Ten artykuł przedstawia metodę opartą na kojarzeniu, która ułatwia badanie przesiewowe nadekspresji u pączkujących drożdży przy użyciu biblioteki plazmidów z tablicą.
Artykuł metodologiczny
Ten artykuł przedstawia metodę opartą na kojarzeniu, która ułatwia badanie przesiewowe nadekspresji u pączkujących drożdży przy użyciu biblioteki plazmidów z tablicą.
Pączkujące drożdże były szeroko stosowane jako model do badania białek związanych z chorobami ludzkimi. Genetyczne badania przesiewowe całego genomu są potężnym narzędziem powszechnie stosowanym w badaniach drożdży. Ekspresja wielu białek związanych z chorobą neurodegeneracyjną w drożdżach powoduje cytotoksyczność i tworzenie agregatów, podsumowując wyniki obserwowane u pacjentów z tymi zaburzeniami. W tym miejscu opisujemy metodę badania przesiewowego drożdżowego modelu białka FUS związanego ze stwardnieniem zanikowym bocznym pod kątem modyfikatorów jego toksyczności. Zamiast wykorzystywać transformację, ta nowa platforma przesiewowa opiera się na kojarzeniu drożdży w celu wprowadzenia uporządkowanej biblioteki plazmidów do modelu drożdży. Metoda krycia ma dwie wyraźne zalety: po pierwsze, jest bardzo wydajna; Po drugie, wstępnie przekształcona biblioteka plazmidów może być przechowywana przez długi czas jako zapas glicerolu i szybko stosowana do innych badań przesiewowych bez pracochłonnego etapu przekształcania się w model drożdży za każdym razem. Pokazujemy, w jaki sposób ta metoda może być z powodzeniem stosowana do badań przesiewowych w kierunku genów, które modyfikują toksyczność FUS.
Pączkujące drożdże Saccharomyces cerevisiae były szeroko stosowane w podstawowych badaniach naukowych1 do zrozumienia procesów komórkowych bezpośrednio związanych z chorobami ludzkimi. Co więcej, został wykorzystany jako organizm modelowy do badania białek związanych z chorobami ludzkimi, takich jak te związane z najczęstszymi chorobami neurodegeneracyjnymi, w tym chorobą Alzheimera, chorobą Parkinsona, chorobą Huntingtona i stwardnieniem zanikowym bocznym (ALS)2. Zaletą modelu drożdży jest łatwość, z jaką można przeprowadzić badanie przesiewowe całego genomu w celu zidentyfikowania szlaków komórkowych związanych z toksycznością białek związanych z chorobą, dając w ten sposób wgląd w mechanizm ich toksyczności. Jedno z takich badań przesiewowych nazywa się przesiewaniem biblioteki nadekspresji, w którym każdy z 5500 genów drożdży w bibliotece tablicowej jest przekształcany w model drożdży w celu określenia, które geny mogą modyfikować toksyczność w przypadku nadekspresji. Ta metoda przesiewowa została z powodzeniem zastosowana w modelach drożdży wielu białek związanych z chorobą neurodegeneracyjną, w tym huntingtyny w chorobie Huntingtona3, α-synukleina w chorobie Parkinsona4,5, Aβ dla choroby Alzheimera6, oraz FUS i TDP-43 dla ALS7,8,9. Podczas gdy zazwyczaj odbywa się to w sposób wysokoprzepustowy10, najbardziej pracochłonnym etapem badania przesiewowego jest indywidualne przekształcenie 5 500 genów drożdży z biblioteki tablicowej. Ten etap musi być wykonywany za każdym razem, gdy badanie przesiewowe jest powtarzane i za każdym razem, gdy konieczne jest zbadanie nowo ustalonego modelu drożdży. Ważne jest, aby znaleźć bardziej efektywny sposób wykonania tego zadania.
Komórki drożdży mogą stabilnie istnieć zarówno w formie haploidalnej, jak i diploidalnej. Istnieją dwa przeciwstawne typy kojarzenia komórek haploidalnych, typ kojarzenia a i α. Komórki haploidalne każdego typu kojarzenia wytwarzają i wydzielają swój własny specyficzny feromon godowy, na który reagują tylko komórki przeciwnego typu kojarzenia. Pozwala to na kojarzenie między komórkami A i α w celu wytworzenia stabilnych komórek diploidalnych, a / α. Ten proces jest spontaniczny i bardzo wydajny11. Możemy wykorzystać ten unikalny cykl życiowy S. cerevisiae, aby wprowadzić bibliotekę plazmidów. Mówiąc dokładniej, każdy gen w uporządkowanej bibliotece plazmidowej zostanie przekształcony w komórki haploidalne jednego typu kojarzenia, tj. α komórkę. Te komórki zawierające geny biblioteczne będą następnie przechowywane w zapasie glicerolu w 96-dołkowym formacie. Dla każdego modelu drożdży, który musi zostać poddany badaniom przesiewowym, komórki drożdży zawierające geny biblioteczne można rozmrozić z zapasu glicerolu, a badanie przesiewowe można przeprowadzić poprzez kojarzenie z modelem drożdży będącym przedmiotem zainteresowania w odwrotnym typie krycia, tj. Krycie typu A. Pomysł wykorzystania krycia do połączenia dwóch genów w drożdżach nie jest nowy. Został on z powodzeniem zastosowany w wysokoprzepustowych badaniach przesiewowych dwóch hybryd drożdży, w których konstrukt przynęty (tj. fuzje domen wiążących Gal4-DNA) w jednym typie krycia jest łączony poprzez krzyżowanie z konstruktem ofiary z biblioteki tablicowej12. Jednak strategia ta nigdy nie została zastosowana w badaniach przesiewowych w bibliotece nadekspresji, które zawsze wykorzystywały tradycyjne metody transformacji.
Nasze laboratorium wcześniej stworzyło model drożdżowy białka FUS7. Poprzez badania przesiewowe biblioteki nadekspresji przy użyciu metody transformacji odkryliśmy pięć genów drożdży (ECM32, NAM8, SBP1, SKO1 i VHR1), które ratują toksyczność FUS w przypadku nadekspresji. Wyniki te zostały niezależnie potwierdzone w podobnym badaniu przeprowadzonym przez inną grupę8. Później wykazano, że hUPF1, ludzki homolog ECM32, hamuje toksyczność w pierwotnych komórkach nerwowych13 oraz w zwierzęcym modelu ALS14. Używając tych pięciu genów jako dowodu zasady, wykazaliśmy, że wszystkie pięć genów w podobny sposób ratuje toksyczność FUS, gdy są wprowadzane do modelu drożdży FUS przez krzyżowanie. Ponieważ komórki drożdży zawierające geny biblioteczne mogą być przechowywane na stałe w zapasie glicerolu i ożywiane w razie potrzeby, ta metoda oparta na kojarzeniu usunie czasochłonny etap transformacji za każdym razem, gdy biblioteka musi być badana. Ponieważ kojarzenie jest bardzo wydajne bez transformacji plazmidu, strategia ta znacznie zmniejsza również koszty związane z oczyszczaniem i transformacją dużej biblioteki plazmidów. Z powodzeniem zastosujemy tę metodę do bibliotecznego badania przesiewowego przeciwko drożdżowemu modelowi FUS.
Procedura badania przesiewowego opartego na kojarzeniu jest krótko opisana na rysunku 1. Początkowo uporządkowana biblioteka plazmidów jest przekształcana w haploidalny szczep drożdży typu kojarzenia α przy użyciu protokołu transformacji drożdży o wysokiej przepustowości, w którym każda studzienka 96-dołkowej płytki zawiera drożdże przekształcone za pomocą określonego plazmidu bibliotecznego. Ta kolekcja przekształconych drożdży jest zapisywana jako zapas glicerolu, który można rozmrozić i ożywić do późniejszego wykorzystania. Interesujący nas model drożdży, w tym przypadku toksyczność FUS, musi zostać wygenerowany w haploidalnym szczepie drożdży o przeciwstawnym typie krycia (typ krycia a). W sposób wysokoprzepustowy przy użyciu sterylnych 96-pinowych replikatorów, szczep FUS i szczepy drożdży zawierające bibliotekę plazmidów są przenoszone na 96-dołkowe płytki zawierające bogate pożywki i pozostawiane do łączenia. Po kryciu niewielka objętość z każdego dołka kultury kojarzeniowej jest przenoszona na 96-dołkowe płytki zawierające syntetyczne pożywki, w których mogą rosnąć tylko diploidalne drożdże zawierające zarówno geny FUS, jak i geny biblioteczne. Zrobotyzowana maszyna do plamienia jest następnie używana do przenoszenia kultury drożdży z każdej studzienki na płytki agarowe, gdzie indukowana jest ekspresja FUS i genów bibliotecznych. Dodatkowo nakrapiana jest kultura drożdży w celu kontrolowania płytek agarowych, na których FUS i geny biblioteczne nie ulegają ekspresji. Po wzroście na płytkach agarowych zostaną zidentyfikowane geny, które ratują lub nasilają toksyczność FUS.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
UWAGA: Opisany tutaj protokół jest przeznaczony do badania przesiewowego plazmidów bibliotecznych zawartych w dziesięciu 96-dołkowych płytkach, ale może być odpowiednio skalowany w górę lub w dół. Protokół należy powtórzyć, aby zakończyć cały przegląd biblioteki. Zazwyczaj badanie przesiewowe na 10 płytkach genów bibliotecznych za każdym razem może być wygodnie obsługiwane przez 1 osobę.
1. Przygotowanie do 96-dołkowej transformacji drożdży
UWAGA: Ten krok jest wykonywany zgodnie z wcześniejszym opisem7,10.
2. Przemiana drożdży
3. Kojarzenie między komórkami zawierającymi geny biblioteczne i drożdże zapytania
4. Test wykrywania
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Białko FUS, białko wiążące RNA/DNA, było wcześniej badane na haploidalnych drożdżach7,8. Genetyczne badania przesiewowe z wykorzystaniem metody opartej na transformacji odkryły kilka genów drożdży, które hamują toksyczność FUS. Później wykazano, że ludzki homolog jednego z genów drożdży jest skuteczny w tłumieniu toksyczności w pierwotnym modelu komórki neuronalnej i szczura ALS13. Tutaj używamy tego samego...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W tym miejscu opisujemy protokół wykonywania badania przesiewowego nadekspresji plazmidu u drożdży za pomocą krycia w celu wprowadzenia biblioteki plazmidów do modelu drożdży. Stosując to podejście, wiele drożdżowych modeli toksyczności białek choroby neurodegeneracyjnej może być przesiewanych przy użyciu tej samej kolekcji drożdży przekształconych za pomocą biblioteki plazmidów. Pracochłonny proces transformacji wystarczy przeprowadzić tylko raz, po czym stosuje się wysoce wydajne kojarzenie drożdży w celu wprowadzenia ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Jesteśmy wdzięczni za wnikliwe dyskusje z członkami laboratorium Ju i laboratorium Zhong oraz za wsparcie finansowe ze strony Uniwersytetu Stanowego Wright.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| DNA plemników łososia (SS-DNA) | Sigma-Aldrich | D1626 | |
| YPD bulion | Research Products International (RPI) | Y20090 | |
| Granulowany agar | Fisher Sci | BP97445 | |
| D-(+)-Glucose | Research Products International (RPI) | G32040 | |
| D-(+)-Galactose | Research Products International (RPI) | G33000 | |
| Produkty badawcze d-(+)-rafinozy | Międzynarodowy (RPI) | R20500 | |
| Siarczan amonu | Fisher Sci | A702-500 | |
| Syntetyczny Ura- pożywka do odpadania | Clontech | 630416 | |
| Suplement aminokwasowy z drożdży -Histydyna/-Uracyl | Clontech | 630422 | |
| Drożdżowa baza azotowa bez aminokwasów i siarczanu amonu | Produkty Badawcze Międzynarodowe (RPI) | Y20060 | |
| Sulftlenek dimetylu (DMSO) | Fisher Sci | S67496 | |
| Octan litu, bezwodny | Fisher Sci | AC268640010 | |
| Glikol polietylenowy 3350 (PEG-3350) | Spectrum Chemical | PO125-12KG | |
| 96-pinowy replikator | Scinomix | SCI-5010-OS | |
| Nunc OmniTray | Thermo Sci | 140156 | |
| Corning Costar 96 płytka do badań dołkowych, okrągłe dno z pokrywką | Fisher Sci | 07-200-760 | bez obróbki, sterylna |
| Eppendorf Pipeta wielokanałowa Research plus | Eppendorf | TI13690052 | objętości 30-300ul |
| Fisherbrand Cyfrowe suche wanny/grzejniki blokowe Isotemp | Fisher Sci | 88-860-023 | |
| Eppendorf MixMate | Eppendorf | 21-379-00 | |
| Eppendorf 5810R Wirówka | Fisher Sci | 05-413-112 | |
| Wirówka Avanti J-26 XPI | Beckman | 393127 | |
| MultiFlo FX Dozownik wielomodowy | BioTek | ||
| Rotor HDA | Instrumenty |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie