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
he_IL
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
האינטראקציות של ביומולקולות, כגון אינטראקציות חלבון-חלבון, הן הבסיס המולקולרי של פונקציות ביולוגיות. אם ניתן לבודד מוטנטים ריקים/לקויים שחסרים באופן ספציפי את האינטראקציה הרלוונטית, הם יעזרו מאוד להבין את הפונקציות של אינטראקציה זו. מאמר זה מציג דרך יעילה לבודד מוטציות ריקות/לקויות אינטראקציה.
אינטראקציות חלבון-חלבון הן אחד התהליכים הבסיסיים ביותר העומדים בבסיס תופעות ביולוגיות. אחת הדרכים הפשוטות והטובות ביותר להבין את התפקיד(ים) והתפקוד(ים) של אינטראקציה חלבון-חלבון ספציפית היא להשוות את הפנוטיפ של סוג הבר (עם האינטראקציה הרלוונטית בין חלבון לחלבון) לבין אלה של מוטנטים חסרי האינטראקציה הרלוונטית. לכן, אם מוטנטים כאלה יכולים להיות מבודדים, הם יסייעו להבהיר את התהליכים הביולוגיים הקשורים. הליך השמרים הדו-היברידי (Y2H) הוא גישה רבת עוצמה לא רק לזיהוי אינטראקציות חלבון-חלבון, אלא גם לבידוד מוטציות ריקות/לקויות אינטראקציה. במאמר זה, מוצג פרוטוקול לבידוד מוטנטים ריקים/לקויים באמצעות טכנולוגיית Y2H. ראשית, ספריית מוטציות נבנית על ידי שילוב של תגובת שרשרת פולימראז וטכנולוגיית שיבוט חלקה יעילה, אשר מוציאה ביעילות את הווקטור הריק מהספרייה. שנית, מוטנטים אינטראקציה-אפס/לקויים נבדקים על ידי מבחן Y2H. בגלל טריק בווקטור Y2H, מוטציות לא רצויות, כמו אלה עם מוטציות frameshift ושטויות, מסולקות ביעילות מתהליך הסינון. אסטרטגיה זו היא פשוטה ולכן ניתן ליישם אותה על כל שילוב של חלבונים שהאינטראקציה ביניהם יכולה להיות מזוהה על ידי המערכת הדו-היברידית.
אינטראקציות בין ביומולקולות הן החלק הבסיסי ביותר של תופעות ביולוגיות. אינטראקציות חלבון-חלבון מהוות חלק משמעותי מאינטראקציות כאלה. לכן, זיהוי של שותפי האינטראקציה של חלבון מעניין הוא קריטי כדי להבהיר עוד יותר את הפונקציה של החלבון/גן המעניין. שיטת השמרים הדו-היברידיים (Y2H) היא טכניקה פופולרית לזיהוי אינטראקציות חלבון-חלבון in vivo1. במערכת זו, שני חלבונים (X ו-Y) שהאינטראקציה ביניהם אמורה להיבדק מאוחים לתחום קשירת הדנ"א (DB) ולתחום הפעלת השעתוק (AD), בהתאמה. חלבון ההיתוך DB-X נקשר לרצף זיהוי של תחום DB; לכן, כאשר חלבונים X ו-Y מתקשרים, חלבון ההיתוך AD-Y מגיע לקרבת רצף הזיהוי. כתוצאה מכך, מופעל שעתוק של גן המדווח במורד הזרם של רצף הזיהוי. לכן, נוכחות או היעדר פעילות גן מדווח יכול לשמש כדי לקבוע את נוכחותה או היעדרה של אינטראקציה חלבון-חלבון1.
לאחר זיהוי שותף אינטראקציה ספציפי של החלבון המעניין, יש לבצע ניתוחים נוספים כדי להבהיר את הפונקציה הביולוגית של האינטראקציה. לשם כך, אם ניתן יהיה לבודד מוטנטים של החלבונים הפוגעים או מסירים את האינטראקציה הספציפית חלבון-חלבון, הם ישמשו ככלים רבי עוצמה. ניתן להשתמש במערכת Y2H ישירות כדי לבודד מוטנטים כאלה על ידי סינון שיבוטים 'שליליים לאינטראקציה', החל משיבוט 'אינטראקציה-חיובית' מסוג פראי. כדי להאיץ תהליך זה, פותחו מערכות Y2H 'הפוכות' (rY2H) 2,3. במערכות rY2H, זני השמרים המארחים מכילים גנים של סמנים הניתנים לבחירה נגדית כגנים מדווחים, כלומר תאי שמרים גדלים רק כאשר חלבוני AD-Y ו-DB-X אינם מתקשרים זה עם זה.
למרות שגם מערכת Y2H וגם מערכת rY2H מאפשרות בידוד של מוטנטים שליליים לאינטראקציה, תהליך בידוד המוטנטים הוא מייגע מכיוון שלא כל המועמדים המתקבלים על ידי סינון נושאים את סוג המוטציות הרצוי (בדרך כלל מוטציות שגויות). הבעיה החמורה ביותר היא שלחלק ניכר מהמועמדים יש מוטציות של שינוי מסגרת או שטויות, ויש צורך לבצע כתם מערבי כדי לא לכלול שיבוטים לא רצויים. כדי להתגבר על בעיה זו, פותחו וקטורי פלסמיד חדשים4. בווקטורים אלה, KanMX, סמן עמידות לתרופות, ממוקם מחוץ לפריים במורד הזרם של תחום DB או AD. גן הסמן הופך למסגרת עם תחום DB או AD רק כאשר הגן המעניין מוכנס. כאשר מוטציה אקראית מוחדרת לגן המעניין, מוטציות בלתי רצויות, כגון אלה עם מוטציות frameshift או שטויות, ניתן לחסל בקלות על ידי ביצוע סלקציה עמידות לתרופות, ומועמדים הנושאים מוטציות רצויות missense ניתן לזהות בקלות עם מסך Y2H4. מאמר זה מציג פרוטוקול לבידוד מוטציות אינטראקציה-null/לקוי של חלבון מעניין באמצעות אסטרטגיה זו.
1. בניית הספרייה המוטנטית
2. טרנספורמציה של שמרים עם הספרייה המוטנטית וציפוי העתק
3. בדיקת צבע Y2H
4. שחזור ואישור שיבוטים של מועמדים
לאחרונה, נמצא כי מחצית C-terminal של חלבון Pol2 (Pol2-C) אינטראקציה עם Mcm10. שני החלבונים חיוניים להתחלת שכפול DNA, ומכאן לצמיחת תאים בשמרים הניצנים Saccharomyces cerevisiae 13,14,15. כדי לעזור להבין את המשמעות הביולוגית של אינטראקציה זו, מוטנטים Pol2-C שיש להם אינטראקציה ללא / מופחתת עם Mcm10 בודדו באמצעות השיטה המתוארת כאן.
ספריית מוטציות נבנתה על פי השיטה המתוארת בשלב 1. מקטעי DNA Pol2-C הוגברו באמצעות GoTaq פולימראז ושוכפלו לווקטור Gal4AD (pST2525) באמצעות האנזים In-Fusion. מספר השיבוטים העצמאיים בספרייה הוערך בכ-5,000.
כפי שמתואר בשלב 2, DNA של פלסמיד הספרייה הוכנס לזן המארח Y2H TAT-7, אשר עבר טרנספורמציה מראש עם פלסמיד LexA-Mcm10. התאים פוזרו על לוח SC-LW ושוכפלו ללוחות SC-LW ו-SC-LW+G418 למחרת. העותקים המשוכפלים היו כפופים לבדיקת הצבע כמתואר בשלב 3. חלק מהתוצאות של בדיקת הצבע מוצגות באיור 1C.
ארבעים ושבע מושבות שהיו לבנות במבחן הצבע ועמידות בפני G418 בודדו כמועמדות הראשונות מתוך כ-8500 טרנספורמנטים. הם נבדקו שוב עם בדיקת הצבע, ו-25 מתוך 47 השיבוטים אושרו כלבנים (איור 2A). 25 השיבוטים הללו נשמרו כמועמדים. דנ"א פלסמיד של מועמדים נלקח מכל אחד מ-25 המועמדים כמתואר בשלב 4. הם הוכנסו מחדש לתאי מארח שמרים Y2H המכילים LexA-Mcm10 ונבדקו עם בדיקת הצבע, ונבחרו 16 שיבוטים חסרי צבע. כדי לאשר עוד יותר כי אלה היו מוטציות מוטציה Pol2-C, הביטוי של חלבון Pol2-C אושר על ידי כתם מערבי. שנים עשר מועמדים הציגו רצועה במיקום כמעט זהה לזה של הבקרה החיובית (Gal4AD-HA-Pol2-C-KanMX fusion protein, מחושב m.w.: 158.8 kDa) (איור 2B). בדיקת הצבע הראתה ש-12 השיבוטים האלה לא קיימו אינטראקציה עם Mcm10 (איור 2C). לאחר קביעת רצפי הנוקלאוטידים של שיבוטים אלה, אושר כי לכולם הייתה מוטציה מוטעית. מספר המוטציות בחוש שגוי נע בין אחת לחמש (הנתונים אינם מוצגים). בממוצע, התרחשה מוטציה מוטעית אחת בכל 1000 בסיסים.

איור 1: סכמות של הגישה המבוססת על Y2H לסינון מוטנטים ריקים/לקויים באינטראקציה. (A) מערכת Y2H. (B) אסטרטגיה לבידוד מוטנטים ריקים/לקויים באינטראקציה. 1: וקטור Y2H החדש שנבנה מכיל עותק של הגן KanMX במורד הזרם של תג Y2H, תחום DB ו- AD. חשוב לציין, גן KanMX זה חסר קודון התחלה והוא מחוץ למסגרת עם תג Y2H. לכן, הגן KanMX אינו צפוי להתבטא מווקטור זה. כאשר מקטע DNA מוגבר PCR מוכנס לתוך הווקטור, הגן KanMX נמצא בתוך מסגרת עם תג Y2H ומבוטא. כתוצאה מכך, רק פלסמידים המכילים את האינסרט מסוג פרא או אינסרט עם מוטציה מוטעית יכולים לבטא את הגן KanMX, המקנה עמידות ל-G418. פלסמידים עם מוטציה שטותית או שינוי מסגרת אינם יכולים לבטא את הגן KanMX. 2: הספרייה המוטנטית שנבנתה בשלב 1 מוחדרת לתאי השמרים המארחים Y2H. כאשר מופיעים טרנספורמנטים, נוצרים העתקים. על ידי השוואת הביטוי של גנים של כתב ועמידות ל- G418, ניתן לבחור מועמדים של מוטנטים ריקים / לקויים באינטראקציה. (ג) דוגמה למיון. ספריית הפלסמיד, שכללה Gal4-AD ומקטע DNA Pol2-C שעבר מוטגניזציה של PCR, הוכנסה לזן המארח Y2H TAT-7, שעבר טרנספורמציה מוקדמת עם פלסמיד LexA-Mcm10. מוצגות תמונות של תאים לפני (משמאל) ואחרי (באמצע) בדיקת הצבע ושל תאים שגדלו על לוח SC-LW+G418 (מימין). דוגמאות למועמדים של מוטנטים ריקים/לקויים ומועמדים כוזבים מסומנות על ידי ראשי חץ לבנים ושחורים, בהתאמה. (D) רצף דנ"א סביב אתר השיבוט של וקטורי Y2H, AD (למעלה) ו-DB (למטה). הרצף מעשר חומצות האמינו האחרונות (aa) של התג Y2H (אדום) לחלק המתאים לעשר ה-aa הראשונות של KanMX (ירוק) מוצג. אתרי זיהוי של SmaI ו- BamHI מוצגים גם כן. המיקומים של פריימרים PCR מוצגים בתחתית כאשר אתר BamHI משמש כאתר השיבוט. אותם פריימרים חלים על שיבוט הגן המעניין לפלסמידים האחרים (pST2303/2523). נתון זה שונה מ Tanaka et al.4. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: דוגמה לתהליך הסינון של מוטציות אינטראקציה-ריקות/לקויות. (A) 47 המושבות שבודדו כשיבוטים מועמדים, כפי שמוצג באיור 1C, גדלו שוב על מדיום SC-LW המכיל G418 ועברו בדיקת צבע. +: שליטה חיובית (Wt Pol2-C), -: שליטה שלילית (וקטור). שיבוטים של מועמדים שמספרם 1-25 גודלו בתרבית כדי לשחזר פלסמידים. (B) פלסמידים נמצאו מכל שיבוט מועמד ב-(A), הוכנסו לתאי מארח Y2H, ושוב עברו בדיקת צבע. 16 מהם היו לבנים (חסרי צבע). מהם הוכנו תמציות של תאים שלמים, ובוצעה הדבקה מערבית עם נוגדן חד-שבטי אנטי-HA. המספר בלוח מתאים למספר ב- (A). בוצעו ניתוחים של מספר שיבוטים פלסמידים עצמאיים שנמצאו מכל מועמד למעט #6. (C) תוצאות בדיקת הצבע עבור 12 השיבוטים הסופיים. המספרים מתאימים לאלה שב-(A). #16, ששמר על האינטראקציה עם Mcm10, שימש כבקרה החיובית בבדיקת הצבע. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
| שם | דומיין Y2H | סמן (שמרים) | סמן (E. coli) | הערה | הפניה |
| pST2303 | DB (LexA) | TRP1 | אמפיצילין | אין דליפה של KanMX | 4 |
| עמ' 2523 | DB (LexA) | TRP1 | סטרפטומיצין | אין דליפה של KanMX | עבודה זו |
| pST2302 | AD (Gal4) | LEU2 | אמפיצילין | דליפה של KanMX | 4 |
| עמ' 2525 | AD (Gal4) | LEU2 | אמפיצילין | מקטע NotI המכיל loxP מרובים מוסר מ-pST2302. דליפה של KanMX | עבודה זו |
| pST2527 | AD (Gal4) | LEU2 | סטרפטומיצין | דליפה של KanMX | עבודה זו |
טבלה 1: רשימה של וקטורי Y2H המכילים KanMX מחוץ למסגרת עם התג Y2H.
קובץ משלים 1: דוגמה לתערובות ה-PCR, פרטי הפריימר ותנאי התגובה. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
המחברים מצהירים כי אין להם ניגוד עניינים.
האינטראקציות של ביומולקולות, כגון אינטראקציות חלבון-חלבון, הן הבסיס המולקולרי של פונקציות ביולוגיות. אם ניתן לבודד מוטנטים ריקים/לקויים שחסרים באופן ספציפי את האינטראקציה הרלוונטית, הם יעזרו מאוד להבין את הפונקציות של אינטראקציה זו. מאמר זה מציג דרך יעילה לבודד מוטציות ריקות/לקויות אינטראקציה.
י. טנאקה ביצע את השיפור הטכני של Y2H. עבודה זו נתמכת על ידי JSPS KAKENHI Grant Number JP22K06336 והמכון לתסיסה, אוסקה.
| 0.5 מ' EDTA (8.0) | Nacalai Tesque Inc. | 14347-21 | |
| 10% תמיסת SDS | פוג'יפילם Wako Pure Chemical Corp. | 313-90275 | |
| 2-מרקפטואתנול | פוג'יפילם Wako Pure Chemical Corp. | 135-07522 | |
| 2-פרופנול | קישידה כימיקלים בע"מ | 110-64785 | |
| 5-Bromo-4-chloro-3-indolyl-β-D-galactopyranoside (X-Gal) | Fujifilm Wako Pure Chemical Corp. | 021-07852 | |
| Agar | Formedium | AGR60 | |
| Ampicillin נתרן | פוג'יפילם Wako Pure Chemical Corp. | 68-52-3 | |
| אנטי-HA-tag mAb-HRP-DirecT | רפואי & מעבדות ביולוגיות בע"מ | M180-7 | |
| DNA מאשכי סלמון | Merck KGaA. | D1626 | |
| אתנול | Merck KGaA. | 9-0770-4-4L-J | |
| נייר סינון להרמת מושבה (כיתה 50) | Whatman, Cytiva | 1450-090 | |
| נייר סינון להרמת מושבה (No.4A) | Advantec Toyo Kaisha, Ltd. | ||
| נייר סינון 01411090 לציפוי שכפול (מס' 1) | Advantec Toyo Kaisha, Ltd. | 00011150 | |
| G-418 סולפט | פוג'יפילם Wako Pure Chemical Corp. | 075-05962 | |
| חומצה הידרוכלורית | קישידה כימיקלים בע"מ | 230-37585 | |
| KCl | Fujifilm Wako Pure Chemical Corp. | 163-03545 | |
| ליתיום אצטט דיהידראט | נקלאי טסק בע"מ | 20604-22 | |
| MgSO4• 7H2O | Fujifilm Wako Pure Chemical Corp. | 131-00405 | |
| Na2HPO4• 12H2O | נקלאי טסק בע"מ | 10039-32-4 | |
| NaCl | Nacalai Tesque Inc. | 31319-45 | |
| NaH2PO4• 2H2O | נקלאי טסק בע"מ | 31717-25 | |
| מגבת נייר | AS ONE Corp. | 7-6200-02 | |
| פנול: כלורופורם: איזואמיל אלכוהול 25: 24: 1 | נקלאי טסק בע"מ | 25970-56 | |
| DNA פלסמיד | פרויקט המשאבים הביולוגיים הלאומי - ערכת בידוד שמרים (https://yeast.nig.ac.jp/yeast/top.xhtml) | ||
| פלסמיד | Nippon Genetics Co. Ltd. | FG-90502 | |
| פוליאתילן גליקול #4,000 | Nacalai Tesque Inc. | 11574-15 | |
| SC תערובת נשירה כפולה -Leu -Trp | Formedium | DSCK172 | |
| ערכת שיבוט חלקה (הרכבה בהיתוך) | Takara Bio Inc. | #639648 | |
| אבקת חלב רזה | Fujifilm Wako Pure Chemical Corp. | 190-12865 | |
| סטרפטומיצין סולפט | פוג'יפילם Wako Pure Chemical Corp. | 3810-74-0 | |
| Taq פולימראז (GoTaq Green Master Mixes) | Promega Corp. | M7122 | |
| TRIS (הידרוקסימתיל) אמינומתאן | Formedium | TRIS01 | |
| Triton X-100 | Nacalai Tesque Inc. | 12967-45 | |
| Tryptone | ThermoFisher Scientific Inc. | 211705 | |
| Tween 20 | Nacalai Tesque Inc. | 35624-15 | |
| תמצית שמרים | ThermoFisher Scientific Inc. | 212750 | |
| בסיס חנקן שמרים (YNB) | Formedium | CYN0210 | |
| Zymolyase 100T | Nacalai Tesque Inc. | 07665-55 |