酵母 2 ハイブリッド スクリーンのバッチ処理は、獲物の融合蛋白質の非常に複雑なセットを持つ複数の餌の蛋白質の相互作用のプロファイルの直接比較のためことができます。ここでは、我々 は洗練された方法、新しい試薬とこのような画面の使用を実装する方法について説明します。
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酵母 2 ハイブリッド スクリーンのバッチ処理は、獲物の融合蛋白質の非常に複雑なセットを持つ複数の餌の蛋白質の相互作用のプロファイルの直接比較のためことができます。ここでは、我々 は洗練された方法、新しい試薬とこのような画面の使用を実装する方法について説明します。
酵母 2 ハイブリッド法によるタンパク質-タンパク質相互作用のためのスクリーニングは、効果的なツールを長年が、その使用は主として相互作用する候補者のライブラリで濃縮され高い高親和性インターアクターの発見に制限されています。伝統的な形式の酵母 2 ハイブリッド試金は低親和性インターアクターを発見可能性があります低金詰りで実施を分析するあまりにも多くの植民地を得ることができます。また、別の餌プラスミドに対して同じライブラリの包括的かつ完全な尋問、なし比較分析を実現できません。これらの問題のいくつかは、アレイ獲物ライブラリを使用して対処できる、コストとインフラストラクチャは、このような画面を操作するために必要なことが禁止できます。代わりに、我々 は同時に過渡の多数を明らかにする酵母 2 ハイブリッド試金を適応しているし、戦略を利用した単一の画面内で静的な蛋白質の相互作用に deepn 深さ (評価のタンパク質ネットワークの動的な濃縮) と呼ばれています。ハイスループット DNA の配列と相互作用のパートナーをエンコード プラスミドの人口の進化に従ってくださいに計算が組み込まれています。ここでは、カスタマイズされた試薬と簡単にかつ低コストで実行する deepn 深さが画面を可能にするプロトコルについて述べる。
細胞生物学的プロセスの完全な理解は、その分子機構の根底にある蛋白質相互作用ネットワークの検索に依存します。蛋白質の相互作用を識別する 1 つの方法は興味の蛋白質の 2 つの領域は互いにバインド1一度機能しているキメラ転写因子を組み立てることによって動作する酵母 2 ハイブリッド (Y2H) 試金。Y2H の典型的なスクリーンがプラスミド転写活性化因子に融合相互作用の蛋白質の両方図書館を収容する酵母の人口を作成することによって実行されます (例えば.、'捕食' 融合タンパク質) とタンパク質から成る特定の '餌' プラスミド興味の DNA 結合ドメイン (例えば、Gal4 上流活性化シーケンスにバインド Gal4 DNA 結合ドメイン) に溶けます。Y2H アプローチの主な利点の 1 つは、比較的簡単だし、ルーチンワーク分子生物2の典型的な研究室で実施する安価な装備です。しかし、伝統的に実行されると、ユーザーは正の Y2H 相互作用の選択により発生する個々 のコロニーをサンプリングします。これは、調査することができますライブラリ '捕食' クローンの数を厳しく制限されます。この問題は、特定の相互作用する獲物の豊富さが非常に高い他、低豊富な獲物プラスミドからの相互作用を検出する機会を減少と関連した合成されます。
プロテオームの包括的なカバレッジの Y2H 原理を使用して 1 つのソリューションは、知られている個々 の獲物プラスミドを含む配列を前記デジタルに尋問できるマトリックス形式のアプローチの使用です。ただし、このようなアプローチは蛋白質またはドメイン3の少数のインタラクトームを定義する際に興味を持っている個々 の捜査官に容易にアクセスや費用対効果のないインフラストラクチャが必要です。さらに、複数のフラグメントの相互作用の蛋白質を符号化するかもしれない非常に複雑な獲物ライブラリは、非現実的なサイズにこのような行列の配列のサイズを拡大します。代わりに、バッチで複雑なライブラリとアッセイを行い、大規模な並列高スループット シーケンス4を使用して相互作用するクローンの存在を評価します。これはアッセイの典型的なを使用して複数のコロニーで発生する獲物プラスミドの存在に適用できる Y2H 形式アプローチする酵母の細胞融合蛋白質の相互作用のペアを住宅プレート5,6に成長すること。この一般的な考えは、両方の複数の餌のクエリを増やすし、同じ時間7,8のコンポーネントを獲物に強調することができます。
それでも、多くの調査は簡単にまだ努力に注力ほんのタンパク質 '餌' を必要とし、単一の複雑な獲物ライブラリの包括的な半定量的なクエリによって恩恵を受けることができます。我々 は開発し、バッチ形式4で Y2H 原理を用いた大規模タンパク質相互作用研究を実行するアプローチを検証します。Y2H 相互作用9の相対的な強さのためのプロキシとして特定の獲物プラスミドの膨張率を使用します。集団内のすべてのプラスミドのディープ シーケンスが正常な成長を受けるまたは選択成長条件は、強くて弱い Y2H 相互作用を得られるクローンの完全なマップを生成します。インターアクターのレパートリーを入手し、直接複数の餌プラスミド間で比較することができます。Deepn 深さ (評価のタンパク質ネットワークの動的な濃縮) と呼ばれる作成されたワークフローは、対別のもの 1 つのタンパク質の比較を許可する蛋白質を識別する同じ獲物ライブラリから差分 interactomes を識別するためにこのように使用できます。
Deepn 深さを示すここでは、図 1に記載されている、その使用を容易にする実験室方法の改善を紹介。大幅な改善が含まれます。
獲物酵母集団の生成します。プラスミド獲物ライブラリの分布が同じ別の餌プラスミドと酵母の集団の生成 deepn 深さの重要な要件の 1 つです。獲物プラスミド ライブラリの同等基準集団が異なる餌の interactomes 間の正確な比較を行うために不可欠です。これは最高のライブラリ プラスミドは既に建物半数体酵母の人口で、その人口に与えられた餌のプラスミドの移動は、二倍体を生成する交配によって達成されるとき達成します。ここでは、我々 は半数体酵母の市販のライブラリを使用してこのような集団を作る方法で、明確な指針を提供します。我々 は二倍体数が多いを生成するメソッドを発見したが、これら商用ライブラリを含む酵母菌の全体的な交尾効率が低かった。したがって、交配反応あたりはるかに多くの切片が得られます獲物ライブラリを収容できる新しいひずみを構築しました。
新しい餌プラスミドの設定をします。エクスプレス '餌' 融合蛋白質で構成される興味の DNA 結合ドメインとタンパク質の多くの現在のプラスミドは、2 μ ベース、コピー数を増幅させることです。このコピーの数は、人口の非常に変数をでき、Y2H 転写応答の可変性に 。これは、ターンでは選択範囲の下のセルの成長の応答に基づいて特定の蛋白質の相互作用の強さを測定する能力が偏る可能性があります。これは、部分的アドレスのいくつかは以前市販 pDEST3210など記載されている低コピー プラスミドを用いた。上流の餌フラグメントの両方のクローンを作成ことができます Kanr 耐性遺伝子を運ぶTRP1セントロメア ベース低コピー プラスミド内 Gal4 DNA 結合ドメイン融合蛋白質を作り出す新しい餌プラスミド (pTEF GBD) を構築したとGal4 DNA 結合ドメインの下流。
新しい高密度 Y2H フラグメント ライブラリ。家 Y2H 獲物ライブラリに新しいプラスミドを構築し、ゲノム DNA の断片をランダムにせん断の酵母から作られた非常に複雑な Y2H ライブラリをビルドするために使用します。シーケンス解析は、このライブラリが前述の酵母ゲノム Y2H プラスミド ライブラリ11よりも遠く複雑以上 100 万の異なる要素を持っていたことを示した。この新しいライブラリ DEEPN ワークフローが堅牢な信頼性が高く、再現性のある方法で多くの異なるプラスミドを持つ複雑なライブラリに対応することを示すことができました。
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1. メディアとプレートの準備
注: すべてのプレートは最小限、プロトコルを開始する前に 2 日間で行われる必要があります。メディアは、任意の時点で作成できます。ただし、バッファリングされた酵母エキス ペプトン ブドウ糖アデニン (bYPDA) は、使用する日を可能にする必要があります。いくつかのメディアは、通常使用されるものよりも大きいがアデニンのレベルを含むサプリメント ミックスを使用して行われます。ほとんどの最小媒体サプリメントは、10 mg/L アデニンを指定します。サプリメントのラベル '+ 40Ade' 40 mg/L のアデニンの合計を指定します。
2. クローニングと餌プラスミドの検証
注: Gal4 DNA 結合ドメインのプラスミッドの構造。現在、さまざまな市販と学問的な Y2H システムがあります。TRP1の DNA 結合ドメインに融合した興味の蛋白質を表現する餌プラスミドが deepn 深さはこれらの多くを収容できる-プラスミドを含みます。その他のダウン ストリームの要件シーケンスは、すぐに上流獲物ライブラリの挿入が知られており、正 Y2H の相互作用はヒスチジンに欠けているメディアの選択を可能にする His3 の生産によって得点することができます。ここで述べる新しい Y2H 餌プラスミド (pTEF GBD、図 2) の使用、ただし、同様 pGBKT7 を含む他の Y2H 餌プラスミドを使用できます。建設と餌プラスミドの評価、pTEF GBD の使用を述べる。一般的な注意としては、いい表情、クローン作成の容易さを確保するために酵母のコドン バイアスに準拠するオープンリーディング フレームを生成する遺伝子合成をお勧めします。クローン作成方式が Gal4 DNA 結合ドメインのフレームと 3' サイトへのクローニングしているとき、停止コドン餌コード領域を次の餌にできることを確認します。
3. Gal4 DNA 結合ドメイン融合タンパク質の発現
4. 自己活性化テスト
5. 餌と獲物ライブラリ酵母集団を作成します。
注: 住宅商業獲物ライブラリ プラスミド Y187 ひずみはよく、相手をしません。したがって、次の最適化条件はライブラリの複雑さを維持するために必要です。PLY5725 ひずみ含む Y2H 獲物ライブラリ仲間良いとこの株 (図 5) で交尾と同じ手順を使用できます。
6. deepn 深さが深いシーケンス処理の前処理
7. ディープ シーケンス
注: サンプル調製とディープ シーケンス プラットフォームの配列は商業および学術の DNA シーケンスの中核施設で一般に利用です。
8. バイオ情報処理と検証
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Y2H 試金は蛋白質: 蛋白質の相互作用を見つけるため広く使用されているし、いくつかの適応やシステムが開発されています。ほとんどの部分については、これらの従来のアプローチを成功させるに役立つ同じ考慮事項が deepn 深さが重要です。重要なベンチマークのいくつかが含まれます: DNA 結合ドメインの発現融合蛋白質、スプリアスの低バック グラウンド彼 + 空獲物プラスミド、餌の配偶効率と利子の餌を含む切片で成長性の確保を確保します。マタ ライブラリ含有酵母を含む MATalpha は酵母、そして最後に、多くの肯定的な Y2H 反応選択条件下で成長する人口を許可する低逼迫条件もものその農産物の低レベルの His3 活動と弱いY2H 転写応答。
Deepn 深さの重要な側面の一つは、再現性をもって Y2H ライブラリを別の餌のプラスミドを持つ系統に投入し、プラス Y2H の相互作用を作成するこれらのライブラリのプラスミッドのためのそれらの人口を確実に選択です...
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ここで最適化されたメソッドを使用してバッチで Y2H アッセイを実行する方法のためのガイドを提供します。開始ライブラリの代表を選択下に置かれると酵母の人口には変動を制限するための選択を受けること開始の酵母集団の十分なされているかを確認する手順をいくつかの重要なステップがあります。.重要なは、これらのベンチマークは、比較的適応方法やこのアプローチになり、ほとんどの実験室標準的な分子生物学のための装備にアクセスできる伝統的な Y2H アッセイの材料と一緒に実現しやすい。Deepn 深さが異なる餌プラスミドを使用しながら同じ獲物ライブラリ人口から選択が可能します。したがって、対別のもの 1 つの餌と Y2H の相互作用を生成する相互作用の候補の集合を直接比較できます。ディープ シーケンスを使用するため、各餌固有酵母集団の開始のライブラリ構成を確認してください、ライブラリにある各候補の獲物遺伝子の濃縮を個別に従ってくださいできます。バッチ処理では、統計的ランキング4を計算することができます、半定量的な方法で異なる餌に対して同じライブラリを照会することができます。
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著者がある何も開示するには
NGS ライブラリの準備およびシーケンスのための人間遺伝学研究所内スタッフに感謝いたします。ここで作られた Y2H プラスミド ライブラリのゲノム ライブラリー フラグメントの準備で彼女の専門知識を Einat snir/を感謝いたします。この仕事は健康の国民の協会によって支えられた: NIH R21 EB021870 01A1、NSF 研究プロジェクト助成: 1517110。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| Illumina HiSeq 4000 | Illumina | ディープシーケンシングプラットフォーム | |
| モノクローナル抗HA抗体 | Biolegend | 901514 | pGal4ADコンストラクトにおけるHAの発現を検出するための一次抗体 |
| ポリクローナル抗myc抗体 | QED Biosciences Inc | 18826 | pTEF-GBDコンストラクトにおけるMYCの発現を検出する一次抗体 |
| NarI | New England BioLabs | R0191S | |
| EcoRI-HF | New England BioLabs | R3101S | |
| BamHI-HF | New England BioLabs | R3236S | |
| XhoI | New England BioLabs | R0146S | |
| ポリエチレングリコール 3350、粉末 | J.T. Baker | U2211-08 | |
| Salmon Sperm DNA | Trevigen, Inc Fisher Scientific | 50-948-286 | 酵母形質転換のためのキャリアDNA セクション3.2.1。 |
| カナマイシン一硫酸 | 研究製品国際 | K22000 | |
| LEアガロー | GeneMate | E-3120-500 | DNAアガロースゲルの製造に使用される |
| 塩化ナトリウム | 研究製品国際 | S23025 | |
| プトン | 研究製品国際 | T60060 | |
| D-ソルビトール | 研究製品国際 | S23080 | |
| 酢酸リチウム二水和物 | MP Biomedicals | 155256 | |
| 塩化カルシウム | サーモフィッシャー | C79 | |
| EDTA ナトリウム塩 | 研究製品 国際 | E57020 | |
| 酵母抽出粉末 | 研究製品 国際 | Y20020 | |
| 酵母窒素塩基 (硫酸アンモニウム) w / o アミノ酸 | 研究製品インターナショナル | Y20040 | |
| CSM-TRP-Leu+40ADE | Formedium | DCS0789 | |
| CSM-Trp-Leu-HIS+40ADE | Formedium | DCS1169 | |
| CSM-Leu-Met | Formedium | DCS0549 | |
| CSM-Trp-Met | Bio 101, Inc | 4520-922 | |
| L-メチオニン | Formedium | DOC0168 | |
| アデニン | 研究製品国際 | A11500 | |
| D-(+)-グルコース | 研究製品国際 | G32045 | |
| バクト寒天 | BD | 214010 | セクション1のメディアプレートを作るために使用 |
| P20240 | |||
| 3-アミノ-1,2,4トリアゾール | シグマ | A8056 | |
| 2-Mercaptoehanol (BME) | Sigma-Aldrich | M6250 | |
| Zymolyase 100T | USBiological | Z1004 | |
| リン酸カリウム二塩基性 | Sigma | P8281 | |
| フェノール:クロロホルム:IAA | Ambion | AM9732 | |
| 酢酸アンモニウム | Sigma-Aldrich | 238074 | |
| Ethanol | Decon Laboratories, INC | 2716 | |
| RNAse A | ThermoFisher | EN0531 | |
| 尿素 | 研究製品 International | U20200 | |
| SDS | Research Products International | L22010 | |
| グリセロール | Sigma Aldrich | G5516 | |
| Tris-HCl | Gibco | 15506-017 | |
| ブロモフェノールブルー | Amresco | 449 | |
| ギブソンアセンブリクローニングキット | ニューイングランドバイオラボ | E5510S | セクション2のプラスミドのクローニングのための迅速なアセンブリ法 |
| NEBNext ハイフィデリティ 2x PCRマスターミックス | ニューイングランドバイオラボ | M0541S | セクション2.3のギブソンアセンブリのための製品の増幅、およびセクション6.2.1のDEEPNディープシーケンシングのサンプル調製に使用されます |
| 化エチジウム | アムレスコ | 0492-5G | |
| QIAquick PCR精製キット | Qiagen | 28104 | セクション6.2.3のPCR産物の精製に使用 |
| Qiaquick DNAゲル抽出キット | Qiagen | 28704 | セクション2.1の消化されたpTEF-GBDの精製に使用 |
| KAPA Hyper Prepキット | KAPA Biosystems | KK8500 | ディープシーケンシング |
| 調製キット コドン最適化 | http://www.jcat.de | ||
| コドン最適化 | https://www.idtdna.com/CodonOpt | ||
| gBlocks | 統合DNAテクノロジー | セクション2.2のクローニングに使用されるDNAフラグメント | |
| ストリング | セクション2.2のクローニングに使用されるThermfisher | ||
| GenCatch Plasmid DNAミニプレップキット | EPOCHライフサイエンス | セクション2.3のDNA量を調製するために使用されます | |
| Covaris E220 | Covaris | 高性能超音波超音波装置 | |
| オリゴヌセロチド 5'- CGGTCTT CAATTTCTCAAGTTTCAG -3' | プラスミド構築中のPCR増幅およびシーケンシングに使用される | 統合DNA技術またはサーモフィッシャー | |
| オリゴヌセロチド5'-GAGTAACG ACATTCCCAGTTGTTC-3' | プラスミド構築中のPCR増幅およびシーケンシングに使用される | 統合DNA技術またはサーモフィッシャー | |
| オリゴヌセロチド5'-CACCGTAT TTCTGCCACCTCTTCC-3' | プラスミド構築中のPCR増幅およびシーケンシングに使用される | 統合DNA技術またはサーモフィッシャー | |
| オリゴヌセロチド5'-GCAACCGC ACTATTTGGAGCGCTG-3' | プラスミド構築中のPCR増幅およびシーケンシングに使用される | 統合DNA技術またはサーモフィッシャー | |
| オリゴヌクレオチド5'-GTTCCGATG CCTCTGCGAGTG-3' | pGAL4AD | 統合DNA技術またはサーモフィッシャー5'Pimer | |
| pGAL4AD | 統合DNAテクノロジーまたはサーモフィッシャー3 | ||
| pGADT7 | 統合 DNA 技術または Thermofisher | ||
| pGADT7 | 統合 DNA 技術または Thermofisher | ||
| : ゲノムライブラリおよび酵母の高効率 2 ハイブリッド選択用に設計された宿主株。遺伝学 1996 144:1425-1436 | MATA leu2-3,112 ura3-52 trp1-901 his3-200 gal4D, gal80D, GAL-ADE2 lys2::GAL1-HIS3 met2::GAL7 | ||
| pTEF-GBD | Dr. Robert Piper Lab | Gal4-DNA binding doimain expression plusid | |
| pGal4AD (pPL6343) | Dr. Robert Piper Lab | Gal4-activation domain expression plusid | |
| 100 mm petri dish | Kord-Vallmark sold by VWR | 2900 | |
| 125 mL PYREX 三角フラスコ | Fisher Scientific | S63270 | |
| 250 mL PYREX Erlenmeyer フラスコ | Fisher Scientific | S63271 | |
| 1,000 mL PYREX 三角フラスコ | Fisher Scientific | S63274 | |
| 2,000 mL PYREX 三角フラスコ | Fisher Scientific | S63275 | |
| 20 X 150 mm ディスポーザブル培養チューブ | サーモフィッシャー | 14-961-33 | |
| ピペットエイド | Drummond | 4-000-100 | |
| 5 mL 血清ピペット | デンビル | P7127 | |
| 10 mL 血清ピペット | デンビル | P7128 | |
| 25 mL 血清ピペット | デンビル | P7129 | |
| 1,000 mL パイレックス グリフィンビーカー | フィッシャーサイエンティフィック | 02-540P | |
| 1,000 mL パイレックスReuasable Media Storage Bottle | Fisher Scientific | 06-414-1D | |
| 1,000 mL メスシリンダー | Fisher Scientific | 08-572-6G | |
| SpectraMax 190 | 細胞の光学密度を測定するために使用される | 分子デバイス | |
| NanoDrop 2000 | Thermo Scientific | ND-2000 | DNAの量を定量するために使用される分光光度計 |
| 電子UVエ | チジウムブロマイドアガロースゲル中のDNAを可視化するために使用される | Lum | MEB 20 |
| P1000 ギルソン・ピペットマン | フィッシャー・サイエンティフィック | ・F123602G | |
| P200 ギルソン・ピペットマン | フィッシャー・サイエンティフィック | ・F123601G | |
| P20 ギルソン・ピペットマン | フィッシャー・サイエンティフィック | ・F123600G | |
| P10 ギルソン・ピペットマン | 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・サイエンティフィ | ック・サイ | |
| 1250 &マイクロ;L ローリテンションピペットチップ | GeneMate | P-1236-1250 | |
| 200 µLLow保持ピペットチップ | VWR | 10017-044 | |
| 10 µL XLローリテンションピペットチップ | VWR | 10017-042 | |
| 50 mLコニカルチューブ | VWR | 490001-627 | |
| 15 mLコニカルチューブ | VWR | 490001-621 | |
| セルスクレーパー | ビルサイエンティフィック | TC9310 | |
| 1.5 mLマイクロ遠心チューブ | USAサイエンティフィック | 1615-5500 | |
| HCl | フルーカアナリティカル | 318949-1L | |
| NaOH | J.T. Baker | 5674-02 | |
| 木製アプリケーター | Solon Care | 55900 | |
| Eppendorf 微量遠心機 5424 | Fisher Scientific | 05-400-005 | 微量遠心機 |
| Sorvall ST16R | Thermo Fisher Scientific | 75004381 | 卓上遠心分離機 |
| Amersham ECL Rabbit IgG, HRP linked entire Ab (from donkey) | GEヘルスケア | NA934-1ML | 二次抗体 |
| アマシャム ECL マウス IgG、HRP 結合全 Ab (ヒツジ由来) | GE ヘルスケア | NA931-1ML | 二次抗体 |
| SuperSignal West Pico 化学発光基質 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 34080 | ECL 検出ソリューション |
| アイソテンプインキュベータ | サーモフィッシャーサイエンティフィック | インキュベータ | |
| ミューチトロン 2 | INFORS HT | 振とうインキュベーター | |
| Isotemp デジタル制御ウォーターバス モデル 205 | Fisher Scientific | ウォーターバス | |
| Y187 の Y2H マウス cDNA ライブラリ (パン組織) | Clontech | 630482 | 市販の cDNA ライブラリ |
| Y187 (マウスの脳) の Y2H マウス cDNA ライブラリ | Clontech | 630488 | 市販の cDNA ライブラリ |
| pGADT7 AD ベクター | Clontech | 630442 | 市販のADベクター 多くのcDNAライブラリを収容 |
| pGBKT7 DNA-BDベクター | Clontech | 630443 | 市販のDNA-BDベクター |
| Biolase DNAポリメラーゼ | バイオライン | BIO-21042 | セクション2.4に使用されるDNAポリメラーゼ |
| GeneMate GCL-60 Thermal Cycler | BioExpress | P-6050-60 | PCRマシン |
| TempAssure 0.5 mL PCRチューブ | USAサイエンティフィック | 1405-8100 |
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