כאן אנו מתארים קבוצה של מוטציה מבחני DNA כי ניתן בשילוב עם המודל הכרונולוגי שמרים תוחלת החיים כדי לחקור את הגנים / מסלולים המווסתים או לתרום יציבות הדנ"א הגנומי במהלך ההזדקנות.
מאמר שיטה
כאן אנו מתארים קבוצה של מוטציה מבחני DNA כי ניתן בשילוב עם המודל הכרונולוגי שמרים תוחלת החיים כדי לחקור את הגנים / מסלולים המווסתים או לתרום יציבות הדנ"א הגנומי במהלך ההזדקנות.
מחקרים באמצעות מודל cerevisiae Saccharomyces הזדקנות חשפו תוחלת החיים המסלולים רגולטוריות אשר נשמרת חלקית אאוקריוטים גבוה 1-2. הפשטות והכוח של המודל שמרים הזדקנות יכול גם להיחקר ללמוד נזק לדנ"א ותחזוקה הגנום, כמו גם תרומתם מחלות במהלך ההזדקנות. הנה, אנחנו מתארים מערכת ללמוד בגיל תלויי מוטציות DNA, כולל החלפות בסיס, מסגרת משמרת מוטציות, rearrangements כרומוזומליות ברוטו, ו הומולוגיים / homeologous רקומבינציה, כמו גם פעילות גרעינית תיקון DNA על ידי שילוב של כרונולוגי שמרים תוחלת החיים עם ה-DNA פשוטה נזק מבחני מוטציה. השיטות שתוארו כאן יש להקל על זיהוי של גנים / מסלולים המווסתים יציבות גנומית ואת המנגנונים העומדים בבסיס תלויי גיל מוטציות DNA וסרטן אצל יונקים.
שני מודלים תוחלת החיים יש בשימוש ללמוד ההזדקנות ס cerevisiae: RLS ו CLS. (ניצני) replicative תוחלת החיים (RLS) מבוססת על התצפית כי אמא תאים שמרים לעבור מספר סופי של המחלוקות 3-6. אנו נתמקד את תוחלת החיים כרונולוגי (CLS), מודל המבוסס על הישרדות הכרונולוגי של שמרים אי חלוקת בתרבות או על צלחות 7-11. שמרים סוג הפרוע שגדל אקספוננציאלית במשך 10-12 שעות סינטטי בינוני דקסטרוז (SDC) שלם . כאשר רמת הגלוקוז מפחית, מתגים שמרים מן התסיסה על הנשימה, תהליך שמכונה משמרת diauxic. התאים ממשיכים להתחלק לאט בשלב שלאחר diauxic במשך כ 48 שעות לפני הכניסה G 0 מעצר. קצב חילוף החומרים של התאים נשאר גבוה עד יום 06/05 (יום 0 הוא היום חיסון). כדאיות התא לאורך זמן ניתן לגשת בשיעור של תאים הזדקנות כרונולוגית, נדגמו כל יומיים, אשר יכול לצאת G 0 מעצר טופס מושבות על צלחות YPED עשיר.
1. כרונולוגי שמרים תוחלת החיים (CLS) בתרבות נוזלי
וריאציות של assay ב הכדאיות באתרו כוללים:
2. Assay ב הכדאיות באתרו
בתרבות נוזלי, חלק קטן של תאים עשויים לשרוד מחדש נכנסו מחזור התא ולצמוח תוך ניצול חומרים מזינים אלו הנותרים או טופס שוחרר lysed תאים מתים במדיום, פנוטיפ כינה לצמיחה מחודשת / מתנשם 13. פיתחנו מערכת הכדאיות-on-a-צלחת כי מנצל את auxotrophy של זן DBY746 (trp1) לעקוף את לצמיחה מחודשת / מתנשם בעיה גם לאפשר את בדיקת ההשפעה של חשיפה קיפוח מתמדת של חומרים מזינים או חיצוני או לגירויים שונים על שמרים CLS 11. זה ב assay הכדאיות באתרו גם מחקה את מודל replicative תוחלת החיים כך התאים נחשפים כל הזמן חומרים מזינים בשפע למשך ניתוח את תוחלת החיים.
וריאציות של assay ב הכדאיות באתרו כוללים:
3. ה-DNA נזק ותדירות מוטציה במהלך ההזדקנות הכרונולוגי
Canavanine התנגדות (יכול r) ו can1 רצף
תדירות מוטציה ספונטנית ניתן להעריך על ידי מדידת תדר של התנגדות canavanine (יכול r) בתרבויות כרונולוגית ההזדקנות. מוטציות בגן CAN1 (YEL063), אשר מקודד את ארגינין פלזמה permease, לדקלם תאים עמידים אנלוגי ארגינין L-canavanine.Can מושבות r שנאספו בנקודות זמן שונות ניתן גם לשמור על מיצוי של הדנ"א הגנומי וסדר הבאים של CAN1 הגן, אשר יכול לספק ספקטרום מוטציה נתונים (עם המודד מוטציה, SoftGenetics).
מאגר ההחלפות (TRP + reversions)
זנים עם trp1-289 מכילים מוטציה ענבר (C403T) ברצף TRP1 קידוד. מדידה של תדירות trp1-289 כדי חזרה + trp 15 מאפשר אמידה של שיעור התחלופה בסיס במהלך ההזדקנות הכרונולוגי שמרים.
Frame-Shift מוטציות
ליס - זן EH150 (מאטה, lys2ΔBglII, trp1-Δ, his3-Δ200, ura3-52, ade2-1o) נמלים מוטציה lys2ΔBgl השני שנבנה על ידי הוספת 4 נוקלאוטידים כדי ליצור אנזים II Bgl הגבלה אתר בגן LYS2 . כתוצאה מכך 4 משמרת במסגרת תוצאות לפתוח קריאה auxotrophy עבור ליזין כי יכול להיות הפוך על ידי ההוספה / המחיקה מוטציות קטנות 16-17.
Rearrangements כרומוזומליות הגולמי (GCRs)
כדי לזהות rearrangements כרומוזומליות הגולמי (GCRs), אנו שנוצר זן מוטציה, שבה HXT13 (YEL069), קידוד טרנספורטר hexose מיותר מאוד, הופרע על ידי קלטת URA3 18. HXT13 ממוקם 7.5 kb telomeric כדי CAN1 על כרומוזום V. מוטציות הן CAN1 ו URA3 גנים להבהיר התנגדות התאים L-canavanine ו-5-fluoroorotic חומצה (5FOA), בהתאמה. בהתחשב בתדר נמוך של מוטציות נקודתיות המתרחשים בשני הגנים, ניתוח יכול r r 5FOA בתדירות מספקת הערכת GCRs כי לגרום לאובדן של גנים שניהם.
הומולוגיים ו homeologous רקומבינציה
כדי לבדוק את רמת הומולוגיים (100%) ו רקומבינציה homeologous (91%) במהלך ההזדקנות הכרונולוגי, אנו מוטנטים שנוצר בו פלסמידים לינארית (HIS3: אינטרון-IR-URA3) נשיאה או 100% חוזר הפוכה הומולוגיים (IRS) (pSR406 ) או 91% homeologous מס הכנסה (pSR407) בבית HIS3 מוקד 19. רקומבינציה בין מס הכנסה מאפשר את הביטוי של חלבון His3 תפקודית.
משלימים ב assay הכדאיות באתרו, תלויי גיל trp + חזרה, ליס + מסגרת משמרת מוטציה, רקומבינציה, או יכול r יכול להיות גם למד בתאים בני בצלחת.
4. Translesion סינתזה (TLS)
הגיל תלויי תדר להגדיל מוטציה עשויה להיות כרוכה פגיעה מקרומולקולה מוגברת, הגנה הסלולר לתקן פחתה /, והגדילה תיקון DNA שגויים (כגון סינתזה-Polζ תלוי translesion, TLS) במהלך ההזדקנות. לדוגמה, האריכה ימים sch9 מוטנטים Δ התערוכה ביטוי גבוהות של SOD2, וירידה הביטוי של האנזים מועדת לטעויות תיקון דנ"א Rev1 20. כאן אנו מתארים assay שילוב תבנית דנ"א פגום ותמצית גרעיני שלם על מנת להעריך את TLS במבחנה.
5. נציג תוצאות
אנחנו בדרך כלל השתמשו ספירת CFU ביום 3 כמו הישרדות 100 אחוזים ניתוח CLS תקן נוזלי. אחוז ההישרדות בימים שלאחר מכן ניתן להתקין כדי לחשב את הממוצע (50% הישרדות) והמקסימום (10% הישרדות) משתרע על פני החיים 12. תוחלת החיים לתוצאות שהתקבלו בשנת assay הכדאיות באתרו הן בדרך כלל בקנה אחד עם אלה באמצעות assay CLS נוזלי, אך הפחית את תוחלת החיים כלומר, אשר נובע בחלקו מהעובדה התאים נחשפים כל הזמן חומרים מזינים. נוכחות של גלוקוז מעכב את הפעילות של הגנה הסלולר כמו הראה ידי transactivation מופחת של גורם שעתוק בתגובה ללחץ כגון Msn2 / 4 Gis1 12.
גיל תלויי תדר המוטציה משתנה מאוד בהתאם לרקע זן, מניפולציה גנטית, בתנאי תרבות, גיל. טבלה 2 מראה את התוצאות שהושגו טיפוסי זן wild-type (DBY746).
| רכיב | g / L |
|---|---|
| D-גלוקוז | 20 |
| אמוניום סולפט | 5 |
| בסיס חנקן (-AS/-AA) | 1.8 |
| NaH2PO4 | 1.4 |
| מ"ג / ליטר | |
| אדנין | 80 |
| L-ארגנין | 40 |
| L-חומצה אספרטית | 100 |
| L-חומצה גלוטמית | 100 |
| L-היסטידין | 80 |
| L-isoleucine | 60 |
| L-לאוצין | 120 |
| L-ליזין | 60 |
| L-מתיונין | 80 |
| L-פנילאלנין | 60 |
| L-סרין | 400 |
| L-תראונין | 200 |
| L-טריפטופן | 80 |
| L-tyrosine | 40 |
| L-valine | 150 |
| אורציל | 80 |
טבלה 1. גלוקוז סינטטי בינוני מלא, SDC (להסתגל 6.0 pH עם NaOH). 4 פי עודף של היסטידין, לאוצין, טריפטופן, ו אורציל כלולים לפצות את auxotrophy של זן DBY746.
| יום 3 (ממוצע ± SEM) | עד (במהלך ההזדקנות) | |
|---|---|---|
| R יכול | 1.76 ± 0.12 x10 -6 | 6-8 x10 -6 |
| TRP חזרה + | 6.60 ± 1.70 x10 -8 | 1.60 x10 -6 |
| ליס + מסגרת שינוי מוטציה | 3.00 ± 0.78 x10 -8 | .70 X10 -6 |
| GCRs | 0.62 ± 0.10 x10 -8 | .30 X10 -6 |
| הומולוגיים רקומבינציה | 5.55 ± 2.74 x10 -6 | 27.00 x10 -6 |
| Homeologous רקומבינציה | 0.12 ± 0.04 x10 -6 | .48 X10 -6 |
טבלה 2. תדרים מוטציה אופיינית של תאים מסוג בר (DBY746) במהלך ההזדקנות הכרונולוגי.

באיור 1. תוצאה של סינתזה translesion (TLS) 20. תמציות גרעיני משלב היום בן 3 נייח wild-type (DBY746) ו sch9 Δ תאים מוטנטים הודגרו עם אתר המכיל תבניות ניזוק או abasic DNA למשך 30 דקות בקצב של 30 ° C. TLS מוצרים מסומנים על ידי מוצק (עם תבנית ניזוק) או מנוקד (עם תבנית פגומים) שורות. אין סינתזה translesion שנצפתה תמצית גרעיני sch9 מוטנטים Δ. Primers חינם מסומנים על ידי חץ הפתוח.
תרבויות הזדקנות נוזלי מתישהו התערוכה לצמיחה מחודשת / פנוטיפ מתנשם 13, אשר מסבך את ניתוח CLS. לצמיחה מחודשת מתרחשת בדרך כלל כאשר יותר מ 90-99% מכלל האוכלוסייה איבדה את יכולת הקיום. פנוטיפ זו קשורה לעיתים קרובות עם סטרס חמצוני מוגבר ו / או הגנה ירד בתא. לדוגמה, תדירות פנוטיפ זה יותר מאשר מכפיל בתאים חסר superoxide dismutase cytosolic ו מקטינה באופן משמעותי על חיים ארוכים מוטנטים (למשל, או ras2 sch9 Δ Δ) או superoxide מוטנטים overexpressing dismutases 22. למעשה, אנו מגדירים לצמיחה מחודשת כמו גידול הכדאיות או התייצבות הכדאיות עבור 3 דגימות רצופות בשלב תמותה גבוה במהלך ההזדקנות הכרונולוגי.
גיל תלויי תדרים של מוטציות DNA שונה להשתנות במידה רבה בהתאם ברקע זן, מניפולציה גנטית, בתנאי תרבות, כמו גם לצמיחה מחודשת / מתנשפת הישרדות נמוכים מאוד. טרום ניסויים אמור להתבצע בנקודות זמן כמו ההישרדות הממוצע ומקסימום עם צפיפות ציפוי שונים עבור מבחני מוטציה כדי לקבוע תדירות טווח מוטציה לפני performingthe חיים מלאים ניתוח בקנה מידה תוחלת. המתח סוג בר תמיד צריך להיות כלול תוחלת חיים או תדירות מוטציה ללמוד במקביל כל טיפול או מוטציה גנטית, כך הניסוי בין-וריאציות ניתן להסביר. העתקים מרובים ביולוגי יש לכלול במחקר וכן, גם נוזלי וגם כדאיות / מוטציה מבחני באתרו צריך להתבצע כדי לאשש את התוצאות.
במקום להתמקד בסוג אחד מסוים של מוטציה בדנ"א, אפיון של חוסר יציבות גנומית תלויי גיל באמצעות מבחני מרובים שילוב, עשוי לשפוך אור על נזק לדנ"א ספציפי נזק לדנ"א תיקון המערכת (ים) אשר תורמים לחוסר יציבות גנומית תלויי גיל. לדוגמה, עלייה משמעותית rearrangements כרומוזומליות הגולמי (GCRs), בהשוואה לאלו של מוטציות DNA אחרות, הוא ציין בשמרים סוג בר מציע לשבור elevationof גדיל כפול ו / או ליקוי בסופו שאינם הומולוגיים שהצטרף (NHEJ) במהלך שמרים הזדקנות כרונולוגי (טבלה 2). ספקטרום מוטציה can1 (רצף של הגן CAN1) שהושגו שמרים wild-type ההזדקנות הציע עלייה נזק חמצוני במהלך ההזדקנות הכרונולוגי מועדת לטעויות תיקון DNA, ואילו, על חיים ארוכים sch9 מוטנטים Δ, נזק לדנ"א חמצוני פחות מופחת בהרבה נוטה שגיאה סינתזה translesion נצפו 20.
שיטות המתואר כאן ניתן ללמוד עוד הגדילו גיל תלויי חוסר יציבות גנומית. לדוגמה, תאים שקט ולא שקט יכול להיות מבודד נייח שלב תרבויות שמרים באמצעות שיפוע צפיפות השיטה המתוארת על ידי Allen et al. 23. בשילוב עם מבחני המוטציה המתוארת כאן, יש לנו דיווח כי חלק גדול תלויי גיל מוטציות נובעת תאים שקט, ולא, חלוקת תאים פגומים או אפופטוטיים 20,24.
אין ניגודי אינטרסים הכריז.
אנו מודים ס Jinks רוברטסון וא Heidenreich למתן פלסמידים זני שמרים, פ 'פאם גודמן MF עבור assay לעזור withthe TLS. עבודה זו נתמכה, בין השאר, על ידי הפדרציה האמריקאית לחקר הזדקנות מענק על ידי AG20642 NIH, AG025135.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה