Ten artykuł opisuje szczegółową metodologię losowej mutagenezy docelowego genu u drożdży rozszczepieniowych. Jako przykład celujemy w rpt4 +, który koduje podjednostkę proteasomu 19S i badamy pod kątem mutacji, które destabilizują heterochromatynę.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten artykuł opisuje szczegółową metodologię losowej mutagenezy docelowego genu u drożdży rozszczepieniowych. Jako przykład celujemy w rpt4 +, który koduje podjednostkę proteasomu 19S i badamy pod kątem mutacji, które destabilizują heterochromatynę.
Losowa mutageneza docelowego genu jest powszechnie stosowana do identyfikacji mutacji, które dają pożądany fenotyp. Spośród metod, które można zastosować do osiągnięcia mutagenezy losowej, podatny na błędy PCR jest wygodną i skuteczną strategią generowania zróżnicowanej puli mutantów (tj. biblioteki mutantów). Podatny na błędy PCR jest metodą z wyboru, gdy badacz stara się zmutować wstępnie zdefiniowany region, taki jak region kodujący gen, pozostawiając inne regiony genomu nienaruszone. Po amplifikacji biblioteki mutantów przez podatny na błędy PCR, należy ją sklonować do odpowiedniego plazmidu. Rozmiar biblioteki wygenerowanej przez podatny na błędy PCR jest ograniczony przez wydajność etapu klonowania. Jednak w drożdżach rozszczepialnych, Schizosaccharomyces pombe, etap klonowania można zastąpić zastosowaniem wysoce wydajnej jednoetapowej reakcji termojądrowej w celu wygenerowania konstruktów do transformacji. Mutanty o pożądanych fenotypach mogą być następnie selekcjonowane za pomocą odpowiednich reporterów. Tutaj szczegółowo opisujemy tę strategię, biorąc za przykład reporter umieszczony w centromerowej heterochromatynie.
Genetyka do przodu to klasyczna metoda, w której badacze poszukują naturalnie występujących mutantów o określonym fenotypie i przeprowadzają analizy genetyczne. W genetyce odwrotnej mutacje są wprowadzane do genu będącego przedmiotem zainteresowania i badany jest fenotyp. W tym drugim przypadku losowa mutageneza genu docelowego jest często wykorzystywana do wygenerowania puli mutantów, które są następnie selekcjonowane pod kątem pożądanych fenotypów, takich jak wrażliwość na temperaturę lub zmieniona aktywność enzymatyczna. W celu osiągnięcia mutagenezy losowej można zastosować różne metody, w tym podatne na błędy PCR1; Naświetlanie promieniami UV2; mutageny chemiczne, takie jak metanosulfonian etylu (EMS) lub kwas azotawy3; użycie tymczasowych szczepów mutatorowych, takich jak te z nadmierną ekspresją mutD5 4; oraz tasowanie DNA5.
Tutaj opisujemy strategię genetyki odwrotnej, w której wykorzystujemy podatny na błędy PCR do generowania puli mutantów dla docelowego genu w drożdżach rozszczepienia. Jak można się domyślić po jej nazwie, metoda ta generuje mutacje poprzez celowe wprowadzanie błędów podczas PCR. W przeciwieństwie do innych metod mutagenezy, podatny na błędy PCR pozwala użytkownikowi zdefiniować region, który ma być mutagenizowany. To sprawia, że jest on szczególnie przydatny w wysiłkach mających na celu zbadanie funkcji białka/domeny będącej przedmiotem zainteresowania.
Aby zademonstrować tę losową procedurę mutagenezy, używamy tutaj rpt4+, który koduje podjednostkę proteasomu 19S, jako przykładu. Wykazano, że Rpt4 pełni funkcje niezależne od proteolizy w organizmach innych niż drożdże rozszczepienia6,7,8,9, a defekt proteolizy może powodować pośrednie skutki poprzez zmianę poziomu białek. W związku z tym przeprowadziliśmy badania przesiewowe pod kątem mutantów, które wywołały zmiany niezależne od proteolizy, w celu zbadania funkcji proteasomu na heterochromatynie.
Podatny na błędy PCR może być zastosowany do dowolnego regionu genu, dostrajając miejsce, w którym startery się wiążą. Mutanty, które wykazują pożądaną zmianę fenotypową, można zidentyfikować za pomocą odpowiednich reporterów. W tym przypadku użyliśmy reportera ade6+ umieszczonego w regionie środkowego 1 z zewnętrznym powtórzeniem (otr)10. Konstytutywna heterochromatyna powstaje w tym regionie11, więc reporter ade6+ jest wyciszony w stanie dzikim; Jest to sygnalizowane przez czerwone kolonie10. Mutacja, która destabilizuje konstytutywną heterochromatynę w centromerze, doprowadzi do ekspresji reportera ade6 +, który jest wizualizowany jako białe kolonie.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotowanie mediów
2. Klonowanie rpt4+ i jego 5'/3' UTR-ów
3. Wprowadzenie Cichej Mutacji (Strona Restrykcyjna Xho1)
4. Losowa mutageneza rpt4+ metodą PCR podatnego na błędy
5. Przygotowanie fragmentów Fusion PCR (KAN, 3'UTR)
6. Generowanie konstruktu transformacji metodą Fusion PCR (Rysunek 1E)
7. Przemiana drożdży rozszczepieniowych metodą elektroporacji (Rysunek 1F)
8. Wybór mutantów destabilizujących heterochromatynę i sprawdzanie fałszywych alarmów
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Pozyskane mutanty Rpt4, zgodnie z procedurami opisanymi na Rysunku 1, można analizować poprzez ocenę barwy kolonii. Barwy kolonii naniesione na odpowiednie szalki w malejącej liczbie komórek przedstawiono na Rysunku 2. Reporter ade6+ wstawiony w region heterochromatyny jest wyciszony u szczepu dzikiego, co objawia się czerwonymi koloniami na pożywce YES-Ade. Po destabilizacji heterochromatyny i ekspresji reportera ad...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Mutageneza losowa za pomocą podatnego na błędy PCR jest potężnym narzędziem do generowania zróżnicowanej puli mutantów w danym regionie. Technika ta jest szczególnie przydatna w badaniach, które mają na celu ocenę funkcji białka w określonych okolicznościach. Na przykład w niniejszym artykule użyliśmy podatnego na błędy PCR do oceny funkcji podjednostki proteasomu 19S, Rpt4, w utrzymaniu heterochromatyny. Zmieniając region, na który ukierunkowany jest podatny na błędy PCR i dostosowując warunki badań przesiewowych, byliś...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Wsparcie finansowe dla tego projektu zostało zapewnione przez Program Badań Podstawowych za pośrednictwem Narodowej Fundacji Badawczej Korei (NRF) finansowany przez Ministerstwo Nauki i Technologii Informacyjnych (2016R1A2B2006354).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 1. Media | |||
| Glucose | Sigma-Aldrich | G8270-10KG | |
| Ekstrakt drożdżowy | BD Biosciences | 212720 | |
| L-Leucyna | JUNSEI | 87070-0310 | |
| Siarczan adeniny | ACR | 16363-0250 | |
| Uracyl | Sigma-Aldrich | U0750 | |
| L-Histidine | Sigma-Aldrich | H8125 | |
| KH2PO4 | Sigma-Aldrich | 1.05108.0050 | |
| NaCl | JUNSEI | 19015-0350 | |
| MgSO4• 7H2O | Sigma-Aldrich | 63140 | |
| CaCl2 | Sigma-Aldrich | 12095 | |
| Ftalan potasu | Sigma-Aldrich | P6758-500g | |
| Inozytol | Sigma-Aldrich | I7508-50G | |
| Biotyna | Sigma-Aldrich | B4501-100MG | |
| Kwas borowy | Sigma-Aldrich | B6768-1KG | |
| MnSO4 | Sigma-Aldrich | M7634-500G | |
| ZnSO4• 7H2O | JUNSEI | 83060-031 | |
| FeCl2• 4H2O | KANTO | CB8943686 | |
| Dwuwodny molibdenian sodu | YAKURI | 31621 | |
| KI | JUNSEI | 80090-0301 | |
| CuSO4• 5H2O | YAKURI | 09605 | |
| D-mio-inozytol | MP biomedyczny | 102052 | |
| Pantotenian | YAKURI | 26003 | |
| Kwas nikotynowy | Sigma-Aldrich | N4126-500G | |
| (NH4)2SO4 | Sigma-Aldrich | A4418-100G | |
| Agaroza | Biobasic | D0012 | |
| G418, genetycyna | LPS | G41805 | |
| 2. Reakcje enzymatyczne | |||
| PfuUltra II Fusion HS DNA Polymerase | Aglient | 600380 | Do mutagenezy ukierunkowanej |
| GeneMorphII Zestaw do mutagenezy losowej | Aglient | 200500 | Do podatnego na błędy PCR |
| Phusion High-Fidelity DNA Polymerase | Thermo Fisher | F-530L | Do fuzji PCR |
| Ex Taq Polimeraza DNA | Takara | RR001b | Do ogólnego PCR |
| BamH1 | New England BioLabs | R0136S | |
| Xho1 | New England BioLabs | R0146S | |
| Dpn1 | New England BioLabs | R0176S | |
| 3. Ekwipunek | |||
| Aksamitny kwadrat, | VWR | 89033-116 | Do repliki |
| Replika narzędzia do galwanizacji | VWR | 25395-380 | Do repliki |
| MicroPulser Electroporator | Biorad | 1652100 | Do przemiany drożdży rozszczepialnych |
| Kuwety do elektroporacji, odstęp 0,2 cm | Biorad | 1652086 | Do przemiany drożdży rozszczepialnych |
| Thermal Cycler | Bioer BYQ6078 | do reakcji narastania termojądrowej PCR |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.