constructs |
NarI | New England BioLabs | R0191S | |
EcoRI-HF | New England BioLabs | R3101S | |
BamHI-HF | New England BioLabs | R3236S | |
XhoI | New England BioLabs | R0146S | |
Polyethylene Glycol 3350, powder | J.T. Baker | U2211-08 | |
Salmon Sperm DNA | Trevigen, Inc sold by Fisher Scientific | 50-948-286 | carrier DNA for yeast transformation section 3.2.1. |
Kanamycin Monosulfate | Research Products International | K22000 | |
LE Agarose | GeneMate | E-3120-500 | used for making DNA agarose gels |
Sodium Chloride | Research Products International | S23025 | |
Tryptone | Research Products International | T60060 | |
D-Sorbitol | Research Products International | S23080 | |
Lithium Acetate Dihydrate | MP Biomedicals | 155256 | |
Calcium Chloride | ThermoFisher | C79 | |
EDTA Sodium Salt | Research Products International | E57020 | |
Yeast Extract Powder | Research Products International | Y20020 | |
Yeast Nitrogen Base (ammonium sulfate) w/o amino acids | Research Products International | Y20040 | |
CSM-Trp-Leu+40ADE | Formedium | DCS0789 | |
CSM-Trp-Leu-His+40ADE | Formedium | DCS1169 | |
CSM-Leu-Met | Formedium | DCS0549 | |
CSM-Trp-Met | Bio 101, Inc | 4520-922 | |
L-Methionine | Formedium | DOC0168 | |
Adenine | Research Products International | A11500 | |
D-(+)-Glucose | Research Products International | G32045 | |
Bacto Agar | BD | 214010 | used for making media plates in section 1 |
Peptone | Research Products International | P20240 | |
3-amino-1,2,4 Triazole | Sigma | A8056 | |
2-Mercaptoehanol (BME) | Sigma-Aldrich | M6250 | |
Zymolyase 100T | USBiological | Z1004 | |
Potassium phosphate dibasic | Sigma | P8281 | |
Phenol:Chloroform:IAA | Ambion | AM9732 | |
Ammonium Acetate | Sigma-Aldrich | 238074 | |
Ethanol | Decon Laboratories, INC | 2716 | |
RNAse A | ThermoFisher | EN0531 | |
Urea | Research Products International | U20200 | |
SDS | Research Products International | L22010 | |
glycerol | Sigma Aldrich | G5516 | |
Tris-HCl | Gibco | 15506-017 | |
bromophenol blue | Amresco | 449 | |
Gibson Assembly Cloning Kit | New England Biolabs | E5510S | Rapid assembly method for cloning of plasmids in section 2 |
NEBNext High-Fidelity 2x PCR Master Mix | New England Biolabs | M0541S | Used for amplification of products for Gibson Assembly in Section 2.3 as well assample preparation for DEEPN deep sequencing in section 6.2.1 |
Ethidium Bromide | Amresco | 0492-5G | |
QIAquick PCR purification kit | Qiagen | 28104 | Used for purification of pcr products in section 6.2.3 |
Qiaquick DNA Gel Extraction Kit | Qiagen | 28704 | Used for purification of digested pTEF-GBD in section 2.1 |
KAPA Hyper Prep kit | KAPA Biosystems | KK8500 | preparation kit for deep sequencing |
Codon optimization | http://www.jcat.de | ||
Codon optimization | https://www.idtdna.com/CodonOpt | ||
gBlocks | Integrated DNA Technologies | DNA fragments used for cloning in Section 2.2 | |
Strings | Thermofisher | DNA fragments used for cloning in Section 2.2 | |
GenCatch Plasmid DNA mini-prep Kit | EPOCH Life Sciences | Used to prepare quantities of DNA in Section 2.3 | |
Covaris E220 | Covaris | high performance ultra-sonicator in section 7 | |
oligo nucelotide 5’- CGGTCTT CAATTTCTCAAGTTTCAG -3’ | Integrated DNA Technologies or Thermofisher | used for pcr amplification and sequencing 5' insert pTEF-GBD during plasmid construction | |
oligo nucelotide 5’-GAGTAACG ACATTCCCAGTTGTTC-3’ | Integrated DNA Technologies or Thermofisher | used for pcr amplification and sequencing 5' insert pTEF-GBD during plasmid construction | |
oligo nucelotide 5’-CACCGTAT TTCTGCCACCTCTTCC-3’ | Integrated DNA Technologies or Thermofisher | used for pcr amplification and sequencing 3' insert pTEF-GBD during plasmid construction | |
oligo nucelotide 5’-GCAACCGC ACTATTTGGAGCGCTG-3’ | Integrated DNA Technologies or Thermofisher | used for pcr amplification and sequencing 3' insert pTEF-GBD during plasmid construction | |
oligonucleotide 5’-GTTCCGATG CCTCTGCGAGTG-3’ | Integrated DNA Technologies or Thermofisher | 5' Pimer used for insert amplification of pGAL4AD | |
oligonucelotide 5’-GCACATGCT AGCGTCAAATACC-3’ | Integrated DNA Technologies or Thermofisher | 3' Pimer used for insert amplification of pGAL4AD | |
oligonucelotide 5’-ACCCAAGCA GTGGTATCAACG-3’ | Integrated DNA Technologies or Thermofisher | 5' Pimer used for insert amplification of pGADT7 | |
oligonucelotide 5’- TATTTAGA AGTGTCAACAACGTA -3’ | Integrated DNA Technologies or Thermofisher | 3' Pimer used for insert amplification of pGADT7 | |
PJ69-4A MatA yeast strain | http://depts.washington.edu/yeastrc/ James P, Halladay J, Craig EA: Genomic Libraries and a host strain designed for highly efficient two-hybrid selection in yeast. GENETICS 1996 144:1425-1436 | MATA leu2-3,112 ura3-52 trp1-901 his3-200 gal4D, gal80D, GAL-ADE2 lys2::GAL1-HIS3 met2::GAL7 | |
pTEF-GBD | Dr. Robert Piper Lab | Gal4-DNA binding doimain expression plasmid | |
pGal4AD (pPL6343) | Dr. Robert Piper Lab | Gal4-activation domain expression plasmid | |
100 mm petri dishes | Kord-Vallmark sold by VWR | 2900 | |
125 mL PYREX Erlenmeyer flask | Fisher Scientific | S63270 | |
250 mL PYREX Erlenmeyer flask | Fisher Scientific | S63271 | |
1,000 mL PYREX Erlenmeyer flask | Fisher Scientific | S63274 | |
2,000 mL PYREX Erlenmeyer flask | Fisher Scientific | S63275 | |
20 X 150 mm Disposable Culture Tube | Thermofisher | 14-961-33 | |
pipet-aid | Drummond | 4-000-100 | |
5 mL Serological Pipette | Denville | P7127 | |
10 mL Serological Pipette | Denville | P7128 | |
25 mL Serological Pipette | Denville | P7129 | |
1,000 mL PYREX Griffin Beaker | Fisher Scientific | 02-540P | |
1,000 mL PYREX Reuasable Media Storage Bottle | Fisher Scientific | 06-414-1D | |
1,000 mL graduated cylinder | Fisher Scientific | 08-572-6G | |
SpectraMax 190 | Molecular Devices | used to measure the Optical Density of cells | |
NanoDrop 2000 | Thermo Scientific | ND-2000 | Spectrophotometer used to quantify amount of DNA |
Electronic UV transilluminator | Ultra Lum | MEB 20 | used to visualize DNA in an Ethidium Bromide agarose gel |
P1000 Gilson PIPETMAN | Fisher Scientific | F123602G | |
P200 Gilson PIPETMAN | Fisher Scientific | F123601G | |
P20 Gilson PIPETMAN | Fisher Scientific | F123600G | |
P10 Gilson PIPETMAN | Fisher Scientific | F144802G | |
1250 µL Low Retention Pipette Tips | GeneMate | P-1236-1250 | |
200 µLLow Retention Pipette Tips | VWR | 10017-044 | |
10 µL XL Low Retention Pipette Tips | VWR | 10017-042 | |
50 mL conical tube | VWR | 490001-627 | |
15 mL conical tube | VWR | 490001-621 | |
cell scraper | Denville Scientific | TC9310 | |
1.5 mL Microcentrifuge tubes | USA Scientific | 1615-5500 | |
HCl | Fluka Analytical | 318949-1L | |
NaOH | J.T. Baker | 5674-02 | |
Wooden applicators | Solon Care | 55900 | |
Eppendorf microcentrifuge 5424 | Fisher Scientific | 05-400-005 | microcentrifuge |
Sorvall ST16R | Thermo Fisher Scientific | 75004381 | benchtop centrifuge |
Amersham ECL Rabbit IgG, HRP-linked whole Ab (from donkey) | GE Healthcare | NA934-1ML | Secondary Antibody |
Amersham ECL Mouse IgG, HRP-linked whole Ab (from sheep) | GE Healthcare | NA931-1ML | Secondary Antibody |
SuperSignal West Pico Chemiluminescent Substrate | Thermo Fisher Scientific | 34080 | ECL detection solution |
Isotemp Incubator | Thermo Fisher Scientific | Incubator | |
Mutitron 2 | INFORS HT | Shaking incubator | |
Isotemp Digital-Control Water Bath Model 205 | Fisher Scientific | water bath | |
Y2H mouse cDNA library in Y187 (pan tissue) | Clontech | 630482 | commercially available cDNA Library |
Y2H mouse cDNA library in Y187 (mouse brain) | Clontech | 630488 | commercially available cDNA Library |
pGADT7 AD Vector | Clontech | 630442 | commercially available AD Vector housing many cDNA libraries |
pGBKT7 DNA-BD Vector | Clontech | 630443 | commercially available DNA-BD Vector |
Biolase DNA Polymerase | Bioline | BIO-21042 | DNA polymerase used for section 2.4 |
GeneMate GCL-60 Thermal Cycler | BioExpress | P-6050-60 | pcr machine |
TempAssure 0.5 mL PCR tubes | USA Scientific | 1405-8100 |
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