Saccharomyces cerevisiaeの内因性位置でヒストン遺伝子の突然変異を生成するための戦略が提示されます。
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Saccharomyces cerevisiaeの内因性位置でヒストン遺伝子の突然変異を生成するための戦略が提示されます。
私たちは、出芽酵母細胞のヒストン遺伝子に標的変異を生成するためのPCRおよび相同組換えベースのシステムについて説明します。結果として生じる変異対立遺伝子は、その内因性ゲノム部位に存在し、処置後、ゲノムに外因性DNA配列は残されません。一倍体酵母細胞では、4つのコアヒストンタンパク質のそれぞれが、高度に相同なオープンリーディングフレーム(ORF)を持つ2つの非対立遺伝子によってコードされているため、特定のヒストンタンパク質をコードする2つの遺伝子のうちの1つを特異的に標的とする突然変異誘発が問題となる可能性があります。ここで説明する戦略は、相同組換えステップのために標的遺伝子のORFの内部ではなく外部の配列を利用することにより、この問題を回避します。このシステムのもう一つの特徴は、相同組換えステップを駆動するDNAの領域を非常に広範囲にすることができ、したがって、統合イベントが成功する可能性を高めることができることです。これらの特徴により、この戦略はヒストン遺伝子の突然変異誘発に特に適していますが、酵母ゲノムの他の遺伝子の突然変異誘発にも適応できます。
4つのコアヒストンタンパク質H2A、H2B、H3、およびH4は、真核生物の染色体の締固め、組織、および機能において中心的な役割を果たしています。これらのヒストンのそれぞれの二組は、最終的にヌクレオソーム1の形成をもたらす、ヒストン八量体、自身の周囲のDNAの〜147塩基対の折り返しを指示する分子スプールを形成します。ヌクレオソームは、そのような遺伝子転写の調節および染色体全体のユークロマチンとヘテロクロマチンの形成と染色体ベースのプロセスの様々な積極的な参加者であり、そのように、過去数十年にわたって集中的な研究の焦点となっています。これらの機構は、ヒストン残基、ATP依存的ヌクレオソームのリモデリング、およびATP非依存性ヌクレオソーム再編成の翻訳後修飾を含む - の機構の数がヌクレオソームは、特定のプロセスの実行を容易にすることができる方法で操作することができるによって記載されています及び組立/分解2,3。
出芽酵母サッカロマイセス・セレビシエは、真核生物におけるヒストンの機能を理解するために、特に強力なモデル生物です。これは主に遺伝的および生化学的実験の様々なドメイン真核生物および酵母の従順を通して、ヒストンタンパク質の進化的保存の高度に帰することができる4に近づきます。酵母における逆遺伝的アプローチは広くクロマチン生物学のさまざまな側面に関する特定のヒストン変異の影響を研究するために使用されてきました。実験のこれらのタイプのためには、自律的なプラスミドからの発現は、ヒストンタンパク質の異常な細胞内レベルにつながることができますように(これは細胞内でのプラスミドの様々な数に)、変異型ヒストンが母国のゲノム遺伝子座から発現される細胞を使用することが好ましいことが多いとクロマチンアンの同時変更最終的には結果の解釈を混乱することができvironments、。
ここでは、ゲノム中の残りの外因性DNA配列せずに所望の変異(複数可)の生成にクローニングステップと結果を必要としないそれらの天然ゲノム位置でのヒストン遺伝子の標的突然変異誘発を可能にするPCRベースの技術が記載されています。この技術は、酵母内で効率的な相同組換え系を利用し、他のグループによって開発された他の同様の技術と共通のいくつかの機能があります-最も顕著Delitto PERFETTO、サイト固有のゲノム(SSG)突然変異誘発、およびクローニングのないPCRに基づく対立遺伝子を代替法5、6、7。しかし、私たちが説明する手法は、特にヒストン遺伝子の突然変異誘発のために非常に適しせる側面を持っています。半数体酵母細胞では、4つのコアヒストンの各々は、二つの非Aによりコードされますllelicと相同性の高い遺伝子は、たとえば、ヒストンH3はHHT1とHHT2遺伝子によってコードされ、そして2つの遺伝子のオープンリーディングフレーム(ORF)は、シーケンス内の90%以上同一です。相同性のこの高度に特異的突然変異誘発のための2つのヒストンをコードする遺伝子のいずれかを標的とするように設計された実験を複雑にすることができます。上述の方法は、多くの場合、相同組換えを駆動するために、標的遺伝子のORF内の少なくともいくつかの配列の使用を必要とするのに対し、ここで説明する技術は、のために(非常に少ない配列相同性を共有する)ヒストン遺伝子のORFに隣接する配列を利用します組換え工程は、所望の遺伝子座に突然変異誘発の成功した標的化の可能性を高めます。また、再結合を駆動相同領域は、さらに効率的な標的相同組換えに貢献し、非常に広範であることができます。
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注: その場ヒストン遺伝子の突然変異誘発において標的とするための実験戦略は、( 図1にまとめた)いくつかのステップを含んでいます。これらの手順は、(1)URA3遺伝子と標的ヒストン遺伝子の置換を、所望の変異を保有するプライマーを用いて標的ヒストン遺伝子の2つの部分的に重複するフラグメントに対応するPCR産物(2)の生成、精製、(3 )融合統合のためにフルサイズのPCR産物を得るための2つの部分的に重複する断片のPCR、フルサイズのPCR産物と骨格プラスミドの(4)同時形質転換し、プラスミド上のマーカーの選択、(5)画面5-FOA耐性形質転換体、(6)5-FOA耐性コロニーの精製および骨格プラスミドの損失、および(7)分子は、突然変異対立遺伝子を適切に統合するためのアッセイに分析しています。

図1:出芽酵母におけるヒストン遺伝子のその場突然変異誘発にターゲットを絞った戦略の概要。この例では、標的遺伝子はHHT2であるが、他のコアのヒストン遺伝子はまた、この方法を使用して突然変異誘発することができます。図に示すように、(A)半数体酵母細胞が配置された二つのヒストンH3をコードする遺伝子(HHT1とHHT2)と2つのヒストンH4をコードする遺伝子(HHF1とHHF2)を保有する(HHT1とHHF1遺伝子は染色体IIとHHT2上に配置されていますそしてHHF2遺伝子は染色体XIVに配置されている-それぞれの場合において、矢印は転写の方向を指します)。手順の最初のステップでは、HHT2遺伝子のORFはhht2Δ:: URA3株を生じさせる、URA3遺伝子と置換されています。 (B)第1部では、ゲノムDNA試料からHHT2遺伝子の野生型コピー属には、2つのPCR反応のテンプレートとして使用され遺伝子の2つの部分的に重複するフラグメントをTE。最初の反応のためのリバースプライマーは、ゲノム中に導入される所望の突然変異(単数または複数)に対応する(赤い円で示される)は、1つ以上のミスマッチのヌクレオチドを含みます。第二の反応のためのフォワードプライマーは(も赤い丸で示す)の逆相補的な構成で同等の不一致があります。フルサイズのPCRの世代にこの結果パート2に示した2つのPCR部1で生成された製品(製品AおよびB)、その後の方法で二つのプライマーアニーリングの製品にAとBを使用して、融合PCRのテンプレートとして使用されています製品(パート3の生成物c)所望の変異(複数可)を保有します。 (C)hht2Δは:: URA3株は、その後で同時形質転換欠く培地上で(フルサイズのPCR産物及び骨格プラスミド(HIS3-この例でプラスミドを表示)で、細胞がプラスミドの存在のために選択されます時間この例ではistidine)。形質転換体を5-FOA抵抗性に関してスクリーニングする-耐性細胞は、図示のように、URA3遺伝子のPCR産物および切除の統合をもたらす相同組換え事象を受けた候補です。有糸分裂細胞分裂によって骨格プラスミドのその後の損失は、最終的な所望のヒストン変異株をもたらします。我々は、骨格プラスミドの選択は、主に自発的なURA3変異を獲得した細胞を識別し、5-FOAプレート上で直接選択、と比較して、正しい組込み事象の識別のはるかに高い周波数では5-FOA抵抗性の結果を得るためのスクリーニングに続いていることを発見しました。 (この図は、基準14から変更されています)。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
URA3とターゲットヒストン遺伝子の1交換遺伝子
2.生成および所望の変異を保有するプライマーを用いて、ターゲットヒストン遺伝子の2つの部分的に重複するフラグメントに対応するPCR産物の精製(複数可)
統合のためのフルサイズPCR産物を得るために、2つの部分的に重複断片の3融合PCR
プラスミド上のマーカー4.フルサイズのPCR製品とバックボーンプラスミドの同時形質転換、および選択
5-FOA耐性形質転換体5.画面
6. 5-FOA耐性コロニーの精製および骨格プラスミドの損失
変異対立遺伝子を適切に統合するためのアッセイ7.分子解析
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私たちは、 その場での突然変異誘発戦略において標的の代表例として、グルタミン酸(H3-R53E変異体)にアルギニンから53位での置換を保有するヒストンH3変異体タンパク質を発現するhht2対立遺伝子の発生を記載しています。
私たちは、HHT2のORF全体がURA3遺伝子(プロトコールのステップ1を参照)に置換された菌株を生成しました。この株は、yAAD156は、また、細胞がヒスチジンに対して栄養要求性であることが原因とhis3Δ200対立遺伝子を、保有します。プロトコルのステップ2に示された手順に従い、我々はその後HHT2の2つの部分的に重複するフラグメントを生成しました。フォワードプライマー(OAD20):5 'GCGTTCATTATCGCCCAATGTG 3'及びリバースプライマー(R53E...
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一倍体S.セレビシエ細胞における4つのコアヒストンタンパク質のそれぞれのコードは、具体的突然変異誘発のための2つの遺伝子のいずれかをターゲットにする研究者のための挑戦を表すことができる2つの非対立遺伝子間の配列相同性の高レベル。以前は頻繁に依存し、Delitto PERFETTO、サイト固有のゲノム(SSG)突然変異誘発、およびクローニングのないPCRに基づく対立遺伝子交換方法5、6、7、ならびにより最近の酵母CRISPRベースの技術15を含む、酵母の突然変異誘発法を説明少なくとも部分的には、最終的に最終的な変異対立遺伝子を生成するために、所望のゲノム部位への組換えまたは修理機械を募集する標的遺伝子のORF内の配列に。一方、ここで提示した戦略はhomologoを駆動するための標的ORFに隣接するDNA配列を利用します私たちの組換え事象変異の統合に必要な、そして、その結果...
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著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。
この原稿の準備中に有益なコメントをいただいたReine Protacioに感謝します。全米科学財団(助成金番号1243680および1613754)とヘンドリックスカレッジオデッセイプログラムの資金援助に感謝の意を表します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1 kb DNA ラダー (DNA スタンダード) | New England BioLabs | N3232L | |
| Agarose | Sigma | A5093-100G | |
| ホウ酸 | Sigma | B0394-500G | |
| dNTP ミックス (各 10 mM) | ThermoFisher Scientific | R0192 | |
| EDTA 溶液 (0.5 M、pH 8.0) | AmericanBio | AB00502-01000 | |
| エタノール (200 プルーフ) | Fisher Scientific | 16-100-824 | |
| エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム塩二水和物 (EDTA) | Sigma | E4884-500G | |
| 酢酸リチウム二水和物 | Sigma | L6883-250G | |
| MyCycler Thermal Cycler | BioRad | 170-9703 | |
| ポリ(エチレングリコール) (PEG) | Sigma | P3640-1KG | |
| PrimeSTAR HS DNA Polymerase(high fidelity DNA polymerase) and 5x buffer | Fisher Scientific | 50-443-960 | |
| サーモン精子DNA溶液 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 15632-011 | |
| グマ7-9(トリスベース、粉末状) | シグマ | T1378-1KG | |
| 酢酸ナトリウム三水和物 | シグマ | 236500-500G | |
| スープラふるいGPGアガロース(低計量温度アガロース) | AmericanBio | AB00985-00100 | |
| Taqポリメラーゼおよび10xバッファー | ニューイングランドバイオラボ | M0273X | |
| つまようじフィ | ッシャー サイエンティフィ | S67859 | |
| Tris-HCl (1 M、pH 8.0) | AmericanBio | AB14043-01000 | |
| A-D(+)-グルコース | フィッシャー サイエンティフィック サイエンティ | フィック ダイエン | |
| 寒天 | フィッシャー サイエンティ | DF0140-01-0 | 酵母 培 |
| ペプトン | フィッシャー サイエンティフィック | DF0118-07-2 | YPD中用 |
| エキス | フィッシャーサイエンティフィック | DF0127-17-9YPD | 中用 |
| -アミノ安息香酸 | シグマ | A9878-100G | 完全な最小ドロップアウト培地 |
| アデニン | シグマ | A8626-100G | は、完全な最小ドロップアウト媒体です |
| 塩酸グリシン | Sigma | G2879-100G | 、完全な最小ドロップアウト培地 |
| L-アラニン | シグマ | A7627-100G | 完全最小ドロップアウト媒体 |
| L-アルギニン一塩酸塩 | シグマ | A5131-100G | 、完全な最小ドロップアウト媒体 |
| L-アスパラギン一水和物 | シグマ | A8381-100G | 、完全な最小ドロップアウト培地 |
| L-アスパラギン酸ナトリウム塩一水和物 | Sigma | A6683-100G | 、完全な最小ドロップアウト媒体 |
| L-システイン塩酸塩一水和物 | Sigma | C7880-100G | 、完全最小ドロップアウト培地 |
| L-グルタミン酸塩酸塩 | Sigma | G2128-100G | 、完全最小ドロップアウト培地 |
| L-グルタミン | Σ | G3126-100G | 完全低ドロップアウト培地 |
| L-ヒスチジン一塩酸塩一水和物 | シグマ | H8125-100G | の完全な最小ドロップアウト培地 |
| L-イソロイシン | Sigma | I2752-100G | 完全最小ドロップアウト媒体用 |
| L-ロイシン | Sigma | L8000-100G | 完全最小ドロップアウト媒体 |
| L-リジン一塩酸塩 | Sigma | L5626-100G | 、完全最小ドロップアウト培地用 |
| L-メチオニン | シグマ | M9625-100G | 完全最小ドロップアウト培地用 |
| L-フェニルアラニン | Σ | P2126-100G | 完全低ドロップアウト培地用 |
| L-プロリン | Sigma | P0380-100G | 完全最小ドロップアウト媒体用 |
| L-セリン | Sigma | S4500-100G | 完全最小ドロップアウト媒体用 |
| L-スレオニン | シグマ | T8625-100G | 完全最小ドロップアウト培地用 |
| L-トリプトファン | Σ | T0254-100G | 完全低ドロップアウト培地用 |
| L-チロシン | シグマ | T3754-100G | 完全最小ドロップアウト媒体用 |
| L-バリン | シグマ | V0500-100G | は完全な最小ドロップアウト媒体用 |
| myo-イノシトール | Sigma | I5125-100G | (完全な最小ドロップアウト媒体用) |
| ウラシル | シグマ | U0750-100G | の完全な最小ドロップアウト媒体 |
| 硫酸アンモニウム | フィッシャーサイエンティフィック | A702-500 | の完全な最小ドロップアウト培地 |
| 酵母窒素ベース | フィッシャーサイエンティフィック | DF0919-07-3 | 完全最小ドロップアウト培地用 |
| 5-フルオロロチン酸(5-FOA) | AmericanBio | AB04067-00005 | for 5-FOAミディアム |
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