Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
A strategy for generating mutations in histone genes at their endogenous location in Saccharomyces cerevisiae is presented.
We describe a PCR- and homologous recombination-based system for generating targeted mutations in histone genes in budding yeast cells. The resulting mutant alleles reside at their endogenous genomic sites and no exogenous DNA sequences are left in the genome following the procedure. Since in haploid yeast cells each of the four core histone proteins is encoded by two non-allelic genes with highly homologous open reading frames (ORFs), targeting mutagenesis specifically to one of two genes encoding a particular histone protein can be problematic. The strategy we describe here bypasses this problem by utilizing sequences outside, rather than within, the ORF of the target genes for the homologous recombination step. Another feature of this system is that the regions of DNA driving the homologous recombination steps can be made to be very extensive, thus increasing the likelihood of successful integration events. These features make this strategy particularly well-suited for histone gene mutagenesis, but can also be adapted for mutagenesis of other genes in the yeast genome.
Четыре основных белков гистонов H2A, H2B, H3, H4 и играют центральную роль в уплотнению, организации и функции эукариотических хромосом. Два комплекта каждого из этих гистонов образуют гистонов октамером, молекулярный катушку , которая направляет оборачивание ~ 147 пар оснований ДНК вокруг себя, в конечном счете , приводит к образованию нуклеосом 1. Нуклеосомы являются активными участниками различных процессов хромосом на основе, например, регуляции транскрипции генов и формирования эухроматином и гетерохроматина через хромосом, и как таковые были в центре внимания интенсивных исследований в течение последних нескольких десятилетий. Ряд механизмов, были описаны, с помощью которых нуклеосомы можно манипулировать такими способами, которые могут облегчить выполнение определенных процессов - эти механизмы включают в посттрансляционной модификации гистонов остатков, АТФ-зависимой нуклеосом ремоделирование и АТФ-независимую реорганизацию нуклеосоми монтаж / демонтаж 2, 3.
Многообещающий дрожжей Saccharomyces CEREVISIAE является особенно мощным модельным организмом для понимания функции гистонов в эукариот. Это может быть в значительной степени связано с высокой степенью эволюционного сохранения гистоновых белков во всей области Eukarya и аменабельности дрожжей до разнообразных генетических и биохимических экспериментальных подходов 4. Реверс-генетические подходы у дрожжей широко используется для изучения влияния специфических мутаций гистонов по различным аспектам биологии хроматина. Для этих типов экспериментов часто предпочтительно использовать клетки, в которых мутантный гистоны, экспрессируемые из их родного геномного локуса, как экспрессия из автономных плазмид может привести к ненормальной внутриклеточных уровней белков гистонов (из-за разного количества плазмид в клетках) и сопутствующее изменение хроматина анvironments, которые могут в конечном счете, запутать интерпретацию результатов.
Здесь мы опишем метод ПЦР на основе, которая позволяет направленного мутагенеза генов гистонов на их родных геномных местах, которые не требуют стадии клонирования и приводит к генерации желаемой мутации (ов) без оставшихся последовательностей экзогенной ДНК в геноме. Этот метод использует преимущества эффективной системы гомологичной рекомбинации у дрожжей и имеет ряд общих черт с другими подобными методами , разработанными другими группами - в первую очередь на Delitto Perfetto, сайт-специфической геномной (SSG) мутагенеза и клонированию свободной ПЦР на основе аллель методы замены 5, 6, 7. Тем не менее, этот метод описан имеет аспект, который делает его особенно хорошо подходит для мутагенеза генов гистонов. В гаплоидных клетках дрожжей, каждый из четырех основных гистонов кодируется двумя не-Аllelic и высоко гомологичных генов: например, гистона Н3 , кодируемые генами HHT1 и HHT2, и открытые рамки считывания (ORFs) двух генов более 90% идентична последовательности в определенной последовательности. Такая высокая степень гомологии может осложнить эксперименты, направленные на специально направлены одной из двух гистонов генов, кодирующих для мутагенеза. Принимая во внимание вышеупомянутые методы часто требуют использования, по крайней мере некоторых последовательностей в пределах ORF гена-мишени для привода гомологичной рекомбинации, методика описана здесь использует последовательности, фланкирующие ORFs генов гистонов (в которых намного меньше гомологии последовательностей) для стадия рекомбинации, таким образом, увеличивая вероятность успешного нацеливания мутагенеза до нужного локуса. Кроме того, гомологичные регионы, что диск рекомбинации может быть очень обширным, дополнительно способствуя эффективной целевой гомологичной рекомбинации.
Примечание: Экспериментальная стратегия направлена на месте гена гистона мутагенеза включает в себя несколько этапов (показаны на рисунке 1). Эти шаги включают в себя: (1) замена гена мишени гистона с геном URA3, (2) Производство и очистка продуктов ПЦР , соответствующих двум частично перекрывающихся фрагментов гена гистона - мишени с использованием праймеров , несущих желаемую мутацию (и), (3 ) Fusion ПЦР из двух частично перекрывающихся фрагментов, чтобы получить полный размер PCR продуктов для интеграции, (4) совместное преобразование полного размера продуктов ПЦР и магистральную плазмидой, и выделение для маркера на плазмиде, (5) экран для 5-FOA-резистентный трансформанты, (6) Очистка 5-FOA-устойчивых колоний и потере основной цепи плазмиды, и (7) Молекулярные анализы для анализа для правильной интеграции мутантного аллеля.
Рисунок 1: Обзор Стратегии Targeted на месте мутагенеза гистонов генов у почкующихся дрожжей. В этом примере целевой ген HHT2, но и любой другой ген корового гистона также может быть мутагенезу с помощью этой стратегии. (A) гаплоидных клетки дрожжей питают два гистона H3-кодирующие гены (HHT1 и HHT2) и два гистонов генов H4-кодировщика (HHF1 и HHF2) , расположенные , как показано на рисунке (гены HHT1 и HHF1 расположены на хромосоме II и HHT2 и гены HHF2 расположены на хромосоме XIV - в каждом случае, стрелки указывают направление транскрипции). На первом этапе процедуры ORF гена HHT2 заменен геном URA3, что приводит к деформации hht2Δ :: URA3. (В) В части 1 дикого типа копию гена HHT2 из геномной ДНК образца используют в качестве матрицы для двух ПЦР - реакций к родамт.е два частично перекрывающихся фрагментов гена. Обратный праймер для первой реакции включает в себя один или более несовпадающих нуклеотида (помеченные красным кружком), которые соответствуют желаемой мутации (ы), которые будут введены в геном. Прямой праймер для второй реакции имеет эквивалентное несоответствие в обратной дополнительной конфигурации (также обозначенной красным кружком). Два ПЦР - продукты , образующиеся в части 1 (продукции А и Б), затем используются в качестве шаблонов для слитого ПЦР с использованием двух праймеров , которые отжигаются к продуктам а и Ь в моде , показанные в части 2. Это приводит к генерации полноразмерного ПЦР продукты (продукт C в части 3) , несущие требуемую мутацию (и). (C) hht2Δ :: URA3 штамм затем совместно трансформировали полноразмерных продуктов ПЦР и позвоночника плазмиды (а HIS3- отмеченные плазмиды в данном примере), и клетки отбирают на присутствие плазмиды (на средах , не имеющих часistidine в данном примере). Трансформанты затем подвергают скринингу на 5-FOA сопротивления - резистентные клетки являются кандидатами для претерпев гомологичной рекомбинацию , ведущей к интеграции продукта ПЦР и иссечение гена URA3, как показано на рисунке. Последующейпотерей магистральную плазмиды митотического деления клеток приводит к конечной требуемой гистона мутантного штамма. Мы обнаружили , что выбор магистральную плазмиды с последующим скринингом для сопротивления приводит к 5-FOA , в гораздо более высокой частоте выявления правильных событий интеграции , по сравнению с прямого выбора на 5-FOA , скребков, которые в основном определяет клетки, которые приобрели спонтанные URA3 мутации. (Эта цифра была изменена со ссылкой 14). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
1. Замена целевого гена гистона с URA3Ген
2. Формирование и очистка продуктов ПЦР, соответствующие двум частично перекрывающихся фрагментов из целевых Гистона гена с использованием праймеров, несущих желаемую мутацию (и)
3. Fusion ПЦР из двух частично перекрывающихся фрагментов, чтобы получить полный Размер продуктов ПЦР для интеграции
4. Совместное преобразование Full Size продуктов ПЦР и Backbone плазмиды, и выбор для маркера на плазмиды
5. Экран для 5-FOA устойчивых трансформантов
6. Очистка 5-FOA устойчивых колоний и потеря Backbone плазмиды
7. Молекулярные анализы для анализа на надлежащей интеграции мутантного аллеля
Описана генерация hht2 аллеля , выражающей мутантный белок гистона H3 укрывают замещение в положении 53 из аргинином к глутаминовой кислоты (Н3-R53E мутант) в качестве типичного примера целевой стратегии Situ мутагенеза.
Мы создали ш...
Высокий уровень гомологии последовательностей между двумя неаллельных генов , которые кодируют для каждого из четырех основных белков гистонов в клетках гаплоидных S.cerevisiae , может представлять собой проблему для исследователей , которые хотят конкретно адресовано одному из двух ...
The authors declare that they have no competing financial interests.
We thank Reine Protacio for helpful comments during the preparation of this manuscript. We express our gratitude to the National Science Foundation (grants nos. 1243680 and 1613754) and the Hendrix College Odyssey Program for funding support.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 kb DNA Ladder (DNA standards) | New England BioLabs | N3232L | |
Agarose | Sigma | A5093-100G | |
Boric Acid | Sigma | B0394-500G | |
dNTP mix (10 mM each) | ThermoFisher Scientific | R0192 | |
EDTA solution (0.5 M, pH 8.0) | AmericanBio | AB00502-01000 | |
Ethanol (200 Proof) | Fisher Scientific | 16-100-824 | |
Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dihydrate (EDTA) | Sigma | E4884-500G | |
Lithium acetate dihydrate | Sigma | L6883-250G | |
MyCycler Thermal Cycler | BioRad | 170-9703 | |
Poly(ethylene glycol) (PEG) | Sigma | P3640-1KG | |
PrimeSTAR HS DNA Polymerase (high fidelity DNA polymerase) and 5x buffer | Fisher Scientific | 50-443-960 | |
Salmon sperm DNA solution | ThermoFisher Scientific | 15632-011 | |
Sigma 7-9 (Tris base, powder form) | Sigma | T1378-1KG | |
Sodium acetate trihydrate | Sigma | 236500-500G | |
Supra Sieve GPG Agarose (low metling temperature agarose) | AmericanBio | AB00985-00100 | |
Taq Polymerase and 10x Buffer | New England BioLabs | M0273X | |
Toothpicks | Fisher Scientific | S67859 | |
Tris-HCl (1 M, pH 8.0) | AmericanBio | AB14043-01000 | |
a-D(+)-Glucose | Fisher Scientific | AC170080025 | for yeast media |
Agar | Fisher Scientific | DF0140-01-0 | for yeast media |
Peptone | Fisher Scientific | DF0118-07-2 | for YPD medium |
Yeast Extract | Fisher Scientific | DF0127-17-9 | for YPD medium |
4-aminobenzoic acid | Sigma | A9878-100G | for complete minimal dropout medium |
Adenine | Sigma | A8626-100G | for complete minimal dropout medium |
Glycine hydrochloride | Sigma | G2879-100G | for complete minimal dropout medium |
L-Alanine | Sigma | A7627-100G | for complete minimal dropout medium |
L-Arginine monohydrochloride | Sigma | A5131-100G | for complete minimal dropout medium |
L-Asparagine monohydrate | Sigma | A8381-100G | for complete minimal dropout medium |
L-Aspartic acid sodium salt monohydrate | Sigma | A6683-100G | for complete minimal dropout medium |
L-Cysteine hydrochloride monohydrate | Sigma | C7880-100G | for complete minimal dropout medium |
L-Glutamic acid hydrochloride | Sigma | G2128-100G | for complete minimal dropout medium |
L-Glutamine | Sigma | G3126-100G | for complete minimal dropout medium |
L-Histidine monohydrochloride monohydrate | Sigma | H8125-100G | for complete minimal dropout medium |
L-Isoleucine | Sigma | I2752-100G | for complete minimal dropout medium |
L-Leucine | Sigma | L8000-100G | for complete minimal dropout medium |
L-Lysine monohydrochloride | Sigma | L5626-100G | for complete minimal dropout medium |
L-Methionine | Sigma | M9625-100G | for complete minimal dropout medium |
L-Phenylalanine | Sigma | P2126-100G | for complete minimal dropout medium |
L-Proline | Sigma | P0380-100G | for complete minimal dropout medium |
L-Serine | Sigma | S4500-100G | for complete minimal dropout medium |
L-Threonine | Sigma | T8625-100G | for complete minimal dropout medium |
L-Tryptophan | Sigma | T0254-100G | for complete minimal dropout medium |
L-Tyrosine | Sigma | T3754-100G | for complete minimal dropout medium |
L-Valine | Sigma | V0500-100G | for complete minimal dropout medium |
myo-Inositol | Sigma | I5125-100G | for complete minimal dropout medium |
Uracil | Sigma | U0750-100G | for complete minimal dropout medium |
Ammonium Sulfate | Fisher Scientific | A702-500 | for complete minimal dropout medium |
Yeast Nitrogen Base | Fisher Scientific | DF0919-07-3 | for complete minimal dropout medium |
5-Fluoroorotic acid (5-FOA) | AmericanBio | AB04067-00005 | for 5-FOA medium |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены