Dodanie znacznika do białka to potężny sposób na uzyskanie wglądu w jego funkcję. W tym miejscu opisujemy protokół endogennego znakowania setek białek Trypanosoma brucei równolegle, tak aby możliwe było znakowanie skali genomu.
Artykuł metodologiczny
Dodanie znacznika do białka to potężny sposób na uzyskanie wglądu w jego funkcję. W tym miejscu opisujemy protokół endogennego znakowania setek białek Trypanosoma brucei równolegle, tak aby możliwe było znakowanie skali genomu.
Ulepszenia w spektrometrii mas, sekwencjonowaniu i bioinformatyce wygenerowały duże zbiory danych potencjalnie interesujących genów. Znakowanie tych białek może dać wgląd w ich funkcję, określając ich lokalizację w komórce i umożliwiając identyfikację partnera interakcji. Niedawno opublikowaliśmy szybką i skalowalną metodę generowania linii komórkowych Trypanosoma brucei, które wyrażają znakowane białko z endogennego locus. Metoda opierała się na wygenerowanym przez nas plazmidzie, który w połączeniu z PCR z długimi starterami może być wykorzystany do modyfikacji genu w celu zakodowania białka znakowanego na obu końcach. Pozwala to na równoległe znakowanie dziesiątek białek trypanosomów, co ułatwia walidację na dużą skalę genów kandydujących. System ten może być używany do znakowania białek w celu lokalizacji (przy użyciu białka fluorescencyjnego, znacznika epitopu lub znacznika mikroskopii elektronowej) lub biochemii (przy użyciu znaczników do oczyszczania, takich jak znacznik TAP (tandemowe oczyszczanie powinowactwa). W tym miejscu opisujemy protokół wykonywania długiego startera PCR i elektroporacji na płytkach 96-dołkowych, z odzyskiem i selekcją transgenicznych trypanosomów zachodzących na płytkach 24-dołkowych. Dzięki takiemu przepływowi pracy setki białek mogą być znakowane równolegle; Jest to ulepszenie o rząd wielkości w stosunku do naszego poprzedniego protokołu, a znakowanie w skali genomu jest teraz możliwe.
Trypanosoma brucei to pasożyt pierwotniak, który powoduje u bydła ludzką afrykańską trypanosomasis i nagana. T. brucei jest idealnym organizmem do analizy funkcji białek ze względu na połączenie wysokiej jakości genomu, licznych zbiorów danych proteomicznych i transkryptomicznych oraz dobrze rozwiniętych narzędzi molekularnych 1-3. Postępy w proteomice i sekwencjonowaniu zaowocowały powstaniem dużych zbiorów danych, które podkreślają potencjalnie interesujące geny 4-6; Jednak wiele genów ma minimalną ilość informacji związanych z nimi w istniejących bazach danych. W związku z tym istnieje potrzeba opracowania metody wysokoprzepustowej, która wspomoże charakterystykę funkcjonalną białek.
Wyrażenie oznaczonego białka może dostarczyć wielu informacji na temat funkcji białka. Na przykład białko oznaczone białkiem fluorescencyjnym lub epitopem można zlokalizować za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej, która dostarcza informacji o tym, gdzie białko może wywierać swój efekt biologiczny. Alternatywnie, białko oznaczone znacznikiem TAP 7, HaloTag 8 lub His może zostać oczyszczone w celu przeprowadzenia testów biochemicznych i identyfikacji jego partnerów w interakcji.
Niedawno opracowaliśmy solidną metodologię tagowania dla T. brucei 9. W ten sposób wykorzystano PCR z długimi starterami do wygenerowania DNA do transfekcji i umożliwiono równoległe znakowanie dziesiątek białek – co stanowi znaczne ulepszenie istniejących protokołów. Poprawiliśmy teraz skalowalność tego protokołu w formach procyklicznych o rząd wielkości. Tutaj przedstawiamy naszą metodę, w której przeprowadzamy PCR i transfekcję na płytki 96-dołkowe, przy czym odzysk i selekcja zachodzą na płytkach 24-dołkowych. Ponieważ setki białek mogą być teraz znakowane równolegle, metoda ta zapewnia opłacalną i wykonalną metodę znakowania całego genomu trypanosomu.
1. 96-dołkowy Long Primer PCR
2. Walidacja 96-dołkowego długiego PCR startera
3. Transfekcja 96-dołkowa
W tej reprezentatywnej transfekcji startery zostały zaprojektowane za pomocą skryptu TagIt perl 9 i zsyntetyzowane komercyjnie. Reakcja PCR w płytce 96-dołkowej została przeprowadzona i zwalidowana zgodnie z opisem (Rysunek 1A); w tym przykładzie 95/96 reakcji PCR przebiegło pomyślnie (Rysunek 1B). Z naszego doświadczenia wynika, że powtarzanie nieudanych reakcji, zarówno z oryginalnymi, jak i ponownie zsyntetyzowanymi starterami, nie prowadzi do uzyskania pomyślnej reakcji PCR.
Amplikony przeniesiono do 96-dołkowych płytek do elektroporacji w celu przeprowadzenia elektroporacji (Rycyna 2A), a następnie przeniesiono do 24-dołkowych płytek hodowlanych w celu regeneracji i selekcji. Po upływie czasu wystarczającego do zajścia selekcji, oceniono przeżywalność w poszczególnych dołkach przed dalszą analizą. W tym przykładzie po 15 dniach selekcji 88/96 dołków (92%) okazało się pozytywnych.

Rycina 1: Walidacja PCR z użyciem długich starterów. (A) Schemat przenoszenia produktów PCR z 96-dołkowej płytki PCR na żel agarozowy w celu walidacji PCR. (B) Reprezentatywny żel walidacyjny PCR z 96 dołkami dla tagowania 95 genów na N-końcu oraz 1 amplikonu bez homologii celującej do końca 5', służącego jako kontrola negatywna w transfekcji. Próbki naniesiono na 1% (w/v) żel agarozowy i rozdzielono przy napięciu 100 V przez 30 min. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 2: Elektroporacja i selekcja w płytkach 96-dołkowych. (A) Schemat przenoszenia elektroporowanych komórek z 96-dołkowej płytki do elektroporacji do 24-dołkowych płytek hodowlanych. (B) Schemat przedstawiający typową ocenę żywotności (live/dead scoring) po 15 dniach selekcji w płytkach 24-dołkowych. Kolor zielony oznacza udaną transfekcję, kolor szary oznacza dołek zawierający wyłącznie martwe komórki. W tym przykładzie 88/96 (92%) dołków zawierało pomyślnie przetransfekowane pasożyty. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Radykalna poprawa czułości metod proteomiki i transkryptomiki w ciągu ostatnich 5-10 lat dostarczyła cennych danych na temat tysięcy genów i ich produktów. Jednak narzędzia do badania funkcji tych białek nie nadążają za zmianami.
Znakowanie białka ułatwia przeprowadzenie licznych eksperymentów w celu określenia jego funkcji. Na przykład białko może być połączone z białkiem fluorescencyjnym w różnych kolorach, aby ułatwić badania nad lokalizacją i kolokalizacją. Znaczniki opracowane dla mikroskopii elektronowej, takie jak APEX2 lub miniSOG 11,12, umożliwiają ultrastrukturalną lokalizację znakowanego białka. Znaczniki biochemiczne, takie jak znacznik TAP i znacznik ProtC-TEV-ProtA (PTP) 7,13 , umożliwiają oczyszczanie kompleksów związanych z białkiem w celu identyfikacji partnerów wiążących lub testów biochemicznych in vitro .
Konkretne kroki, które mają kluczowe znaczenie dla powodzenia protokołu, to: włączenie DMSO do PCR Master Mix 1, zamrożenie PCR Master Mix 1 przed dodaniem Master Mix 2, zastosowanie komercyjnej polimerazy w Master Mix 2 oraz modyfikacja buforu do elektroporacji cytomixu. Z naszego doświadczenia wynika, że konieczne jest użycie podwójnej liczby komórek do transfekcji znakowania końcówek C niż do transfekcji znakowania końcówek N, aby osiągnąć podobny odsetek dołków dodatnich. Dlatego wszystkie kroki należy wykonać zgodnie z opisem.
Technika ta może być skuteczna tylko w przypadku transfekcji trypanosomu w postaci procyklicznej owada. Formy krwi mają niższą skuteczność transfekcji 14, ponadto istnieje prawdopodobieństwo, że umrą podczas selekcji z powodu toksyczności zależnej od gęstości, która nie jest związana z selektywnym lekiem. Dlatego nasz poprzedni protokół reprezentuje obecnie najlepszą technologię znakowania trypanosomów z krwioobiegu 9. Jest również prawdopodobne, że skuteczność transfekcji będzie się różnić w zależności od konkretnego izolatu trypanosomu. Protokół ten został zoptymalizowany przy użyciu 927 form procyklicznych SMOX – inne szczepy mogą wymagać dodatkowej optymalizacji. Środki, które mogą zwiększyć prawdopodobieństwo sukcesu, obejmują: zwiększenie ilości amplikonu PCR, zwiększenie liczby komórek wchodzących w skład transfekcji.
Przedstawiamy metodę, w której setki białek mogą być znakowane równolegle. Ułatwi to zakrojone na szeroką skalę badania nad lokalizacją i interakcją, uzupełniając istniejące duże zbiory danych i dostarczając bezcennych informacji społeczności. Szablony podkładów są dostępne na życzenie, a lista szablonów plazmidów jest dostępna pod adresem: http://www.sdeanresearch.com/
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
SD było wspierane przez Sir Henry Wellcome Fellowship [092201/Z/10/Z]. Praca ta została sfinansowana z grantów Wellcome Trust [WT066839MA][104627/Z/14/Z][108445/Z/15/Z] dla profesora Keitha Gull. Chcielibyśmy podziękować profesorowi Keithowi Gullowi za pomocne rozmowy i spostrzeżenia.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Oligonukleotydy | Technologie życia | tylko do | odsalania (nie stosować dodatkowego oczyszczania) |
| DMSO | Roche | W zestawie z pakietem Expand HiFi | Musi być dNTP klasy PCR |
| , dowolny renomowany | |||
| polimeraza Expand HiFi | Roche | 11759078001 | |
| BTX ECM830 | Aparatura | Electroporator | |
| Uchwyt do płytek HT-200 | Aparat Harvarda | HT-200 | Obsługuje 96-dołkowe elektropłytki |
| MOS 96 GALWANIZACJA 4 mm | Aparat Harvard | 45-0452 | Galwanizacja do elektroporacji 96-dołkowej |
| Chlorowodorek blastycydyny S | Melford | 3513-03-9 | |
| Higromycyna b Złoto | Invivogen | ant-hg-1 | |
| Fleomycyna | Melford | P0187 | |
| Kolba TC 225 cm, szyjka skośna, kapelusz fenolowy | Appletonwoods | BC006 | |
| 24-dołkowe płytki | hodowlane Appletonwoods | BC017 | |
| Eppendorf® PCR Cooler, bezlodowy system przechowywania w chłodni na 96-dołkowe płytki i probówki do PCR | Sigma Aldrich | Z606634-1EA | |
| 96-well Multiply® Płytka PCR z fartuchem bocznym | Sarstedt | 72.1979.203 |
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie