Aqui, o poder de uma inserção aleatória de um elemento de DNA não-codificante, mediada por transposon foi usado para resolver a sua posição ideal cromossômica.
Artigo de método
Aqui, o poder de uma inserção aleatória de um elemento de DNA não-codificante, mediada por transposon foi usado para resolver a sua posição ideal cromossômica.
O ideal posição cromossômica (ões) de um determinado elemento de DNA foi/foram determinada por inserção aleatória mediada por transposon seguida pela seleção de aptidão. Em bactérias, o impacto do contexto genético na função de um elemento genético pode ser difícil de avaliar. Vários mecanismos, incluindo efeitos topológicos, interferência transcricional de genes vizinhos e/ou dosagem de gene associada a replicação, podem afetar a função de um determinado elemento genético. Aqui, descrevemos um método que permite a integração aleatória de um elemento do DNA no cromossomo da Escherichia coli e selecione os locais mais favoráveis, usando uma competição simples crescimento experimentar. O método aproveita-se de um sistema baseado em transposon bem-descrito de inserção aleatória, juntamente com uma seleção de clone(s) os mais aptos, pela vantagem de crescimento, um procedimento que é facilmente ajustável às necessidades experimentais. A natureza da clone(s) mais apto pode ser determinada pelo sequenciamento do inteiro-genoma sobre uma população clonal multi complexo ou pelo gene fácil caminhar para a rápida identificação de clones selecionados. Aqui, a região de DNA não-codificante DARS2, que controla a iniciação da replicação do cromossomo em e. coli, foi usada como um exemplo. A função de DARS2 é conhecida por ser afetado pela dosagem de gene associada a replicação; o mais perto DARS2 Obtém-se a origem da replicação do DNA, torna-se mais ativo. DARS2 foi inserido aleatoriamente o cromossomo de um DARS2-excluído estirpe. Os clones resultantes contendo inserções individuais foram agrupados e competiu contra o outro por centenas de gerações. Finalmente, os clones mais aptos foram caracterizados e encontrados para conter o DARS2 inserido em estreita proximidade com o local original de DARS2 .
A função de qualquer elemento genético pode ser afetada pela sua localização no genoma. Em bactérias, isto principalmente resulta da interferência pela transcrição dos genes vizinhos, topologia de DNA local, e/ou dosagem de gene associada a replicação. Em particular, os processos de replicação de DNA e segregação são controlados, pelo menos em parte, pelas regiões cromossômicas não-codificantes1e o funcionamento destas regiões depende de localização/contexto genômico. Em e. coli, exemplos são o site dif , necessário para a irmã de resolução do cromossomo2; Sequências KOPS, necessárias para segregação de cromossomo3; e dados, DARS1e DARS2 regiões, necessárias para o controle adequado de replicação cromossômica (abaixo; 4). apresentamos um método permitindo a realocação aleatória, seleção e determinação do contexto genético ideal de qualquer elemento genético determinado, exemplificado aqui o estudo da região não-codificante DARS2 .
Em e. coli, DnaA é a proteína de iniciador responsável pela cadeia de DNA, abrindo a única replicação origemoriquee para o recrutamento do helicase DnaB5,6,7. DnaA pertence a AAA+ (i.e., ATPase associados com diversas atividades) proteínas e pode vincular tanto ATP e ADP com alta semelhante afinidades5. O nível de DnaAATP picos no início8, onde DnaAATP forma um multimer na orique que aciona o DNA abertura frente e verso9. Após a iniciação, orique feita temporariamente indisponível para re-iniciação devido ao sequestro por um mecanismo que envolve a ligação da proteína SeqA a hemimethylated orique10,11. Durante o sequestro, o nível de DnaAATP é reduzido pelo menos dois mecanismos: a inactivação regulamentar de DnaA (RIDA)12,13 e dados-dependente DnaAATP hidrólise (DDAH)14 ,15. Tanto RIDA e DDAH promovem a conversão de DnaAATP DnaAADP. Antes de uma nova rodada de iniciação, DnaAADP é re-ativado para DnaAATP em sequências específicas de DnaA-reativando (DARS): DARS1 e DARS216,17. Os cromossomas dados, DARS1, regiõese DARS2 são não-codificantes e agir em uma maneira semelhante ao acompanhante para modular DnaAATP/DnaAADP interconversão. Nestas regiões, localizadas fora a origem de replicação, permitem a montagem de um complexo de DnaA para qualquer a inactivação (dados; 14) ou ativação (DARS1 e DARS2; 17) de DnaA. Exclusão de DARS2 em uma célula não altera massa dobrando tempo mas resultados em replicação assíncrona iniciação15,16,18. No entanto, DARS2-células deficientes têm uma aptidão custo comparado a uma sua outra forma isogénicas durante ambas as competição de contínuo crescimento em meio rico, ou durante o estabelecimento da colonização do intestino de rato18. Isso indica que mesmo pequenas alterações na concentração de assincronia/origem tem um efeito negativo na aptidão bacteriana. Em e. coli, há uma pressão seletiva para manter a simetria (ou seja, dois braços de replicação de comprimento quase igual) de cromossomo19. Os dados, DARS1e DARS2 regiões têm a mesma distância relativa à orique em todas as e. coli estirpes sequenciadas18, apesar das grandes variações no tamanho do cromossoma.
Aqui, usamos a região de DARS2 de e. coli como exemplo para a identificação da posição cromossômica ideal para sua função. DARS2 foi inserido o transposon NKBOR e o resultante NKBOR::DARS2 transposon posteriormente inserido aleatoriamente no genoma de MG1655 ΔDARS2. Assim, geramos uma coleção de células, cada possuidor DARS2 colocados em um local diferente no cromossomo. Em vitro concorrência experimento, onde todas as células na coleção foram agrupadas e competiam entre si durante o crescimento contínuo em LB para um número estimado de 700 gerações, foi realizado. O resultado da experiência de competição foi monitorado/determinado usando o Southern blot, gene fácil caminhar e sequenciamento do genoma inteiro (WGS; A Figura 1). Clones de ponto de extremidade, resolvidos por gene fácil andar foram caracterizados por citometria de fluxo para avaliar parâmetros do ciclo celular. Em uma análise de fluxo cytometric, tamanho da célula, conteúdo de DNA e sincronia de iniciação podem ser medidos por um grande número de células. Durante citometria de fluxo, um fluxo de células únicas passa um feixe de luz de comprimento de onda apropriado para excitar o DNA manchado, então simultaneamente registado por photomultipliers que coletam a fluorescência emitida, uma medida do conteúdo de DNA, desde o as células são coradas para DNA. A luz difusa é uma medida da massa de célula20.
O experimento concorrência em vitro que apresentamos aqui é usado para abordar questões relacionadas com a importância da posição cromossômica e contexto genômico do elemento genético. O método é imparcial e fácil de usar.
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1. coleção da biblioteca do Transposon
Nota: O locus DARS2 cromossômico foi clonado para o Tn mini 10-baseado transposon, NKBOR (na pNKBOR) 21, resultando em NKBOR:: DARS2 (pJFM1). pNKBOR pode ser obtido on-line de 22. pNKBOR é um vetor de suicídio baseado em R6K que requer a π de proteínas do iniciador para replicação 23. Plasmídeo pJFM1, portanto, é capaz de replicar em uma cepa de Escherichia coli (por exemplo, Dh5α λ pir) contendo uma cópia cromossômica do gene do pir. No entanto, quando pJFM1 é transformado a sua deficiente em Pir MG1655, pJFM1 não pode replicar, levando à seleção de clones resistentes canamicina gerado pelas inserções aleatórias das NKBOR:: DARS2 para o cromossomo bacteriano. Para simplificar, estes são referidos como DARS2 inserções. Veja a Figura 1 para uma apresentação esquemática da metodologia.
2. Experiência de competição em LB
3. Análise de borrão do Sul para controlar o experimento sobre tempo de concorrência
4. Identificação dos Clones mais aptos
gene de fácil de utilização5. Citometria de fluxo
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Um borrão do Sul foi feito para verificar o que DARS2 foi distribuídas aleatoriamente o cromossomo na biblioteca transposon (t = 0) e que os clones mais aptos que persistem ao longo do tempo. O borrão do Sul foi realizado no DNA extraído do pool do transposon inicial (em t = 0) e cada 100 estimado de 700 gerações de concorrência (Figura 3). Aqui, o DNA celular total de cada time ponto foi digerido com o Pvuenzima de restrição, conhecida por ...
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A metodologia utilizada aqui aproveita-se de técnicas de estado-da-arte para responder a uma pergunta difícil em relação a posição ideal de genômica de um elemento genético. A inserção aleatória do elemento genético (mediada pelo transposon) possibilita a coleta fácil e rápida de milhares de clones, que então podem ser feitas para competir uns contra os outros para selecionar para a posição ideal do elemento genético investigada (ou seja, o clone mais apto).
Aqui, o DARS2 foi...
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Os autores não têm nenhum interesse financeiro concorrente.
Os autores foram financiados por subsídios da Fundação Novo Nordisk, a Fundação Lundbeck e o dinamarquês National Research Foundation (DNRF120) através do centro para resposta ao estresse bacteriana e persistência (BASP).
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| autoclavada Mili-Q | Nenhum | ||
| Cuvetes de Eletroporação, 0.1 cm | Thermo Fisher Scientific | P41050 | |
| Bio-Rad MicroPulser Sistema de Eletroporação | Bio-Rad | 165-2100 | |
| LB Caldo | Thermo Fisher Scientific | 12780029 | |
| Ágar LB, pó (Ágar Lennox L) | Thermo Fisher Scientific | 22700025 | |
| Glicerol | Thermo Fisher Scientific | 17904 | |
| Marca Fisher Placas de Petri de Plástico | Fisher Scientific | S33580A | |
| Falcon 50mL Tubos de Centrífuga Cônicos | Fisher Scientific | 14-432-22 | |
| Falcon 15mL Tubos de Centrífuga Cônicos | Fisher Scientific | 14-959-53A | |
| Nunc Tubos CryoTubes | Sigma-Aldrich | V7634 | |
| DNA polimerase de alta fidelidade Phusion (2 U/µ L) | Thermo Fisher Scientific | F530S | |
| dATP, [α-32P]- 3000Ci/mmol 10mCi/ml, 250 µ Kit | PerkinElmer | BLU012H250UC | |
| DECAprime II | Thermo Fisher Scientific | AM1455 | |
| Espectrofotômetro SF/MBV/03.32 | Centrífuga Pharmacia | ||
| Hermle SF/MBV/03.46 | Hermle | ||
| Ole Dich Centrífuga SF/MBV/03.29 | Ole Dich | ||
| Eppendorftubes 1,5 mL | Sigma-Aldrich | T9661 | |
| Eppendorftubes 2,0 mL | Sigma-Aldrich | T2795 | |
| Cloreto de Sódio | Merck | 6404 | |
| 96% Etanol | Sigma-Aldrich | 16368 | |
| Trizma HCl | Sigma-Aldrich | T-3253 | |
| Fenol Ultra Puro | BRL | 5509UA | |
| Clorofórmio | Merck | 2445 | |
| Ribonuclease A tipo II | A Sigma-Aldrich | R5000 | |
| Sódiododecilsulfato (SDS) | Merck | 13760 | |
| Lisozima | Sigma-Aldrich | L 6876 | |
| Isopropanol | Sigma-Aldrich | 405-7 | |
| 0,5M Na-EDTA pH 8.0 | BRL | 5575 UA | |
| Sulfato de canamicina | Sigma-Aldrich | 10106801001 | |
| PvuI (10 U/µ L) | Thermo Fisher Scientific | ER0621 | |
| UltraPure Agarose | Thermo Fisher Scientific | 16500500 | |
| DNA Gel Loading Dye (6X) | Thermo Fisher Scientific | R0611 | |
| Tris-Borato-EDTA tampão | Sigma-Aldrich | T4415 | |
| Brometo de etídio | Sigma-Aldrich | E7637 | |
| Ácido | clorídricoSigma-Aldrich | 433160 | |
| Hidróxido de Sódio | Sigma-Aldrich | 71687 | |
| Whatman 3MM papéis | Sigma-Aldrich | WHA3030931 | |
| SSC Buffer 20× Concentrado | Sigma-Aldrich | S6639 | |
| Amersham Hybond-N+ | GE Healthcare | RPN119B | |
| Ficoll 400 | Sigma-Aldrich | F8016 | |
| Polivinilpirrolidona | Sigma-Aldrich | PVP40 | |
| Soro Bovino Albumina - Fração V | Sigma-Aldrich | 85040C | |
| Ácido desoxirribonucléico sal de sódio de testículos de salmão | Sigma-Aldrich | D1626 | |
| Carestream Kodak BioMax filme leve | Sigma-Aldrich | Z373494 | |
| GenElute Kit de Extração de Gel | Sigma-Aldrich | NA1111 | |
| GenElute Kit de Limpeza PCR | Sigma-Aldrich | NA1020 | |
| T100 Termociclador | Bio-Rad | ||
| SmartSpec Plus Espectrofotômetro | Bio-Rad | ||
| Rifampicina | Serva | 34514.01 | |
| Cefalexina | Sigma-Aldrich | C4895 | |
| Mitramicina | Serva | 29803.02 | |
| Cloreto de magnésio hexahidratado | Sigma-Aldrich | 246964 | |
| Instrumento Apogee A10 | Apogee |
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