ここで説明する、フラミジア・トラコマティスにおける標的化されたマーカーレス遺伝子欠失の方法であり、フロキサセット対立遺伝子交換変異誘発、FLAEMを用いた。
このコンテンツを表示するには、JoVEへの購読が必要です。 または、無料トライアルをお申し込みください。
ここで説明する、フラミジア・トラコマティスにおける標的化されたマーカーレス遺伝子欠失の方法であり、フロキサセット対立遺伝子交換変異誘発、FLAEMを用いた。
クラミジア・トラコマティスは、歴史的に遺伝的に操作することが困難であった細胞内病原体である。C.トラコマティスが特権的な細胞内ニッチを作成し維持するために使用するメカニズムを解明する上で決定的な進歩は、遺伝的ツールの欠如のために限られている。幸いなことに、最近、遺伝子操作技術のいくつかの新しい進歩がありました。これらの中には、蛍光報告されたアレリック交換変異誘発(FRAEM)の開発がある。この方法は、抗生物質耐性と緑色蛍光タンパク質(GFP)をコードするセレクションカセットの挿入と結合した標的遺伝子欠失を可能にする。下流の遺伝子に対する極性作用の可能性があるため、ポリシストロニックオペロン内の遺伝子を標的とする場合、この戦略への依存は複雑になる可能性があります。フロクサセットアレリック交換変異型(FLAEM)は、ここで説明するプロトコルを、カセット誘発極性の影響を緩和するために開発された。FLAEMは、アレリック交換による標的欠失後の選択カセットを除去するためにCre-loxPゲノム編集を利用する。得られた株は、1つ以上のコード配列のマーカーレス遺伝子欠失を含む。この技術は、遺伝子機能の直接評価を容易にし、C.トラコマティスにおける遺伝子操作のためのツールのレパートリーを拡大する。
クラミジア・トラコマティスは、細菌性感染症の主な原因であり、人間の健康に大きな負担を表しています。毎年1億人以上の人々がC.トラコマティス1に感染しています。女性の感染の約70%は、骨盤炎症性疾患、子宮外妊娠、および/または不妊症などの有害な生殖健康への影響にもかかわらず、無症候性である。病気の後遺症は、C.トラコマティス感染によって開始される免疫病理学に直接関連している2.効力のあるワクチンはまだ開発されていません。したがって、細菌の病原性因子および他の細菌遺伝子産物の機能を理解することは、重要かつ緊急の研究課題である。
細胞内細菌として、宿主細胞の侵入、細胞内複製、子孫の放出、および宿主免疫応答の回避は重要なプロセスである。C.トラコマティスは、細胞内発達のために、インクルージョンと呼ぶ、寄生虫膜結合液胞を形成する。この包接および他の多くの重要なプロセスの確立は、III型分泌システム(T3SS)3を介したエフェクタータンパク質の分泌によって達成される。これらの分泌されたエフェクターの機能を解明することは、C.トラコマティスの遺伝的難治性のために長年にわたって制限されていた。大腸菌とは異なり、クラミジアには多くの古典的なクローニング技術は適用されません。いくつかの大きな制限は、変換効率、sacBなどのカウンターセレクションレポーターの欠如、プラスミドのメンテナンスを含みます。大腸菌プラスミドは、一般に複製の起源および適切な選択圧力を有して無期限に維持することができるが、C.トラコマティスプラスミドは、L2セロバー4内の天然pL2プラスミド上に見られる維持のために追加の8つのオープンリーディングフレーム(pgp1-8)を必要とする。
近年、クラミジアのユニークな生物学に対応する複数の遺伝的ツールが生成されていますが、まだ限界5、6、7があります。エチルメタンスルホン酸(EMS)治療による化学変異は、ミスセンス突然変異を導入することができ、または(より少ない頻度で)ヌクレオチド遷移を生じ、ナンセンス突然変異を生じさせる早期停止コドンを導入し得る。トランスポゾン挿入は遺伝子破壊に有効ですが、クラミジアの研究における現在の技術は手間がかかり、時間がかかる9.EMS治療とトランスポゾン変異発生法の両方がランダムな突然変異を生成し、変異株を分離するために厳格なスクリーニング方法を必要とします。グループIIイントロンの挿入によって遺伝子を破壊する方法(例えば、TargeTron)は、指示された変異発生を可能にする。ただし、この方法は効率によって制限され、挿入部位が常に適切に予測されるわけではありません。
蛍光報告された対立遺伝子交換(FRAEM)は、抗生物質耐性および蛍光レポーター11を提供する選択カセットの挿入と相まって標的遺伝子欠失に使用される戦略である。しかし、FRAEMは、特にポリシストロニックオペロン内の遺伝子を標的とする場合、カセット誘発性の極性作用が下流遺伝子に及ぼす可能性によって複雑化する。フロキスカセットアレリック交換変異型(FLAEM)は、FRAEM選択カセット12で以前に観察されたカセット誘発性極性作用を緩和するために開発された新しい遺伝的アプローチである。FLAEMは、Cre-loxPゲノム編集を利用して、選択カセットを除去し、下流遺伝子の発現を回復させます。抗生物質耐性および緑色蛍光タンパク質(GFP)を含む選択カセットは、横並びのloxP部位で再設計される。これらのloxP部位は、Cre recombinaseの存在下で再結合し、ゲノム13からのカセットの切除をもたらす。この戦略は、欠失12、14のためにtmeAを標的とする場合のカセット誘導極性の影響を緩和することが示されている。
FRAEM法およびFLAEM法は、pgp6の誘導式を通じて条件付きで維持することができる同じ自殺ベクトルpSUmC 4.0を利用する。pgp6の発現は、プラスミド保持に必要であることが以前に示されており、したがってプラスミド維持11、15を制御するために活用される。C.トラコマティスが無水テトラサイクリン(aTc)を加えた培地で増殖してpgp6発現を誘導すると、ベクターは維持される。aTc がない場合、ベクトルは失われます。標的遺伝子欠失は、選択カセットに対する遺伝子の対立遺伝子交換を通じて達成される。標的遺伝子の上流と下流の3kb領域は、組換えのための相同性アームとして機能する。これらの腕は選択カセットに隣接するpSUmC 4.0ベクトルにクローン化される。C.トラコマティス変換と再結合事象の成功は、蛍光報告によって観察される。ベクターバックボーン上のmCherryの発現と選択カセット内のgfpの生成赤と緑の蛍光包括体。培養培地からaTcが除去されると、グリーンのみのインクルージョンは、自殺ベクターの喪失と細菌ゲノムへの選択カセットの統合との正常な組み換え事象を示す。
FLAEMは、新たに作成された変異株へのCreリコンビナーゼ発現ベクターpSU-Creのその後の変換を介してFRAEMの延長を表す。Cre recombinaseは、loxP部位と選択カセットの切除との再結合を容易にする。再結合事象は、蛍光報告を介して示される。pSU-Cre ベクトルはmCherryをコードします。したがって、正常な変換は、gfp-発現インクルージョンに赤蛍光を加えることによって示される。カセットに対する選択的圧力がない場合の培養は、loxP部位でのCre媒介的再結合をもたらし、かつカセットの損失は、赤色のみの含有物によって示される。pSUmC-4.0 と同様に、pGP6の誘導式は条件付きで pSU-Cre を維持するために使用されます。aTcおよび抗生物質の選択が除去されると、プラスミドは硬化し、結果として生じるマーカーレス欠失株は非蛍光である。この方法はカセット誘発性極性効果の問題に取り組む。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
1. 対象遺伝子に特異的な相同性アームを用いたpSUmC-4.0の設計と組立
2. pSUmC 4.0 + アレリック交換による遺伝子欠失のための相同性アームズによるC.トラコマティスの変態
3. 限定希釈によるloxPフランクセレクションカセットを含む緑のみのC.トラコマティス欠失変異のクローナル分離
4. pSU-Creを用いたC.トラコマティスFRAEM変異体の変換により、loxPフランクセレクションカセットの除去を開始
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
FLAEMを用いたC.トラコマティスにおけるマーカーレス遺伝子欠失の方法は、慎重なクローニングおよび形質転換技術に依存する。成功したアレル酸再結合は、重要な第一歩であり、pSUmC-4.0クローニングベクターへの相同性アームの同定と挿入を必要とします(図1)。マーカーレス遺伝子欠失のための必須の第2のステップは、Cre-loxゲノム編集による蛍光レポーターおよび抗生物質選択カセットの除去であり、図2に表される。これらの各手順を実行するために使用するベクトルは、図 3に示されています。図4は、野生型C.トラコマティスで始まる時にマーカーレス欠失変異体を生成する変換戦略の概略図を示す。
代表的なデータは、tmeAが遺伝子欠失を目的とする図5
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
FLAEMによるC.トラコマティスにおけるマーカーレス遺伝子欠失の発生に関してここで説明するプロトコルは、非必須遺伝子の標的欠失を可能にし、カセット誘発性極性作用を排除する。このプロトコルは、pSUmC 4.0自殺ベクターに挿入された5'および3'の相同性アームの慎重な設計、C.トラコマティスの効率的な変換、および分離された変異株の慎重なスクリーニングに依存する。この方法によるゲノム解析が成功すると、非蛍光性の細菌が、標的遺伝子欠失部位に単一のloxP瘢痕配列を含む。さらに、この方法は、同じC.トラコマティス株内の遺伝子の逐次標的化に適応される可能性を有する。
5' と 3' の相同性の腕と自殺のベクトルへの挿入の慎重な設計はクローニングプロセスの最初の、最も重大なステップである。3 kb の相同性アームが最も効率的なアレルの組換えを提供することが分かってきました。これらの武器の挿入は、大きく、時には作業が困難なベクトルを生成しますが、より短い腕で成功が少なく、成功のための最小値を表す〜2 kbです。Sallお...
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
著者らは開示する利益相反はない。
この研究は、国立衛生研究所(助成金A1065530とAl124649)からK.A.フィールズへの公衆衛生サービス助成金によって支えられていました。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| アガロース | KSE サイエンティフィック | BMK-A1705 | 分子生物学グレード |
| アンヒドロテトラサイクリン塩酸塩 | ACROS 有機物 | 233131000 | |
| CaCl2 バッファー | 10 mM トリス pH 7.4、50 mM 塩化カルシウム二水和物 | ||
| 塩化カルシウム二水和物 | シグマ | C7902-500G | 細胞培養に適しています |
| シクロヘキシミド | Sigma | 7698-1G | |
| dam-/dcm- 有能な E. coli | New England BioLabs | C2925H | |
| DMSO | ATCC | 4-X | 滅菌ろ過細胞培養試験 |
| 済み グルタミン酸 | Sigma G8415-100G | L-グルタミン酸 | |
| 増殖培地 #1 | RPMI 1640培地に10 %(vol/vol)の熱不活化ウシ胎児血清(FBS)を添加しました。 | ||
| Growth Media #2 | RPMI 1640培地に10 % (vol/vol) の熱不活化ウシ胎児血清 (FBS) と 1 & micro;g/mL シクロヘキシミド | ||
| ハンクス平衡塩溶液 (HBSS) (1x) | Gibco | 24020-117 | |
| 熱不活化ウシ胎児血清 Qualified One Shot (FBS) | Gibco | A38402-02 | |
| McCoy Cells | ATCC | CRL-1696 | |
| Monarch Plasmid Miniprep Kit | New England BioLabs | T1010S | Small scale DNA purification |
| NaH2PO4 | Sigma | S3139-250G | リン酸ナトリウム 一塩 |
| Na2HPO4Sigma | S5136-500G | リン酸二塩基性 | |
| ナトリウム NEB 10-β エレクトロコンピテント E. coli 細胞 | ニューイングランド BioLabs | C3020K | |
| NEBuilder HiFi DNA アセンブリ クローニングキット | NewEngland BioLabs | E5520S | Gibson Assembly Kit |
| Penicillin G ナトリウム塩 | Sigma | P3032-10MU | 細胞培養に適したバイオ試薬 |
| QIAGEN Plasmid Maxi Kit | QIAGEN | 12162 | 大規模 DNA 精製 |
| Q5 ホットスタート High-Fidelity DNA ポリメラーゼ | New England BioLabs | M0515 | フラグメント PCR ポリメラーゼ |
| RPMI 1640 培地 (1x) | Gibco | 11875-093 | 2mM L-グルタミンを含む |
| Sall-HF | New England BioLabs | R3138S | |
| Sbfl-HF | New England BioLabs | R3642S | |
| Selection Media #1 | RMPI 10 % FBS, 1 & micro;g/mL シクロヘキシミド、500 µg/mL スペクチノマイシン、および 50 ng/mL 無水テトラサイクリンを DMSO | ||
| 選択培地 #2 | RMPI 10 % FBS, 1 & micro に溶解;g/mL シクロヘキシミド、500 µg/mL スペクチノマイシン | ||
| 選択培地 #3 | RPMI 10 % FBS, 1 µg/mL シクロヘキシミド、50 ng/mL aTc、および 0.6 µg/mL ペニシリン | ||
| 酢酸ナトリウム緩衝液 | シグマ | S7899-100ML | 3M |
| SOC 成長培地 | ニューイングランド バイオラボ | B9020SVIAL | |
| スペクチノマイシン二塩酸塩五水和物、細胞培養グレード | アルファ エーザー | J61820 | |
| ショ糖 | シグマ | S1888-1KG | 細胞培養 |
| に適したバイオ試薬スクロース-リン酸-グルタミン酸緩衝液 (SPG) | スクロース37.5g、Na2HPO4、0.18 g NaH2PO4、0.36 glutamic 酸、500 ml 組織培養グレードの水 | ||
| Tris | AMRESCO | 0497-5KG | 超高純度グレード |
| Trypsin-EDTA (1x) | Gibco | 25200-056 | 0.25% |
| ウォーター | シグマ | W3500-500ML | 無菌ろ過、BioReagent、細胞培養に適しています |
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。