RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ar
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
تفاعلات الجزيئات الحيوية ، مثل تفاعلات البروتين والبروتين ، هي الأساس الجزيئي للوظائف البيولوجية. إذا كان من الممكن عزل طفرات التفاعل الخالية / الضعيفة التي تفتقر على وجه التحديد إلى التفاعل ذي الصلة ، فإنها ستساعد بشكل كبير على فهم وظيفة (وظائف) هذا التفاعل. تقدم هذه المقالة طريقة فعالة لعزل طفرات التفاعل الفارغة / الضعيفة.
التفاعلات بين البروتين والبروتين هي واحدة من العمليات الأساسية التي تكمن وراء الظواهر البيولوجية. واحدة من أبسط وأفضل الطرق لفهم دور (أدوار) ووظيفة (وظائف) تفاعل معين بين البروتين والبروتين هي مقارنة النمط الظاهري للنوع البري (مع تفاعل البروتين والبروتين ذي الصلة) وتلك الخاصة بالطفرات التي تفتقر إلى التفاعل ذي الصلة. لذلك ، إذا كان من الممكن عزل هذه الطفرات ، فإنها ستساعد على توضيح العمليات البيولوجية ذات الصلة. يعد إجراء الخميرة ثنائي الهجين (Y2H) نهجا قويا ليس فقط للكشف عن تفاعلات البروتين والبروتين ولكن أيضا لعزل الطفرات الخالية / الضعيفة. في هذه المقالة ، يتم تقديم بروتوكول لعزل طفرات التفاعل الفارغة / الضعيفة باستخدام تقنية Y2H. أولا ، يتم إنشاء مكتبة الطفرات من خلال الجمع بين تفاعل البلمرة المتسلسل وتقنية الاستنساخ غير الملحومة الفعالة ، والتي تستبعد بكفاءة المتجه الفارغ من المكتبة. ثانيا ، يتم فحص طفرات التفاعل الفارغة / الضعيفة بواسطة مقايسة Y2H. بسبب خدعة في ناقل Y2H ، يتم التخلص بكفاءة من الطفرات غير المرغوب فيها ، مثل تلك التي تحتوي على طفرات في الإطار وهراء ، من عملية الفحص. هذه الاستراتيجية بسيطة ويمكن تطبيقها على أي مجموعة من البروتينات التي يمكن اكتشاف تفاعلها بواسطة النظام الهجين.
التفاعلات بين الجزيئات الحيوية هي الجزء الأساسي من الظواهر البيولوجية. تشكل تفاعلات البروتين والبروتين جزءا مهما من هذه التفاعلات. لذلك ، فإن تحديد شريك (شركاء) التفاعل للبروتين محل الاهتمام أمر بالغ الأهمية لزيادة توضيح وظيفة البروتين / الجين محل الاهتمام. طريقة الخميرة ثنائية الهجين (Y2H) هي تقنية شائعة لتحديد تفاعلات البروتين والبروتين في الجسم الحي1. في هذا النظام ، يتم دمج اثنين من البروتينات (X و Y) التي سيتم اختبار تفاعلها في مجال ربط الحمض النووي (DB) ومجال تنشيط النسخ (AD) ، على التوالي. يرتبط بروتين الاندماج DB-X بتسلسل التعرف على مجال DB ؛ لذلك ، عندما يتفاعل البروتينان X و Y ، يقترب بروتين الاندماج AD-Y من تسلسل التعرف. وبالتالي ، يتم تنشيط نسخ جين المراسل في اتجاه مجرى تسلسل التعرف. لذلك ، يمكن استخدام وجود أو عدم وجود نشاط جيني مراسل لتحديد وجود أو عدم وجود تفاعل البروتينوالبروتين 1.
بمجرد تحديد شريك تفاعل معين للبروتين محل الاهتمام ، يجب إجراء مزيد من التحليلات لتوضيح الوظيفة البيولوجية للتفاعل. لهذا الغرض ، إذا كان من الممكن عزل طفرات البروتينات التي تضعف أو تزيل التفاعل المحدد بين البروتين والبروتين ، فستكون بمثابة أدوات قوية. يمكن استخدام نظام Y2H مباشرة لعزل هذه الطفرات عن طريق فحص المستنسخة "السلبية التفاعل" ، بدءا من استنساخ "التفاعل الإيجابي" من النوع البري. لتسريع هذه العملية ، تم تطوير أنظمة Y2H (rY2H) "العكسية" 2,3. في أنظمة rY2H ، تحتوي سلالات الخميرة المضيفة على جينات علامة قابلة للاختيار كجينات مراسلة ، مما يعني أن خلايا الخميرة تنمو فقط عندما لا تتفاعل بروتينات AD-Y و DB-X.
على الرغم من أن كلا من نظامي Y2H و rY2H يسمحان بعزل الطفرات السلبية التفاعل ، إلا أن عملية عزل الطفرات شاقة لأنه ليس كل المرشحين الذين تم الحصول عليهم عن طريق الفحص يحملون النوع المطلوب من الطفرات (عادة طفرات خاطئة). القضية الأكثر خطورة هي أن جزءا كبيرا من المرشحين لديهم طفرات أو طفرات هراء ، ومن الضروري إجراء النشاف الغربي لاستبعاد المستنسخة غير المرغوب فيها. للتغلب على هذه المشكلة ، تم تطوير ناقلات البلازميد الجديدة4. في هذه المتجهات ، يتم وضع KanMX ، وهي علامة مقاومة للأدوية ، خارج الإطار في اتجاه مجرى مجرى مجال DB أو AD. يصبح جين العلامة في الإطار مع مجال DB أو AD فقط عند إدخال الجين محل الاهتمام. عندما يتم إدخال طفرة (طفرات) عشوائية في الجين محل الاهتمام ، يمكن بسهولة القضاء على الطفرات غير المرغوب فيها ، مثل تلك التي تحتوي على طفرات إطارية أو طفرات هراء ، عن طريق إجراء اختيار مقاومة الأدوية ، ويمكن بسهولة تحديد المرشحين الذين يحملون طفرات خاطئة مرغوبة باستخدام شاشة Y2H4. تقدم هذه المقالة بروتوكولا لعزل طفرات التفاعل الخالية / الضعيفة لبروتين مهم باستخدام هذه الإستراتيجية.
1. بناء مكتبة المسخ
2. تحويل الخميرة مع مكتبة متحولة وطلاء طبق الأصل
3. مقايسة اللون Y2H
4. استعادة وتأكيد المستنسخة المرشحة
في الآونة الأخيرة ، وجد أن النصف الطرفي C من بروتين Pol2 (Pol2-C) يتفاعل مع Mcm10. كلا البروتينين ضروريان لبدء تكرار الحمض النووي ، وبالتالي لنمو الخلايا في الخميرة الناشئة Saccharomyces cerevisiae13،14،15. للمساعدة في فهم الأهمية البيولوجية لهذا التفاعل ، تم عزل طفرات Pol2-C التي ليس لها تفاعل / متناقص مع Mcm10 باستخدام الطريقة الموضحة هنا.
تم إنشاء مكتبة طفرات باتباع الطريقة الموضحة في الخطوة 1. تم تضخيم شظايا الحمض النووي Pol2-C باستخدام بوليميراز GoTaq واستنساخها في ناقل Gal4AD (pST2525) باستخدام إنزيم In-Fusion. قدر عدد المستنسخة المستقلة في المكتبة ب 5000.
كما هو موضح في الخطوة 2 ، تم إدخال الحمض النووي لبلازميد المكتبة في سلالة مضيف Y2H TAT-7 ، والتي تم تحويلها مسبقا باستخدام بلازميد LexA-Mcm10. ونشرت الخلايا على صفيحة SC-LW واستنسخت إلى صفيحتي SC-LW وSC-LW + G418 في اليوم التالي. خضعت النسخ المتماثلة لمقايسة اللون كما هو موضح في الخطوة 3. تظهر بعض نتائج فحص اللون في الشكل 1C.
تم عزل سبعة وأربعين مستعمرة بيضاء اللون ومقاومة G418 كأول المرشحين من حوالي 8500 محول. تم اختبارها مرة أخرى باستخدام فحص اللون ، وتم تأكيد أن 25 من أصل 47 نسخة بيضاء (الشكل 2 أ). تم الاحتفاظ بهذه المستنسخة ال 25 كمرشحين. تم استرداد الحمض النووي البلازميد المرشح من كل من المرشحين ال 25 كما هو موضح في الخطوة 4. تم إعادة إدخالها في الخلايا المضيفة لخميرة Y2H التي تؤوي LexA-Mcm10 واختبارها باستخدام فحص اللون ، وتم اختيار 16 نسخة تفتقر إلى اللون. لمزيد من التأكيد على أن هذه كانت طفرات خاطئة Pol2-C ، تم تأكيد التعبير عن بروتين Pol2-C من خلال النشاف الغربي. أظهر اثنا عشر مرشحا نطاقا في موضع كان تقريبا نفس موضع التحكم الإيجابي (بروتين الاندماج Gal4AD-HA-Pol2-C-KanMX ، محسوب m.w.: 158.8 كيلو دالتون) (الشكل 2B). أظهر فحص اللون أن هذه المستنسخة ال 12 لم تتفاعل مع Mcm10 (الشكل 2C). بعد تحديد تسلسل النوكليوتيدات لهذه المستنسخة ، تم التأكد من أن جميعها لديها طفرة (طفرات) خاطئة. تراوح عدد الطفرات الخاطئة من واحد إلى خمسة (البيانات غير معروضة). في المتوسط ، حدثت طفرة خاطئة واحدة في كل 1000 قاعدة.

الشكل 1: مخططات النهج القائم على Y2H لفحص الطفرات الفارغة / الضعيفة. (أ) نظام Y2H. (ب) استراتيجية لعزل الطفرات الخالية من التفاعل / الضعيفة. 1: يحتوي متجه Y2H الذي تم إنشاؤه حديثا على نسخة من جين KanMX في اتجاه مجرى النهر لعلامة Y2H ومجال DB و AD. الأهم من ذلك ، أن جين KanMX هذا يفتقر إلى كودون البدء وهو خارج الإطار مع علامة Y2H. لذلك ، لا يتوقع التعبير عن جين KanMX من هذا المتجه. عندما يتم إدخال جزء الحمض النووي المضخم PCR في المتجه ، يكون جين KanMX في الإطار مع علامة Y2H ويتم التعبير عنه. وبالتالي ، فإن البلازميدات التي تؤوي النوع البري أو الإدراج الذي يحتوي على طفرة (طفرات) خاطئة يمكن أن تعبر عن جين KanMX ، الذي يمنح مقاومة ل G418. لا يمكن للبلازميدات ذات الطفرة (الطفرات) الهراء أو إزاحة الإطار التعبير عن جين KanMX. 2: يتم إدخال المكتبة الطافرة التي تم إنشاؤها في الخطوة 1 في خلايا الخميرة المضيفة Y2H. عندما تظهر المحولات ، يتم عمل نسخ متماثلة. من خلال مقارنة تعبير جين (جينات) المراسل والمقاومة ل G418 ، يمكن اختيار مرشحي الطفرات الخالية / الضعيفة. (ج) مثال على الفحص. تم إدخال مكتبة البلازميد ، التي كانت تؤوي Gal4-AD وجزء الحمض النووي Pol2-C المتحور PCR ، في سلالة مضيف Y2H TAT-7 ، والتي تم تحويلها مسبقا باستخدام بلازميد LexA-Mcm10. يتم عرض صور للخلايا قبل (يسار) وبعد (وسط) مقايسة اللون والخلايا المزروعة على لوحة SC-LW + G418 (يمين). يشار إلى أمثلة المرشحين للطفرات الفارغة / الضعيفة والمرشحين الزائفين برؤوس الأسهم البيضاء والسوداء ، على التوالي. د: تتابع الحمض النووي (DNA) حول موقع استنساخ متجهات Y2H ومتجهات AD (أعلى) وDB (أسفل). يظهر التسلسل من آخر عشرة أحماض أمينية (aa) من علامة Y2H (أحمر) إلى الجزء المقابل للعشرة الأولى aa من KanMX (أخضر). كما يتم عرض مواقع التعرف على SmaI و BamHI. تظهر مواضع بادئات تفاعل البوليميراز المتسلسل في الأسفل عند استخدام موقع BamHI كموقع استنساخ. تنطبق نفس البادئات على استنساخ الجين محل الاهتمام في البلازميدات الأخرى (pST2303 / 2523). تم تعديل هذا الرقم من Tanaka et al.4. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: مثال على عملية فحص الطفرات الفارغة / الضعيفة. (أ) نمت المستعمرات ال 47 المعزولة كمستنسخات مرشحة ، كما هو موضح في الشكل 1 ج ، مرة أخرى على وسط SC-LW يحتوي على G418 وخضعت لمقايسة اللون. +: التحكم الإيجابي (Wt Pol2-C) ، -: التحكم السلبي (المتجه). تم استزراع المستنسخة المرشحة المرقمة من 1 إلى 25 لاستعادة البلازميدات. (ب) تم استعادة البلازميدات من كل نسخة مرشحة في (A) ، وإدخالها في الخلايا المضيفة Y2H ، وإخضاعها مرة أخرى لمقايسة اللون. ستة عشر منهم كانوا من البيض (تفتقر إلى اللون). تم تحضير مستخلصات الخلايا الكاملة منها ، وتم إجراء النشاف الغربي بجسم مضاد أحادي النسيلة مضاد لحمض الهيالورونيكا. الرقم الموجود على اللوحة يتوافق مع الرقم الموجود في (A). تم إجراء تحليلات للعديد من مستنسخات البلازميد المستقلة المستردة من كل مرشح باستثناء # 6. ج: نتائج مقايسة الألوان للمستنسخات ال 12 النهائية. تتوافق الأرقام مع تلك الموجودة في (أ). # 16 ، الذي احتفظ بالتفاعل مع Mcm10 ، تم استخدامه كعنصر تحكم إيجابي في فحص اللون. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| اسم | مجال Y2H | ماركر (خميرة) | علامة (الإشريكية القولونية) | كلام | مرجع |
| pST2303 | ديسيبل (ليكسا) | TRP1 | الأمبيسلين | لا تسرب ل KanMX | 4 |
| pST2523 | ديسيبل (ليكسا) | TRP1 | الستربتومايسين | لا تسرب ل KanMX | هذا العمل |
| pST2302 | م (غال 4) | ليو 2 | الأمبيسلين | تسرب KanMX | 4 |
| pST2525 | م (غال 4) | ليو 2 | الأمبيسلين | تتم إزالة جزء NotI المحتوي على loxP المتعدد من pST2302. تسرب KanMX | هذا العمل |
| pST2527 | م (غال 4) | ليو 2 | الستربتومايسين | تسرب KanMX | هذا العمل |
الجدول 1: قائمة متجهات Y2H التي تحتوي على KanMX خارج الإطار مع علامة Y2H.
الملف التكميلي 1: مثال على مخاليط تفاعل البوليميراز المتسلسل وتفاصيل التمهيدي وظروف التفاعل. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
يعلن أصحاب البلاغ أنه ليس لديهم تضارب في المصالح.
تفاعلات الجزيئات الحيوية ، مثل تفاعلات البروتين والبروتين ، هي الأساس الجزيئي للوظائف البيولوجية. إذا كان من الممكن عزل طفرات التفاعل الخالية / الضعيفة التي تفتقر على وجه التحديد إلى التفاعل ذي الصلة ، فإنها ستساعد بشكل كبير على فهم وظيفة (وظائف) هذا التفاعل. تقدم هذه المقالة طريقة فعالة لعزل طفرات التفاعل الفارغة / الضعيفة.
قام Y. Tanaka بإجراء التحسين التقني ل Y2H. يتم دعم هذا العمل من قبل JSPS KAKENHI Grant Number JP22K06336 ومعهد التخمير ، أوساكا.
| 0.5 م EDTA (8.0) | شركةNacalai Tesque Inc. | 14347-21 | |
| 10٪ SDS Solution | Fujifilm Wako Pure Chemical Corp. | 313-90275 | |
| 2-mercaptoethanol | Fujifilm Wako Pure Chemical Corp. | 135-07522 | |
| 2-بروبانول | كيشيدا الكيميائية المحدودة | 110-64785 | |
| 5-Bromo-4-chloro-3-indolyl-β-D-galactopyranoside (X-Gal) | Fujifilm Wako Pure Chemical Corp. | 021-07852 | |
| أجار | فورميديوم | AGR60 | |
| أمبيسلين الصوديوم | فوجي فيلم واكو بيور كيماويكال كورب. | 68-52-3 | |
| Anti-HA-tag mAb-HRP-DirecT | الطبية و شركة المختبرات البيولوجية المحدودة | M180-7 | |
| الحمض النووي من خصيتين السلمون | Merck KGaA. | D1626 | |
| الإيثانول | Merck KGaA. | 9-0770-4-4L-J | |
| ورق ترشيح لرفع المستعمرة (الصف 50) | Whatman، Cytiva | 1450-090 | |
| ورق ترشيح لرفع المستعمرة (رقم 4A) | Advantec Toyo Kaisha، Ltd. | 01411090 | |
| ورق ترشيح للنسخ المتماثل (رقم 1) | Advantec Toyo Kaisha ، Ltd. | 00011150 | |
| G-418 كبريتات | فوجي فيلم واكو شركة بيور كيميكال كورب. | 075-05962 | |
| حمض الهيدروكلوريك | كيشيدا الكيميائية المحدودة | 230-37585 | |
| KCl | فوجي فيلم واكو بيور كيماويكال كورب. | 163-03545 | |
| ليثيوم أسيتات ثنائي هيدرات | ناكالاي تيسك | 20604-22 | |
| MgSO4 & 7H2O | فوجي فيلم واكو شركة بيور كيميكال كورب. | 131-00405 | |
| Na2HPO4• 12H2O | شركة Nacalai Tesque Inc. | 10039-32-4 | |
| NaCl | Nacalai Tesque Inc. | 31319-45 | |
| NaH2PO4• 2H2O | شركة Nacalai Tesque Inc. | 31717-25 | |
| منشفة ورقية | AS ONE Corp. | 7-6200-02 | |
| الفينول: الكلوروفورم: كحول الأيزواميل 25: 24: 1 | شركة Nacalai Tesque Inc. | 25970-56 | |
| الحمض النووي للبلازميد | المشروع الوطني للموارد الحيوية - الخميرة (https://yeast.nig.ac.jp/yeast/top.xhtml) | ||
| مجموعة عزل البلازميد | شركةNippon Genetics Co. Ltd. | FG-90502 | |
| البولي إيثيلين جلايكول # 4,000 | Nacalai Tesque Inc. | 11574-15 | |
| SC مزيج التسرب المزدوج -Leu -Trp | Formedium | DSCK172 | |
| مجموعة الاستنساخ غير الملحومة (تجميع In-Fusion) | Takara Bio Inc. | # 639648 | |
| مسحوق الحليب الخالي من الدسم | فوجي فيلم واكو بيور كيماويكال كورب. | 190-12865 | |
| كبريتات الستربتومايسين | فوجي فيلم واكو بيور كيميكال كورب. | 3810-74-0 | |
| تاك بوليميراز (GoTaq Green Master Mixes) | Promega Corp. | M7122 | |
| TRIS (هيدروكسي ميثيل) أمينوميثان | فورميد | TRIS01 | |
| Triton X-100 | Nacalai Tesque Inc. | 12967-45 | |
| شركة تريبتون | ثيرموفيشر العلمية | 211705 | |
| توين 20 | شركة Nacalai Tesque Inc. | 35624-15 | |
| مستخلص الخميرة | ThermoFisher العلمية Inc. | 212750 | |
| قاعدة نيتروجين الخميرة (YNB) | Formedium | CYN0210 | |
| Zymolyase 100T | Nacalai Tesque Inc. | 07665-55 |