Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Bu çalışma, Schizosaccharomyces pombe'de çok kopyalı baskılayıcı genetik ekran için bir protokolü açıklamaktadır. Bu ekran, bir sorgu mutant suşu ile ilişkili bir fonksiyon kaybı fenotipinin baskılayıcı klonlarını tanımlamak için genom çapında bir plazmid kütüphanesi kullanır. Bu ekran kullanılarak ell1 null mutantının yeni genetik baskılayıcıları tanımlandı.
Genetik etkileşimlerin tanımlanması, diğer genlerle olan işlevsel ilişkileri ve biyolojik yollar ve süreçler halinde organizasyonları hakkında fikir vererek genlerin işlevlerini deşifre etmek için güçlü bir araçtır. Genetik ekranların çoğunluğu başlangıçta Saccharomyces cerevisiae'de geliştirilmiş olmasına rağmen, bu genetik ekranların gerçekleştirilmesi için tamamlayıcı bir platform Schizosaccharomyces pombe tarafından sağlanmıştır. Genetik etkileşimleri tanımlamak için kullanılan yaygın yaklaşımlardan biri, fonksiyon kaybı mutantında genom çapında, yüksek kopya numaralı plazmid kütüphanesinden klonların aşırı ekspresyonu, ardından mutant fenotipini baskılayan klonların seçilmesidir.
Bu yazıda S. pombe'de bu 'çoklu kopya baskılama' tabanlı genetik taramanın gerçekleştirilmesi için bir protokol açıklanmaktadır. Bu ekran, S. pombe'de Ell1 transkripsiyon uzama faktörünün yokluğu ile ilişkili genotoksik strese duyarlı fenotipin çoklu kopya baskılayıcılarının tanımlanmasına yardımcı olmuştur. Ekran, sorgu ell1 null mutant suşunun yüksek kopya numaralı S. pombe cDNA plazmid kütüphanesi ile dönüştürülmesi ve genotoksik strese neden olan bir bileşik olan 4-nitrokinolin 1-oksit (4-NQO) içeren EMM2 plakaları üzerindeki baskılayıcıların seçilmesiyle başlatıldı. Daha sonra, plazmid iki kısa listeye alınmış baskılayıcı koloniden izole edildi ve ekleme DNA'sını serbest bırakmak için kısıtlama enzimleri tarafından sindirildi. Bir insert DNA fragmanını serbest bırakan plazmidler, bu baskılayıcı plazmid klonlarının 4-NQO ve diğer genotoksik bileşiklerin varlığında ell1 delesyon mutantının büyümesini geri kazanma yeteneğini doğrulamak için ell1 delesyon suşuna yeniden dönüştürüldü. Delesyon fenotipinin kurtarıldığını gösteren plazmidler, ell1 delesyonla ilişkili genotoksik strese duyarlı fenotipin baskılanmasından sorumlu gen (ler) i tanımlamak için sıralandı.
Genetik etkileşim ağları, genler hakkında fonksiyonel bilgi sağlar ve bu genlerin in vivo olarak dahil olabileceği yolları ve biyolojik süreçleri tanımlar. Ek olarak, farklı genlerin birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğine dair içgörüler sağlayabilirler ve bu da spesifik bir fenotip 1,2,3 ile sonuçlanır. Yıllar geçtikçe, araştırmacılar tarafından temel biyolojik soruları cevaplamak ve insan hastalıklarını incelemek için çeşitli genetik ekranlar tasarlanmıştır. Genetik etkileşimlerin tanımlanması için ekranlar çeşitli şekillerde gerçekleştirilebilir. Farklı genetik ekranlarda tanımlanan genetik etkileşimler, genler arasındaki farklı mekanik ilişkileri temsil edebilir. Ayrıca, çalışmalar, ortak bir genetik etkileşimler kümesinin, aynı yola veya komplekse ait proteinleri kodlayan genler tarafından paylaşıldığını ortaya koymuştur 4,5. Bu nedenle, genetik etkileşim ağları, bir hücredeki işlevsel organizasyonu kurmak için kullanılabilir; burada en benzer profilleri paylaşan genler aynı komplekse veya yola aittir, biraz daha az benzer profilleri paylaşan genler aynı biyolojik sürece aittir ve örtüşen ancak daha çeşitli profiller sergileyen genler aynı hücresel bölmeye ait üyeleri yansıtır6.
Dozaj baskılamaya dayalı genetik etkileşim ekranları ('yüksek kopya veya çoklu kopya supresyonu') yaygın olarak kullanılan yaklaşımlardan biridir. Bu ekranlar, bir sorgu mutant suşunu yüksek kopya numaralı genomik veya cDNA kütüphanesi ile dönüştürerek, ardından genetik etkileşimleri baskılayan veya geliştirentanımlamak için uygun tahliller / seçim teknikleri ile gerçekleştirilebilir 7,8,9. Genom çapında kapsamlı bir kapsama alanı sağlamak için, bu ekranlar aynı zamanda genom çapında fonksiyon kaybı mutantı koleksiyonunda belirli bir genin aşırı eksprese edilmesiyle veya fonksiyon kaybı sorgusu mutantı 9,10,11,12,13,14,15 yüksek kopya numaralı plazmid kodlu genomik veya cDNA kütüphanesinin aşırı eksprese edilmesiyle gerçekleştirilmiştir. . Çok kopyalı strateji, düzenlenebilir bir destekleyiciyi kullanarak baskın / aşırı ifade yaklaşımı kullanarak da çalışabilir.
Baskılayıcı bazlı ekranların kullanılmasının temel avantajları, mutant bir suştaki önceden var olan bir fenotipin başka bir gen tarafından bastırılmasının, bu iki gen ürünü arasında başka yaklaşımlar kullanılarak gösterilemeyen genetik bir ilişki kurmasıdır. İkincisi, önceden var olan bir mutasyonun varlığının belirli bir yolu hassaslaştırdığı ve bu yolun ek bileşenlerinin, daha doğrudan genetik seleksiyonlarla tanımlanmamış olabilecek baskılayıcıların izolasyonu ile tanımlanmasına izin verdiği gözlenmiştir. Ayrıca, bu ekran farklı bastırma mekanizmalarına sahip baskılayıcıları tanımlamak için kullanılabilir16. Baskılayıcı etkileşimler genellikle işlevsel olarak ilişkili genler arasında meydana gelir ve yollardaki hiyerarşileri aydınlatmak için kullanılabilir. Baskılamanın tam altında yatan mekanizma, ekranda kullanılan sorgu mutantının türü, deneysel koşullar ve gen ekspresyon seviyesi gibi çeşitli faktörlere bağlı olarak farklılık gösterebilir. Yaygın dozaj bastırma mekanizmalarından biri, aynı komplekste veya aynı hücresel/biyolojik süreçte paralel olarak işlev gören ürünleri kodlayan genleri içerir. Maya gibi daha basit model organizmalardaki bu tür ekranların sonuçları, en temel biyolojik yollar ve süreçler evrim boyunca korunduğundan, daha yüksek ökaryotik organizmalara genişletilebilir.
Bu genetik ekranlar, farklı biyolojik soruları cevaplamak için çeşitli şekillerde de değiştirilebilir. Örneğin, sorgu mutant suşunun fenotipini baskılayabilen farklı organizmalardan gelen ortolog genler tanımlanabilir. Ayrıca, potansiyel direnç mekanizmalarını tanımlamak ve yeni antibakteriyel17,18, antifungal 19,20, antiparaziter21 veantikanser 22 bileşiklerinin protein hedeflerini belirlemek için kullanılmıştır. Bu ekran ayrıca, etki mekanizması bilinmeyen farmasötik ilaçların aktivitesinin baskılayıcılarını tanımlamak için de kullanılmıştır. Bu nedenle, prensip olarak, bu çoklu kopya bastırıcı ekranlar optimize edilebilir ve farklı organizmalardaki çeşitli uygulamalarda kullanılabilir. Maya araştırmacıları tarafından kullanılan genetik ekranların çoğu başlangıçta S. cerevisiae'de geliştirilmiş olmasına rağmen, S. pombe çeşitli genetik taramalar ve tahliller23 yapmak için tamamlayıcı bir model sistemi olarak ortaya çıkmıştır. Dahası, S. pombe'deki genomik organizasyon ve biyolojik süreçler, örneğin daha fazla gende intronların oluşumu, DNA replikasyonunun kökenlerinin karmaşıklığı, sentromer yapısı, hücre döngüsünün organizasyonu ve RNAi makinesinin varlığı, S. pombe ve daha yüksek ökaryotlar23,24 arasında daha fazla benzerlik göstererek, S. pombe'de genetik araçların tasarlanmasının ve kullanılmasının önemini vurgulamaktadır.
Bu yazıda, S. pombe'deki fonksiyon kaybı mutant fenotipinin 'dozaj baskılanmasına' dayanan genetik interaktörlerin tanımlanması için bir protokol açıklanmaktadır. Bu protokolün temeli, çok kopyalı bir plazmid üzerinde ve / veya güçlü bir promotörden vahşi tip genleri aşırı eksprese eden bir cDNA kütüphanesini taramanın hızlı ve etkili bir yöntem olmasıdır. Bu protokolün dört ana adımı vardır: kütüphanenin bir sorgu mutant suşuna dönüştürülmesi, sorgu mutant suşunun istenen fenotipini baskılayan plazmid klonlarının seçimi, plazmidlerin bu baskılayıcı klonlardan alınması ve fenotipin baskılanmasından sorumlu genin tanımlanması. Bir kütüphaneden cDNA'ların seçilmesine ve tanımlanmasına dayanan herhangi bir yöntem için geçerli olduğu gibi, ekranın başarısı yüksek kaliteli ve yüksek karmaşıklıklı bir kütüphane kullanılmasına bağlıdır, çünkü ekran yalnızca kütüphanede bulunan cDNA klonlarını alabilir.
Bu protokolü kullanarak, S. pombe ell1 null mutant sorgusunun genotoksik strese duyarlı fenotipinin iki yeni baskılayıcısını başarıyla tanımladık. Transkripsiyon uzama faktörlerinin ELL (Onbir Ondokuz Lizin Bakımından Zengin Lösemi) ailesi, in vitro biyokimyasal tahlillerde DNA şablonlarında RNA polimeraz II'nin geçici duraklamasını baskılar ve fisyon mayasından insanlara kadar çeşitli organizmalarda korunur25. Daha önceki çalışmalar, bir S. pombe ell1 null mutantının, 4-nitrokinolin 1-oksit (4-NQO) ve metil metansülfonat (MMS) 26 varlığında genotoksik stres duyarlılığı gösterdiğine dair kanıtlar sağlamıştır. Bu nedenle, bir S. pombe plazmid kodlu multicopy cDNA kütüphanesini sorgu S. pombe ell1 null mutantına dönüştürdük ve DNA lezyonlarını indükleyen bir bileşik olan 4-NQO varlığında S. pombe ell1 null mutantının genotoksik stres duyarlılığını bastırma yeteneğini sergileyen iki varsayılan klon tanımladık. Plazmid klonlarında bulunan ekin daha sonraki dizilimi, rax2 + ve osh6 + kodlayan genlerin, ell1 null mutantında aşırı eksprese edildiğinde ell1 null mutantın genotoksik stres duyarlılığını baskılamaktan sorumlu olduğunu tespit etti.
1. cDNA kütüphanesinin sorgu S. pombe mutant suşuna dönüştürülmesi ve çoklu kopya baskılayıcıların taranması
NOT: S. pombe cDNA kütüphanesini birkaç değişiklikle sorgu S. pombe ell1 Δ suşunadönüştürmek için Standart Lityum-Asetat yöntemi27 izlenmiştir:
2. Sorgu mutant suşu ile ilişkili fenotipin varsayılan baskılayıcı tarafından kurtarılmasını/bastırılmasını test edin ve doğrulayın
NOT: Stres noktası testleri, ell1 delesyonla ilişkili 4-NQO stres duyarlılığının varsayılan baskılayıcı (lar) tarafından kurtarılmasını / bastırılmasını test etmek ve doğrulamak için aşağıda açıklandığı gibi gerçekleştirilmiştir.
3. Plazmidin S. pombe baskılayıcı klonlarından izolasyonu
NOT: S. pombe'den plazmid izolasyonu, Fisyon mayasında açıklanan protokol izlenerek gerçekleştirildi: birkaç modifikasyon içeren bir laboratuvar el kitabı28 .
4. Baskılayıcı klon tarafından kodlanan genin tanımlanması
S. pombe'de ell1 delesyonla ilişkili genotoksik stres duyarlılığının multikopya baskılayıcılarının taranması
Genetik ekranı, sorgu ell1 delesyon mutant suşunun fonksiyon kaybı fenotipinin çoklu kopya baskılayıcılarını tanımlamak için yukarıda açıklanan protokolü kullanarak gerçekleştirdik. 4-NQO genotoksik ajan varlığında gözlenen ell1 delesyon suşunun büyümeye bağlı duyarlıl?...
Mayalar, ökaryotik organizmalar arasında evrimsel olarak korunan temel biyolojik süreçleri ve yolları araştırmak için yaygın olarak kullanılmaktadır. Genetik ve genomik araçların mevcudiyeti ve çeşitli biyokimyasal, genetik ve moleküler prosedürlere uygunlukları, mayaları genetik araştırmalar için mükemmel bir model organizma haline getirmektedir34,35,36. Yıllar geçtikçe, maya araştırmacıları taraf?...
Yazarların çıkar çatışması yoktur.
Bu çalışma, Hindistan Hükümeti Biyoteknoloji Bölümü'nden bir araştırma hibesi ile finanse edilmiştir (Hibe No. BT/PR12568/BRB/10/1369/2015) Nimisha Sharma'ya. Yazarlar, S. pombe cDNA kütüphanesinin hediyesi için Prof. Charles Hoffman'a (Boston College, ABD) ve maya plazmidleri için Prof. Susan Forsburg'a teşekkür eder.
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 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır