$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Сети генетических взаимодействий предоставляют функциональную информацию о генах и очерчивают пути и биологические процессы, в которых эти гены могут быть вовлечены in vivo. Кроме того, они также могут дать представление о том, как различные гены взаимодействуют друг с другом, что приводит к определенному фенотипу 1,2,3. На протяжении многих лет исследователи разрабатывали различные генетические скрининги, чтобы ответить на фундаментальные биологические вопросы и изучить болезни человека. Скрининги для идентификации генетических взаимодействий могут быть выполнены несколькими способами. Генетические взаимодействия, идентифицированные в различных генетических скринингах, могут представлять собой различные механистические отношения между генами. Кроме того, исследования показали, что общий набор генетических взаимодействий разделяют гены, которые кодируют белки, принадлежащие к одному и тому же пути или комплексу 4,5. Таким образом, сети генетического взаимодействия могут быть использованы для установления функциональной организации в клетке, в которой гены, разделяющие наиболее похожие профили, принадлежат к одному и тому же комплексу или пути, эти гены, имеющие несколько менее похожие профили, принадлежат к одному и тому же биологическому процессу, а те гены, которые демонстрируют перекрывающиеся, но более разнообразные профили, отражают членов, принадлежащих к одному и тому же клеточному компартменту6.
Скрининги генетического взаимодействия, основанные на подавлении дозы («подавление высокой копии или мультикопии»), являются одним из широко используемых подходов. Эти экраны могут быть выполнены путем преобразования мутантного штамма запроса с помощью геномной библиотеки или библиотеки кДНК с высоким числом копий, за которой следуют подходящие анализы / методы отбора для выявления подавляющих или усиливающих генетических взаимодействий 7,8,9. Чтобы обеспечить всесторонний охват всего генома, эти скрининги также проводились путем сверхэкспрессии конкретного гена, представляющего интерес, в коллекции мутанта потери функции по всему геному или путем чрезмерной экспрессии геномной библиотеки с высоким числом копий плазмид или кДНК в мутанте запроса на потерю функции 9,10,11,12,13,14,15 . Стратегия мультикопии может также работать с использованием подхода доминанты/сверхвыражения с использованием регулируемого промотора.
Основные преимущества использования скринингов на основе супрессоров заключаются в том, что подавление ранее существовавшего фенотипа в мутантном штамме другим геном устанавливает генетическую связь между этими двумя генными продуктами, которая, возможно, не была продемонстрирована с использованием других подходов. Во-вторых, было замечено, что наличие ранее существовавшей мутации сенсибилизирует определенный путь, позволяя идентифицировать дополнительные компоненты этого пути путем выделения супрессоров, которые, возможно, не были идентифицированы более прямым генетическим отбором. Более того, этот экран может быть использован для идентификации подавителей, которые имеют различные механизмы подавления16. Супрессорные взаимодействия обычно происходят между генами, которые функционально связаны и могут быть использованы для выяснения иерархий в путях. Точный основной механизм подавления может отличаться в зависимости от нескольких факторов, включая тип мутанта запроса, используемого на экране, экспериментальные условия и уровень экспрессии генов. Один из распространенных механизмов подавления дозы включает гены, кодирующие продукты, которые функционируют вместе в одном комплексе или параллельно в одном и том же клеточном / биологическом процессе. Результаты таких скринингов в более простых модельных организмах, таких как дрожжи, могут быть распространены на высшие эукариотические организмы, поскольку большинство фундаментальных биологических путей и процессов сохраняются на протяжении всей эволюции.
Эти генетические экраны также могут быть модифицированы несколькими способами, чтобы ответить на различные биологические вопросы. Например, могут быть идентифицированы ортологичные гены разных организмов, которые могут подавлять фенотип мутантного штамма. Он также был использован для определения потенциальных механизмов резистентности и определения белковых мишеней новых антибактериальныхсоединений 17,18, противогрибковых19,20, противопаразитарных21 и противоопухолевыхсоединений 22. Этот экран также был использован для выявления супрессоров активности фармацевтических препаратов, механизм действия которых неизвестен. Таким образом, в принципе, эти мультикопийные супрессорные экраны могут быть оптимизированы и использованы в различных приложениях в различных организмах. Хотя большинство генетических скринингов, используемых исследователями дрожжей, были первоначально разработаны в S. cerevisiae, S. pombe появился как дополнительная модельная система для проведения различных генетических скринингов и анализов23. Кроме того, геномная организация и биологические процессы у S. pombe, такие как встречаемость интронов в большем количестве генов, сложность происхождения репликации ДНК, структура центромеры, организация клеточного цикла и наличие механизма RNAi, показывают большее сходство между S. pombe и высшими эукариотами23,24, подчеркивая важность разработки и использования генетических инструментов в S. pombe.
В этой статье описывается протокол идентификации генетических интеракторов на основе «подавления дозы» мутантного фенотипа с потерей функции у S. pombe. Основой этого протокола является то, что это быстрый и эффективный метод скрининга библиотеки кДНК, чрезмерно экспрессирующей гены дикого типа либо на мультикопийной плазмиде, либо на сильном промоторе. Этот протокол состоит из четырех основных этапов: преобразование библиотеки в мутантный штамм запроса, выбор плазмидных клонов, которые подавляют желаемый фенотип мутантного штамма запроса, извлечение плазмиды (плазмид) из этих клонов-супрессоров и идентификация гена, ответственного за подавление фенотипа. Как и для любого метода, основанного на выборе и идентификации cDNAs из библиотеки, успех экрана зависит от использования высококачественной и сложной библиотеки, поскольку экран может извлекать только те клоны кДНК, которые присутствуют в библиотеке.
Используя этот протокол, мы успешно идентифицировали два новых супрессора генотоксического стресс-чувствительного фенотипа запроса S. pombe ell1 нулевого мутанта. Семейство факторов удлинения транскрипции ELL (Eleven Nineteen Lysine Rich Leukemia) подавляет преходящую паузу РНК-полимеразы II на шаблонах ДНК в биохимических анализах in vitro и сохраняется в различных организмах, от дрожжей деления до людей25. Более ранняя работа предоставила доказательства того, что нулевой мутант S. pombe ell1 демонстрирует генотоксическую стрессовую чувствительность в присутствии 4-нитрохинолина 1-оксида (4-NQO) и метилметансульфоната (MMS)26. Поэтому мы преобразовали мультикопийную библиотеку кДНК, кодируемую плазмидой S. pombe , в нулевой мутант S. pombe ell1 и идентифицировали два предполагаемых клона, которые продемонстрировали способность подавлять генотоксическую стрессовую чувствительность нулевого мутанта S. pombe ell1 в присутствии 4-NQO, соединения, которое индуцирует поражения ДНК. Последующее секвенирование вставки, присутствующей в плазмидных клонах, показало, что гены, кодирующие rax2+ и osh6+, были ответственны за подавление генотоксической стрессовой чувствительности нулевого мутанта ell1 при сверхэкспрессии в нулевом мутанте ell1.