תרשים זרימה באיור 1 מציג את השלבים הכוללים של ההליך, לרבות נקודות שבן שיעורי מוטציה, תדרים, וגיל תא נמדדים. קביעה מדויקת של התדירות וקצב מוטציות (או צורה אחרת של חוסר יציבות הגנום) באוכלוסיות תאים צעירות היא צעד ראשון חשוב, שכן הוא הכרחי לבחירת גודל אוכלוסייה מתאימה לתיוג ומיון מגנטי. ניתן לקבוע ערכי שיעור שימוש בבדיקות תנודות 9. תוצאות דוגמא לזני שמרים ברקע BY4741 הגנטי 20 נבחר למוטציות בגן CAN1 שמקנות עמידות canavanine או מוטציות בגן URA3 שמקנה עמידות ל5-פואה מוצגות באיור 2. תאים גדלו ב20 מעלות צלזיוס במשך נציג ניסויי שיעור, ועל 20 מעלות צלזיוס ו30 מעלות צלזיוס במשך ניסויי תדירות נציג. טמפרטורות אלה שמשו בגלל אוכלוסיות תאים ראשוניות גדלוב30 מעלות צלזיוס גדלו אז ב20 מעלות צלזיוס במשך ניסויי נציג מיון שלאחר מכן. ערכי שיעור ממחקרים עצמאיים היו דומים לאוכלוסייה הראשונית של התאים והתאים לאחר תיוג ביוטין לזן שיש לו את גן CAN1 במיקומו הרגיל בV כרומוזום, כ 32 זוגות kilobase מהטלומרים הזרוע השמאלית (www.yeastgenome.com) ( איור 2 א, עמודים לבנדר). שיעור המוטציות של CAN1 היה גבוה באופן משמעותי באוכלוסיות ראשוניות של זן שמרים שני שיש לה מחיקה של גן CAN1 ממיקומו הרגיל בV כרומוזום והחדרה של CAN1 על הזרוע הימנית של כרומוזום VIII כ 25 זוגות kilobase מהטלומרים 21 (איור 2). תדרי מוטציה בגן CAN1 היו גם להשוות לאוכלוסיות ראשוניות תא ותאים ביוטין שכותרתו בבית או בטמפרטורת צמיחה (Fi2A תרשים, עמודות כחולות). עם זאת, תדרי מוטציה מתקבלים ב20 ° C נמצאו להיות גבוה יותר מתדרי מוטציה ב30 מעלות צלזיוס. כדי לבדוק אם השפעת טמפרטורה זו הייתה מוגבלת לגן CAN1, מדדנו מוטציות בURA3 על ידי בחירה להתנגדות ל5-פואה שימוש זן השמרים שיש CAN1 הוכנס על VIII כרומוזום. זן זה יש גם מחיקה של URA3 מהאתר הרגיל שלו על כרומוזום V והחדרה של URA3 על הזרוע הימנית של כרומוזום VIII כ 40 זוגות kilobase מהטלומרים 21. תדרי מוטציה היו גם גבוהים יותר ב20 מעלות צלזיוס למשך URA3 במיקום כרומוזומליות זה (איור 2 ג). בסך הכל, זה מראה שטמפרטורת צמיחה יכולה להשפיע על תדירות מוטציות, אבל תיוג ביוטין אינו מופיע כדי להשפיע על תדירות מוטציה. לכן, שיעורי מוטציה ותדרים לאוכלוסיות ראשוניות צריכים להיקבע באותו טמפה הצמיחהrature שישמש לסיבובים של צמיחה ומיון. מומלץ לוודא שתיוג ביוטין אינו משפיע על חוסר יציבות הגנום לפני השימוש בפרוטוקול כדי לחקור סוגים אחרים של מוטציות או שחלופי הגנום.
כצפוי, את ערכי שיעור מוטציות שמוצגים באיור 2 א הם פי כמה נמוכים ממדידות התדר המקבילה. הבדל זה מתרחש משום ששיעור מוטציות מודד את המראה של תאים בעלי מוטציות חדשות עם כל סיבוב של חלוקת תא, ואילו אמצעי תדירות המוטציה המספר המצטבר של תאים שעברו מוטציה באוכלוסייה בסוף תקופת הצמיחה. השיעורים ומרווחי ביטחון של 95% לניסויים אלה מראים כי ניתן להשיג תוצאות לשחזור על ידי שימוש בשבע תרבויות לשכפל לכל ניסוי, המהווה את המספר המינימאלי של חזרות הציע לפרוטוקול זה.
ברגע שערכי תדירות וקצב הראשוניים נקבעים, גודל אוכלוסייה צריך להיות CHOsen שמבטיח כי תאים נאותים נמצאים לאחר סבבים רבים של מיון כדי לקבוע באופן מהימן תדרי מוטציה. תיוג אוכלוסייה של 10 8 תאים לכל נקודת זמן שהיא להיות מנותחים במהלך ההזדקנות הוא מתאים כאשר תדרים ושיעורים דומים לאלה שמוצגים באיור 2 א. החלטה זו תלויה גם במידת היעילות שכותרתו אם תאים הם התאוששו אחרי כל סיבוב של מיון. היעילות של התאוששות תאי אמא שכותרתו ניתן להעריך במהירות ובפשטות באמצעות hemocytometer כדי לקבוע את מספר התאים eluted מהעמודות עבור כל סוג ולבחון מורפולוגיה של תאים. שתי נקודות עיקריות מומחשות על ידי נתוני דוגמא התאוששות יעילות (איור 3 א): המספרים התאוששו של תאים עשויים להופיע גבוהים יותר מהצפוי לאחר הסוג הראשון, ואובדן הדרגתי קטן של תאים צפוי עם מיון המשך. מיל המספר הגבוה מהצפוי של תאים בכמה ניסויים אחרי הסוג הראשון יכולult מהתיוג של ניצנים על תאים באוכלוסייה הראשונית. תא שמרים עם ניצן היה בדרך כלל להיות הבקיע כתא בודד בעת קביעת מספר התאים לתייג עם ביוטין. תיוג של ניצני הווה באוכלוסייה הראשונית, אם כי, היה לאפשר לתאים המתפתחים מבלוטות אלה לגם יישמרו על עמודים במיון. ההשפעה של תופעה זו על הקביעה של התאוששות יעילות תלויה בחלק היחסי של תאי מנוצן באוכלוסיית התא הראשונית. סיבה אפשרית שנייה למספר התא גבוה יותר לאחר המיון של אחד היא שיש נוטה להיות תאי מנוצן גדולים יותר בנקודת הזמן שעשוי להיות השלמת חלוקת תא במהלך המיון זה. כתוצאה מכך, ניצנים גדולים עדיין מחוברים לתאים האם שלהם עשויים להיות מסודרים, אבל אז מופיעים תאים להבדיל כאשר תאי eluted נבחנים. בעוד שחלק מאובדן של תאים הוא ציין עם כל סיבוב של צמיחה ומיון, הפרוטוקול יכול לגרום בשייר אמין של 80-90% מתאים לאחר כל סיבוב של יםOrting. זה שווה את המאמץ כדי לתרגל את ההליך על מנת להבטיח כי 80% או יותר מהתאים שכותרתו הם להיות מבודדים כדי למנוע את הצורך לתייג אוכלוסיית תא ראשונית גדולה שלא לצורך. טיפול בתאים עם לחץ קל לאחר הסוג הראשון (מי חמצן 1 מ"מ מימן במדיום YPD ל30 דקות) לא מנעו התאוששות יעילה של תאים עם סיבובים המשך של צמיחה ומיון, שלא היו חלק משונות בהתאוששות לסוג הראשון שלאחר המתח (איור 3 א).
בדיקה של מורפולוגיה של תאים ואת הכדאיות שימושית גם הן לאישור בידוד מוצלח של תאי אם ולהתאמת דילולים / כרכים משמשים בעת הפצת תאים במדיום הלא סלקטיבי כדי לקבוע את הצפיפות של יחידות מושבה להרכיב. תאי אמא הפכו גדולים יותר ויותר ויותר באופן בלתי סדיר בצורה כפי שהם גילו, בהשוואה לתאי בת (איור 3 ב). דגימות תאי אם לכן צריכה בעיקר מורכבות מגדול, IRRegularly צורת תאים כניסוי מתקדם בכל סיבוב של מיון. הנוכחות של תאים רבים סגלגלים קטנים של צורה קבועה יכולה להעיד כי תאי אמא לא להיות מופרדים במידה מספקת מתאי בת. כדאיות של תאי אמא צריכה בהדרגה גם לרדת עם כל סיבוב של גידול ומיון, אם כי ייתכן שלא יהיה הרבה שינוי במהלך דורות התא הראשונים חמש עד עשרה. מספר התאים מסוגלים מושבות יוצרים יכול להקטין הרבה יותר באופן דרמטי ממספר התאים הנקבעים להיות בת קיימא על ידי צורה כלשהי של צביעה ישירה לשלמות תא, עקב היווצרות של תאים מזדקנים. כאשר כדאיות בשיטת צביעה ישירה ראשונה מתחילה לרדת (כ 80% או פחות), ייתכן שיהיה צורך להתאים את דילולים וכרכים המשמשים למדידת מושבה להרכיב צפיפויות יחידה בציפייה לירידה דרמטית יותר ביכולת של תאי קיימא ל מושבות טופס (שתיים עד כמה ירידה של פי).
גילאי replicative של אוכלוסיות מיון ואוכלוסיות שליטה צריכים להיקבע לפני נתוני תדירות מוטציה מהתאים האם יכולים להיות מנותחים לגיל ספציפי שינויים בשער של מוטציות מצטברות. זה יכול להיות מושג באמצעות ספירה ידנית של צלקות ניצן על תאי אמא (איור 4) או באמצעות cytometry הזרימה לכמת את האות למגיב צלקת ניצן זיהוי (איור 5). יכולות להיות שכותרתו צלקות נץ עם אות רקע נמוכה יחסית באמצעות conjugates WGA-הניאון (איור 4C). איור 4A מראה כי רוב התאים מהזרימה דרך דוגמאות של הליך מיון אפס או אחד צלקת ניצן. התאים eluted מעמודות הם בעיקר תאים בגיל האם (4B דמויות ו5). בדרך כלל,> 90% מתאי eluted הם תאי אם, אותה ניתן לראות בקלות רבה יותר מcytometry זרימת התוצאה באיור 5. תאים עם יחסית מעט צלקות ניצן (<6) OBTained לאחר יותר משני סיבובים של מיון יכול לייצג תאים מזהמים שאינם מסומן ביוטין שעברו כמה סיבובים של חלוקת תא בסבב של צמיחה הרלוונטי, בניגוד לתאי אמא שמתחלקים לאט מאוד. הווריאציה בגיל תא עשויה להגדיל עם הסיבובים הבאים של מיון אם לא כל התאים באוכלוסייה צומחים באופן אחיד.
אוכלוסיית תא גדולה יותר ניתן להשתמש במהירות רבה יותר על מנת להעריך גיל תא אם קשר לינארי שנוצר בין עוצמות אות WGA-הקרינה ומספר צלקות ניצן לכל תא. בניתוח זה, נורמליזציה של כל עוצמות אות WGA-הקרינה מתבצעת על ידי חלוקת האות של תאים מוכתמים על ידי האות המתקבל לאוכלוסייה המתאימה בלא כתם התא (בתו או אמא) כדי להסביר את הקרינה רקע מוגברת בתאים הישנים. איורים 4 ו ניתוח 5 מופע של אותו אוכלוסיות תאי נציג.ספירה ידנית הוקמה גילאי replicative ממוצע של 0.95 ו11.4 לתא הבת (איור 4 א) ואוכלוסיות תאי אמא (איור 4 ב), בהתאמה. WGA-אותות מנורמלים לשתי אוכלוסיות אלה ושלוש אוכלוסיות נוספות (גילים ממוצע של 3.0, 6.9, ו14.4) היו זממו נגד מספר צלקות ניצן הממוצע לכל אוכלוסייה (איור 5). קשר לינארי זה לאחר מכן ניתן להשתמש באותו הזן וריאגנטים בניסויים עתידיים כדי לקבוע את גיל תא ממוצע מWGA-האות המנורמלת שהושגה באמצעות cytometry זרימה, המאפשר קביעה מהירה ומדויקת של גיל תא. עדיין צריכה להיות כלולות אוכלוסיות בקרה כדי לוודא את יעילות כתמים דומה בין ניסויים.
ההשפעה של גיל על ההצטברות של מוטציות ניתן לטפל פעם אחת הצעדים לפני קבלת ערכי שיעור מוטציות, ביעילות מיון תאים, וקביעת גילאי תא הם השיגו. נוmber נקודות זמן שבו התדירות ניתן לקבוע תלוי בגודלה של אוכלוסיית התא שכותרתו ביוטין ואת מספר התאים שצריכים להתפשט על מצע סלקטיבי כדי להשיג תוצאות אמינות. אם שינויי שיעור מוטציות עם גיל, אז תדרי המוטציה הנצפים עבור הזדקנות תאי אמא צריכים להיות שונים מאלו שנצפו מבוססים אך ורק על סיבובים נוספים של חלוקת תא. השוואה של תדירות המוטציה שנצפתה לתדירות המוטציה חזתה יכולה לזהות הבדלים הקשורים בגיל בשיעור מוטציות מצטברות. כפי שתואר בסעיף 7 לפרוטוקול, ניתן להשיג את התדר חזה מהמוצר של שיעור בסיס המוטציה לאוכלוסיית התא הראשוני והעלייה בגיל replicative של תאי אמא הוסיפו לתדירות המוטציה לאוכלוסייה הראשונית. עליות בתדירות המוטציה CAN1 נצפו עם גיל תא ממוצע עלה במתח עם CAN1 במיקומו הרגיל בV כרומוזום(איור 6 א) ובמתח עם CAN1 על הזרוע הימנית של כרומוזום VIII (איור 6). מאז תדרי המוטציה נצפו עבור תאי אמא באיור 6 א דומים לאו ממש מתחת לתדרים ניבאו, נתונים לא מספקים כל ראיה לשינוי גיל ספציפי בשיעור מוטציות. בניגוד לכך, תדרי מוטציה בתאי אמא של הזן עם CAN1 על כרומוזום השמיני היו גבוהים יותר מהתדרים שחזו (איור 6). שים לב שהתדרים חזו בגרף אינם מופיעים להגדיל מאוד בגלל קנה מידה יומן נאלץ לשמש עבור ציר y בשל העלייה הגדולה בשכיחות מוטציה נצפית. לכן, התוצאות באיור 6B אל לספק ראיות התומכות עליית גיל ספציפי בשיעור של מוטציות מצטברות. ההבדל בתוצאות לערכות נתונים בתרשים 6A ו6B הוא סביר בשל diffe לשכור מקומות הגנומי של CAN1. תצפיות סוגים אלה מספקים נקודה מוצא לפיתוח השערות ללמוד מנגנונים המשפיעים על שיעורי מוטציה גיל תאים ולפתח מודלים להסביר הצטברות מוטציות עם גיל replicative.

איור 1 תרשים זרימה של ההליך הכולל לבחינת הצטברות מוטציה במהלך הזדקנות replicative שמרים. טקסט וחיצים שחורים מצביעים על שלבים עיקריים בהליך. החץ המעוקל משקף כי סבבים נוספים של צמיחה מחודשת ומיון של אותם תאים משמשים לקבלת תאים בהדרגה מבוגרת. חיצים וטקסט סגולים מצביעים על צעדים שבמדידות האמורות נעשו. תדר - תדר.
להעלות / 51,850 / "width =" 51850fig2highres.jpg 400 "/>
איור 2 קביעת תדירות מוטציה ושיעור באוכלוסיות תאים צעירות. () מושבות Mutant נבחרו על ידי הפצת תאים בSC-ARG + בינוני canavanine כדי לבחור עבור מוטציות אובדן של הפונקציה בגן CAN1 והשוואה למספר הכולל של תאי קיימא התפשטו על מדיום סלקטיבית כדי לחשב תדרים / שיעורים. תאים מאוכלוסיות ראשוניות לפני תיוג ביוטין (IP) או לאחר תיוג ביוטין (PB) גדלו באמצעות מדיום YPD מצפיפות ראשונית של 5,000 תאים / מ"ל לרוויה ליד. עמודות לבנדר מצביעות מדידות קצב ועמודות כחולות מייצגות מדידות תדר עשו בטמפרטורות מצויינים (20 מעלות צלזיוס ו30 מעלות צלזיוס). סטים של שבע תרבויות לשכפל גדלו במשך כל ניסוי ושניים לחמישה מחקרים עצמאיים שבוצעו. ערכי שיעור אדם מחושבים לניסויים בלתי תלויים הראו, וברים שגיאה לניסויים אלה מייצגים 95 מרווחי ביטחון% לקבועד באמצעות מחשבון מקוון 22. תדרים מייצגים ממוצעים וסטיות התקן. שיעורי מוטציה (B) CAN1 הושגו ומיוצגים כפי שתוארו לחלק באמצעות מתח עם CAN1 על הזרוע הימנית של VIII כרומוזום. תדרים (C) מוטציה שהושגו בעקבות בחירתה למושבות מוטציה על 5-פואה באמצעות מתח עם גן URA3 ממוקם על הזרוע הימנית של VIII כרומוזום. שיטות היו בדרך אחרת כמו לחלק, וממוצעים וסטיות התקן עבור שלושה או ארבעה משפטים עצמאיים מוצגות.

איור 3 דוגמא מיון היעילות נקבעה על ידי חישוב מספר תאי eluted לאחר כל סיבוב של מיון. המספר הכולל של תאים בכל אוכלוסייה המתחילות לאחר תיוג ביוטין נקבע לאחד, ולא () מספר סך כל תאים הנמצאים בדגימות eluted מכל סיבוב של מיון תא המגנטי היה מחולק על ידי ערכים הראשוניים אלה כדי לקבל את החלק היחסי של תאים שכותרתו. מספרים סלולריים סך הכל נקבעו מספירת תאים המתקבלת באמצעות hemocytometer. עמודות כתומות מייצגות את הממוצע וסטיית התקן עבור שלושה ניסויים בלתי תלויים הבאה הפרוטוקול הסטנדרטי. עמודות כחולים מייצגות את הממוצע וסטיית התקן עבור שני ניסויים בלתי תלויים שבו טופלו תאים עם מי חמצן 1 מ"מ ל30 דקות מייד לאחר מהסוג הראשון. גודל (B) ומורפולוגיה של תאים לאחר תיוג ביוטין (הודעה ביוטין-) ותאי אמא התאושש לאחר הסיבוב השלישי של מיון מגנטי (3 תאי אם סוג) מוצג באמצעות מיקרוסקופ סטנדרטי בהיר שדה ואובייקטיבי 20X. קווים לבנים ברקע הם הקווים שקשרו את הריבועים הקטנים ביותר לעין בhemocytometer סטנדרטית.k "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

קביעת איור 4: גיל replicative באמצעות ספירת צלקת ניצן ידנית. מיקרוסקופיה Confocal שימשה לספור צלקות ניצן על תאים בודדים שכותרתו עם המצומד WGA-ניאון (עירור ב 488 ננומטר וזיהוי עם לעבור להקת 458/543 ננומטר ו505 מסירה ארוכה ננומטר שילוב מסנן). () ספירת צלקת ניצן ידנית של תאים מהזרימה דרך (תאי בת) הבאה סבב המיון מגנטי (n = 62) השלישי. (ב) סעיפי ניצן ידני צלקת של תאי eluted (תאי אמא) הבא סיבוב שלישי של מיון מגנטי (n = 54). תאי אמא (C) שמרה הבא בסיבוב השלישי של מיון מגנטי צולם באמצעות מטרת טבילת שמן 63X עם זום 3X לאחר מכתים את השנינותחה המצומד WGA-הניאון. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

קביעת איור 5 של גיל replicative באמצעות cytometry זרימה. דוגמאות של 10,000 תאים מוכתמים בהמצומד WGA-ניאון נותחו על ידי cytometry זרימה באמצעות עירור ב 488 ננומטר וזיהוי עם לעבור להקת 530/30 ו505 מערכת סינון מסירה ארוכה. ( היסטוגרמות) המתארות את המספרים של תאים עם עוצמות WGA-הקרינה ספציפיות לאוכלוסיית תאי בת או eluate (תאי אם) לאחר שלושה סבבי מיון מגנטי. אוכלוסיות מתאימות לאלו שנותחו באיור 4. קווים אנכיים כחולים מצביעים על המיקום המתאים עבור רוב dauתאי ghter על ההיסטוגרמה התא האם. (ב) הממוצע הגיאומטרי המנורמל לאות הקרינה של כל אוכלוסייה מוצגת ובשלוש אוכלוסייה נוספת של תאים (גילים ממוצע 3.0, 6.9, ו14.4) היה מחושבים כיחס של הממוצע הגיאומטרי של תאים המוכתמים והממוצע הגיאומטרי של אוכלוסיית תאים בלא כתם המתאים. ערכים אלה הם זממו בהשוואה לממוצע של צלקות ניצן לכל אוכלוסייה (איור 4 ומידע לא מוצג). R 2 הערך עבור קו המגמה של השוואה זו ניתן על הגרף.

איור השוואה .6 בין תדרי מוטציה חזו ונצפו במהלך הזדקנות replicative. תאים עם מוטציות בגן CAN1 נבחרו כמתואר לאיור 2 usinזנים גרם עם CAN1 במיקום הרגיל שלו על כרומוזום V (א) או על הזרוע הימנית של כרומוזום VIII (B). תאים גדלו על מדיום מוצק ב30 מעלות צלזיוס לפני תיוג ביוטין ועל 20 מעלות צלזיוס לאחר מכן. ערכי תדירות נצפים מוצגים עם עמודות כתומות (Obs) ותדרים חזו לתאים בגיל מוצגים בעמודים חומים (Pre). העמודה הראשונה עבור כל גרף מראה את הסטייה הממוצעת והסטנדרטית של תדירות המוטציה הראשונה שלאחר תיוג ביוטין לארבעה ניסויים עצמאיים (PB). מספרים מתחת לעמודות מציינים את מספר צלקות ניצן הממוצע לכל (גיל Cell) אוכלוסייה. ערכים חזויים עצמאיים נקבעו כאמור בסעיף 7 לפרוטוקול באמצעות כל אחד מערכי השיעור הראשוניים שמוצגים באיור 2 א (עמודות IP) ו -2. ערכים העצמאיים עליו הוחלט בממוצע. ערכים נצפים הם באמצעות שלושה ניסויים. ברים שגיאה מצביעים סטיית תקן.