方法文章

鉴定睡美人转座子插入连接器介导的PCR实体瘤

DOI：

10.3791/50156

⸱

2013年2月1日

 , 
1Department of Obstetrics, Gynecology & Women's Health, Masonic Cancer Center, University of Minnesota, Minneapolis, 2Department of Genetics, Cell Biology & Development, Center for Genome Engineering, University of Minnesota, Minneapolis

本文内容

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

鉴定未知的驱动程序致癌作用的一种方法，用一种公正的方法。该方法使用睡美人转座子作为随机诱变剂，向特定的组织。肿瘤的形成转座子插入驱动的新型癌基因和肿瘤抑制基因的基因组作图

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

人类肿瘤基因组学，蛋白质组学，转录组和表观分析表明，有数以千计相匹配的正常组织相比，在每一个癌症基因组的异常。基于这些分析，这是显而易见的，有许多未被发现的遗传的驱动癌症1。不幸的是，这些驱动程序都隐藏在一个更大数量的乘客异常的基因组不直接促进肿瘤的形成。的癌症基因组的另一个方面是，有相当类似类型的肿瘤内的遗传异质性。每个肿瘤能够携带不同的基因突变，肿瘤形成2提供了一个选择性的优势。执行一个公正的正向遗传筛选的小鼠提供的工具，以产生肿瘤，并分析其遗传组成，同时减少乘客突变的背景。 睡美人 （SB）的转座子系统是其中的一个方法3。 SB系统利用移动vectors（转座子）可以被插入在整个基因组的转座酶。被限制到特定的细胞类型，通过使用一个被激活的Cre重组酶的的条件转座等位基因突变。许多小鼠表达Cre重组酶在特定的组织存在。穿越这些线路的的条件转座等位基因（ 如液氧一站式-LOX-SB11），SB只有在系统被激活细胞表达Cre重组酶 。 Cre重组酶切除停止盒块座的等位基因的表达，从而激活内指定的单元格类型的转座子突变。的SB屏幕发起的繁殖三个株的转基因小鼠，使实验小鼠携带一个条件转座等位基因，多联体转座子，并在组织特异性表达Cre重组酶的等位基因。这些老鼠被允许直到肿瘤形成的年龄和他们变得奄奄一息。老鼠是剖检和基因组DNA是从肿瘤中分离。接着，对基因组DNA进行到链接器介导PCR扩增（LM-PCR），含有SB转座子的基因位点的扩增结果。 LM-PCR进行单一的肿瘤，会导致不同的扩增产物的数百名代表的数百个基因的转座子插入位点包含在一个单一的肿瘤4。在所有肿瘤的转座子插入常见的插入位点（CISS）进行了分析和确定适当的统计方法5。在独联体内的极有可能是癌基因或抑癌基因的基因，被认为是候选癌基因。使用SB系统，以确定候选癌基因的优点是:1）可以很容易地位于转座子的基因组中，因为它的序列是已知的，2）转置可以被定向到几乎任何类型的细胞，和3）的转座子是能够增益和损失的功能突变6。该followi纳克协议介绍了如何制定和执行正向遗传学的屏幕采用了SB转座系统，以确定候选癌基因（ 图1）。

方案

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1。转基因动物育种和老化

  1. 选择适当的转基因小鼠，为您的实验株。一个典型的实验中，将使用3转基因株系;一个条件的转座鼠标，鼠标窝藏之多联体转座子，和一个鼠标表达Cre重组酶的细胞被认为是所需的癌症细胞的起源。如果被建模的癌症有一个已知的突变，在一个大的患者的百分比，它可能是可取的，以包括在开始这种突变。这些"诱发"突变的例子包括活化的KRAS基因，显性负TP53或的两侧装接loxP PTEN等位基因。加入的诱发突变的模型可以更好地代表人类癌症（见1.3）。可从美国国家癌症研究所鼠标信息库（ http://mouse.ncifcrf.gov/ ）的几个睡美人"转座子，转座子小鼠。
  2. 品种有条件的转座小鼠，小鼠的转座子最终获得如果可能的两个等位基因纯合子小鼠。品种纯合子后代小鼠表达Cre重组酶产生的的三重转基因的实验小鼠（ 图2）。注:获得纯合子小鼠并不总是可能的或理想的。例如，纯合的p53基因的显性阴性小鼠比杂合子小鼠繁殖要困难得多。此外，它是有帮助的，以确保窝按照孟德尔遗传学确认育种计划成功。
  3. 如果使用易患背景，第一个种小鼠的转座的易感等位基因的小鼠。同时，种小鼠表达Cre重组酶的小鼠，携带转座子。创建如果可能的话每个等位基因的纯合子小鼠。最后，从以前的两个育种计划培育纯合的后代产生四倍的转基因实验ANIMALS。
  4. 在另外的实验动物，生成控制小鼠同伙。对照组通常由只继承三个等位基因中的两个（ 图2）从实验育种窝。易感背景的情况下，包括三个满分的四个等位基因的小鼠也将是必要的。
  5. 监视每天肿瘤的发生发展和/或濒死的实验和对照组。按照您的机构动物护理和使用委员会（IACUC）的要求，为畜牧业。此外，这是典型的以确定的时代中，你将牺牲的动物，如果它尚未成为垂死的。十八个月是一个典型的年龄在小鼠安乐死。

2。剖检转基因动物

的试剂的名称 公司 目录编号
当然密封电感TION商会脑树科学 EZ-177
离心管 Bioexpress C-3355-2
10％的缓冲福尔马林 Sigma Aldrich公司 HT501128-4L

所需的表1中。试剂。

  1. 当鼠标是垂死的或确定的寿命已经走到了尽头，安乐死，动物用CO 2室后，IACUC指引。一般来说，在一个干净的气室中，放置在动物打开的气体罐，并调整调节器读取不高于5磅每平方英寸。填写慢慢地减少鼻腔和眼睛的刺激和厌恶CO 2。确保动物的心脏不再跳动，并且不响应时，感动的眼睛。
  2. 处死小鼠，用70％乙醇的喷雾外部。
  3. 将鼠标剖检板，并用解剖针固定。用剪刀的ð镊子打开鼠标和删除器官。确定哪些机构应收集项目依赖。然而，它建议收集脾脏和肝脏，因为这些机构往往提供了重要的洞察为什么鼠标是垂死的。还收集的胸骨骨髓的潜力分析。此外，它始终是有利于收集任何器官或组织出现异常。
  4. 应分为四个部分所收集的组织和肿瘤。其中一个部分被固定在10％福尔马林缓冲液中18小时，然后用70％的乙醇。这部分可用于H＆E染色和/或IHC。剩下的三个部分，通常是50至100毫克的大小，是在液氮中快速冷冻。这些可用于DNA，RNA和蛋白质分离。
  5. 根据IACUC指引处理的尸体和剩余的组织。

3。从肿瘤中分离基因组DNA的

的试剂名称 公司 目录编号
蛋白质沉淀的解决方案 Qiagen公司 158910
细胞裂解液 Qiagen公司 158906
蛋白酶K Qiagen公司 158920
核糖核酸酶A Qiagen公司 158924
TE缓冲液 Promega公司 V6232

所需的表2中。试剂。

  1. 细切末冰冻肿瘤样品（50〜100毫克），使用干净的剃刀刀片。
  2. 地点剁碎组织在1.5 ml离心管中，加入1 ml的细胞裂解液5μL蛋白酶K溶液（20毫克/毫升）。
  3. 涡彻底。
  4. 孵育在55℃摇床以250rpm设置为至少4小时，优选过夜。
  5. 加入1μlRNA酶A溶液（10毫克/毫升），并倒转管25倍。
  6. 在37℃下孵育30分钟。
  7. 冷却至室温，在冰上放置3分钟。
  8. 加入333μL蛋白沉淀的解决方案和涡大力。
  9. 离心14000转10分钟。蛋白颗粒。如果颗粒非常小，涡再次，冰上孵育5分钟，然后再重新离心机。
  10. 倒掉上清液含DNA到一个干净的15ml离心管中。
  11. 加入等体积的100％异丙醇混合轻轻倒转50次。
  12. 在3,500 rpm转速下离心3分钟。
  13. 弃去上清液。
  14. 加入1毫升70％乙醇，并倒转管数次洗涤沉淀。
  15. 随着乙醇至1.5 mL离心管中，将漂洗过的。
  16. 离心机在14,000 rpm离心5分钟，在4℃下
  17. 倒出乙醇和反转管空气干燥（约5至30分钟内）。
  18. 重悬DNA P埃利特取决于DNA沉淀大小在50至500μl的TE中。
  19. 可选在37°C至重悬DNA。
  20. 贮存在4℃或-20℃，用于长期存储。

4。连接器介导的PCR的基因组DNA的肿瘤

的试剂的名称 公司 目录编号
BFAI New England Biolabs公司 R0568S
NlaIII New England Biolabs公司 R0125S
MinElute 96孔板 Qiagen公司 28051
QIAvac 96真空歧管 Qiagen公司 19504
多微孔板精灵的，120V 科学工业公司 SI-4000
T4 DNA连接酶与5倍的连接缓冲 Invitrogen公司 15224-041
BamHI位 New England Biolabs公司 R0136S
25毫米的dNTPs Bioexpress C-5014-200
铂金Taq酶 Invitrogen公司 10966-034
快速启动Taq DNA聚合酶罗氏公司 12032929001
琼脂糖 Promega公司 V3121
TAE缓冲液 Promega公司 V4271
TE缓冲液 Promega公司 V6232
溴化乙锭 Promega公司 H5041

所需的表3中。试剂。

接头序列

BfaI的链接器+ 5'GTAATACGACTCACTATAGGGCTCCGCTTAAGGGAC 3'

BFAI连接器-5'磷酸TAGTCCCTTAAGCGGAG 3'NH2

"NlaIII连接器+ 5'GTAATACGACTCACTATAGGGCTCCGCTTAAGGGACCATG 3'

NlaIII连接器5'磷酸GTCCCTTAAGCGGAGCC 3 - "

引物序列

小学PCR右侧（NlaIII）:SPL IRDR R1 1 GCTTGTGGAAGGCTACTCGAAATGTTTGACCC

小学PCR左前方侧（BFAI）:SPL IRDR L1 1 CTGGAATTTTCCAAGCTGTTTAAAGGCACAGTCAAC

左侧和右侧的主PCR反向:SPL链接1 GTAATACGACTCACTATAGGGC

二次PCR正向右侧:Illumina的条形码二次引物5'AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCTNNNNNNNNNNNNaGgtgtatgtaaacttccgacttcaa（N为代表的12个bp的条形码，在上壳体中的序列的实施例所需的Illumina平台，并在较低的情况下的序列将绑定到转座子）。

二次PCR左前方侧的Illumina公司的条码次生:例次生的引物5'AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCTNNNNNNNNNNNNaAgtgtatgtaaacttccgacttcaa（N为代表的12个bp的条形码，在上壳体中的序列所需的Illumina平台，并在较低的情况下的序列将绑定到转座子）。

二次PCR反向左侧和右侧的连接器嵌套反向引物5'CAAGCAGAAGACGGCATACGAGCTCTTCCGATCTAGGGCTCCGCTTAAGGGAC

  1. 退火的+和 - BFAI连接器和NlaII的连接器连接器连接器的混合50微升+（100μM）与50μl的连接器（100μM）和1.5 ml的离心管中，加入2μl氯化钠（5 M）。在95°C加热块5分钟。关闭加热块和更缓慢冷却至室温（这需要一个小时或更长时间）。冷却后，退火的连接子可被存储在一个-20℃的冰箱中，直到需要。
  2. 准备两个等分的肿瘤DNA，每个含有1微克的DNA的等分试样。一个等份，将被消化机智公顷限制性内切酶，将削减接近"正确的"的转座子。第二份将被消化，用限制性内切酶切割的"左"的转座子。这样做是为了扩增每个转座子插入位点的机会最大化。
  3. 使用"右"侧酶NlaII消化肿瘤DNA中的一个等份，消化肿瘤DNA在其他等分，使用"左"侧酶BFAI:将1μl的酶，DNA，5微升10倍的NEB缓冲液＃4（ 1μg）和DDH 2 O至总体积为50μl。隔夜精华DNA在37℃水浴中或孵化器。
  4. 加热使酶失活（BFAI = 80°下进行20分钟，NlaIII = 65℃下进行20分钟）。
  5. 清洁MinElute 96孔板上，通过将样品在消化的样品，将板在真空歧管和真空中约15分钟，直到井看起来干燥。
  6. 删除板从真空歧管和印迹底的96孔板用纸巾除去所有液体。ð
  7. ，每孔加入30微升DDH 2 O 2分钟抖上了轨道振动筛上设置高，或吸管向上和向下20〜40倍。
  8. MinElute 96孔板中的井（30微升）的整个体积转移到干净的96孔板中。
  9. 步骤4.8和步骤4.1连接器从消化的DNA进行连接器的连接反应。 MIX 10微升消化DNA，4μL5倍的连接缓冲液，5.5μL的退火连接器（950微克/微升），0.5μLT4连接酶（5 U /μl）。
  10. 孵育4小时至过夜，在16℃下
  11. 加热灭活T4 DNA连接酶在65℃下10分钟。
  12. 清理结扎使用Minelute 96孔培养板，真空歧管中所述的步骤4.5 - 4.6。
  13. 重悬在30μlH 2 O，并转移到一个干净的96孔板。
  14. 为了摧毁剩余的联体转座子进行第二次DNA消化。这是通过切割DNA的第二次使用的酶切割质粒v厄克托被用来创建含有转座子多联体的转基因小鼠的DNA。
  15. 月刊脱氧核糖核酸使用BamHI（左侧和右侧）:混合连接器连接的DNA的25微升从步骤4.13，5微升10倍NEB缓冲＃3，加入0.5μlBamHI位（20单位/微升），加入0.5μl的BSA（10毫克/毫升），和19微升DDH 2 O。
  16. 摘要3-6小时或过夜，在37°C。
  17. 使用转座子和链接器的特异性引物的特异性引物，进行一次PCR。这些措施会有所不同，这取决于您使用的是转座​​子和连接器。的引物的引物表中列出的上述工作为T2/Onc和T2/Onc2转座子。
  18. 初级PCR:5微升10x缓冲液，2.0微升氯化镁（50毫摩尔），4微升的dNTPs（2.5纳米），1μl引物1（20μM），1μl引物2（20μM），0.25微升白金Taq酶（5 U /微升），3微升消化的DNA与连接器（金额可能有所不同），同比增长50μLDDH 2 O。
  19. PCR程序:94℃5分钟，30个循环的94℃30秒，60及d例如，C，持续30秒，72℃90秒。在72℃下进行5分钟的最后延伸。
  20. 清理的PCR产物用MinElute 96孔板和如上所述的真空歧管。
  21. 重悬在30μlH 2 O，并转移到一个干净的96孔板。
  22. 一个1:75的稀释1°PCR稀释到148微升DDH 2 O 2μl的DNA从步骤4.21
  23. 使用嵌套的版本为的Illumina公司GAIIx机，以及一个12个碱基对的条形码是唯一的处理（见上面的例子，这些引物的引物表）为每个肿瘤样本，也具有所需的序列的引物进行第二次PCR扩增。
  24. 第二次PCR:10微升氯化镁，缓冲器，具有10倍加入8μl的dNTPs（2.5毫摩尔），1微升的Illumina条形码二次引物（20μM），1微升的Illumina巢1二次引物（20μM），0.25微升的快速启动的Taq（5 U /μl的），2微升DNA从初级PCR摊薄1:75，高达100微升DDH 2 O。
  25. PCR程序为:94°℃2分钟，30个循环的94℃30秒，53℃45秒，72℃下为90秒。在72℃下进行5分钟的最后延伸。
  26. 运行该PCR反应，在1％琼脂糖凝胶含有溴化乙锭（0.5微克/毫升）的45微升。应该有一个代表的许多不同的转座子插入在肿瘤（ 图3）的扩增子的PCR产物的"拖尾"。
  27. 清理余下的50微升的PCR产物用MinElute 96孔板和如上所述的真空歧管。将50微升DDH 2 O中井和吸尘再清洗一次。
  28. 重悬在30微升TE中，并转移到一个干净的96孔板中。
  29. 确定在每个样品中DNA的浓度。在一个单一的1.5毫升微量离心管中，将等量的DNA。这将是在一个车道的Illumina的HiSeq 2000机库，测序。它是可能序列的Illumina的运行在一个单一的车道几百肿瘤。
  30. 提交单管，含有等量的DNA进行测序的所有的肿瘤。这可以通过您的机构或商业。

5。转座子插入分析

  1. 转座子插入数据的分析软件可以通过的SourceForge（ http://sourceforge.net/projects/tapdancebio/ ）免费下载。的程序，称为TapDance，需要Illumina平台的序列文件和条形码库图的文本文件。

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结果

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

在育种方案已经确立，饲养者应产生的枯枝落叶，每19-21天。产仔数会有所不同5至12个幼崽，根据育种者的年龄和遗传背景。此外，确保基因型的垃圾遵循孟德尔遗传定律的方式，以确认育种方案是正确和成功的。

在实验过程中是成功的，在实验动物的肿瘤发生率应该是显着大于在对照组动物的肿瘤发生率。如果没有"诱发"突变被包含在实验中应该有几个没有在控制动物的肿瘤。如果"诱发"的突变，包括在实验中，在这些动物中的肿瘤的发病率比突变和SB活性与在动物的发病率要低得多。

LM-PCR扩增数百个转座子插入在一个单一的肿瘤。在运行公顷如果在二次PCR产物在1％的凝胶中，应该有"涂抹"代表该扩增的DNA（ 图3）。如果有只有一个或两个频带，要么SB是没有激活在肿瘤或错误在协议中（ 图4）。

200肿瘤测序在单一车道的Illumina公司GAIIx平台应该产生超过3000万的序列为100 bp（ 图5）。

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讨论

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

使用睡美人转座子系统的正向遗传筛选提供了一种方法识别基因突变，导致癌症的。通过选择合适的启动子控制Cre重组酶在任何诱发突变，SB屏幕识别已知的和新的候选癌基因。

的SB屏幕的成功在很大程度上依赖于用于创建屏幕中选择的小鼠。对于转座子，我们建议使用两种不同的小鼠品系不同的染色体上携带的联体致癌转座子7。选择的组织特异性表达Cre重组酶将激活的SB转座时，必须小心使用。应该有证据表明，Cre酶是活跃在被怀疑的细胞类型的细胞起源的癌症被建模。成功的例子包括绒毛中铁快运（胃肠道癌症），白蛋白中铁快运（肝细胞carcinoma）和援助中铁快运（淋巴瘤）。8-10

所需的一个成功的屏幕的小鼠的数目将取决于肿瘤的外显率。在一般情况下，更多的肿瘤和更多的小鼠将导致在一个更健壮的屏幕。要检测出2倍的差异，在癌症的延迟应该是至少有60只动物，在对照组和实验组11

这些画面...

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致谢

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

作者想感谢的布兰登Moriarity，大卫Largaespada，在美国明尼苏达大学的文森特景，并在美国爱荷华大学的亚当·杜佩在发展上述协议提供的援助。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
的试剂的名称 公司 目录编号 评论（可选）
当然封口感应室脑树科学 EZ-177
离心管 Bioexpress C-3355-2
10％的缓冲福尔马林 Sigma Aldrich公司 HT501128-4L
蛋白质沉淀的解决方案 Qiagen公司 158910
细胞裂解液 Qiagen公司 158906
蛋白酶K Qiagen公司 158920
核糖核酸酶A Qiagen公司 158924
TE缓冲液 Promega公司 V6232
BFAI New England Biolabs公司 R0568S
NlaIII New England Biolabs公司 R0125S
MinElute 96孔板 Qiagen公司 28051
QIAvac 96真空歧管 Qiagen公司 19504
多微孔板精灵的，120V 科学工业公司 SI-4000
T4 DNA连接酶与5倍的连接缓冲 Invitrogen公司 15224-041
BamHI位 New England Biolabs公司 R0136S
的25mM的dNTPs Bioexpress C-5014-200
铂金Taq酶 Invitrogen公司 10966-034
快速启动Taq DNA聚合酶罗氏公司 12032929001
琼脂糖 Promega公司 V3121
TAE缓冲液 Promega公司 V4271
TE缓冲液 Promega公司 V6232
溴化乙锭 Promega公司 H5041

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Fearon, E. R., Vogelstein, B., et al. A genetic model for colorectal tumorigenesis. Cell. 61, 759-767 (1990).
  2. Wood, L. D., et al. The Genomic Landscapes of Human Breast and Colorectal Cancers. Science. 318, 1108-1113 (2007).
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  9. Starr, T. K., et al. A transposon-based genetic screen in mice identifies genes altered in colorectal cancer. Science. 323, 1747-1750 (2009).
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  11. Dupuy, A. J., Akagi, K., Largaespada, D. A., Copeland, N. G., Jenkins, N. A. Mammalian mutagenesis using a highly mobile somatic Sleeping Beauty transposon system. Nature. 436, 221-226 (2005).

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DNA DNA PCR Illumina

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