여기에서 우리는 유형 I 및 유형 II를 사용하는 방법을보고<em> Δku80</em의> 변종<em> 톡소 포자충</em> 효율적으로 기능 게놈 분석 대상으로 유전자 삭제 및 유전자 교체를 생성합니다.
상동 재조합을 사용하여 대상 유전자 조작 유전자 기능과 표현형 (들)의 상세보기를 얻을 수있는 기능 게놈 분석을 위해 선택의 방법입니다. 표적 유전자의 삭제, 대상 돌연변이 보완 유전자 기능 및 / 또는 태그 유전자 돌연변이 균주의 개발은 이러한 유전자 조작을 효율적으로 이중으로 통합 중재를 사용하여 그 유전자 현장을 대상으로 할 수있는 경우, 특히 유전자 기능을 해결하기 위해 강력한 전략을 제공합니다 상동 재조합을 통해 교차합니다.
톡소 포자충의 동종 재조합, 기능 게놈 분석의 매우 높은 속도로 인해 이전에 특정 유전자 좌위에 유전자 삭제 및 유전자 교체 대상에 대한 효율적인 방법의 부재로 제한되었습니다. 최근에, 우리는 유형 I 및 유형 II T의 변종 동종 재조합의 주요 통로를 폐지 유전자 encodin을 삭제하여 gondii의G KU80 단백질 1,2. Δku80 균주 tachyzoite (급성) 및 in vitro와 in vivo에서 bradyzoite (만성) 단계에서 일반적으로 행동과 상동 재조합 본질적으로 100 %의 빈도를 나타냅니다. Δ ku80 균주는 단일 유전자뿐만 아니라 게놈 규모의 1-4 페이지의 기능 게놈 연구는 가능합니다.
여기, 우리는 I 및 유형 II Δku80Δhxgprt 균주는 T.의 유전자 타겟팅 방식을 사전에 유형을 사용하는 방법을보고 gondii의. 우리는 산틴 – 크 산틴-구아닌의 phosphoribosyltransferase (HXGPRT) 선택 마커의 대상 삽입 또는 삭제에 의해 유전자 삭제, 유전자 교체 및 태그 유전자를 생성하기위한 효율적인 방법을 설명합니다. 프로토콜을 대상으로 설명하는 유전자는 기생충 게놈의 기능 분석을 진행하고 수행 한 균주를 개발하는 Δku80 변종 다양한 방법으로 사용할 수 있습니다여러 유전자 조작을 대상으로. 이 유전 적 방법과 이후의 표현형 분석의 응용 프로그램은 T.의 생물학의 기본적이고 독특한 측면을 보여줄 것입니다 gondii의 말라리아 (Plasmodium의 SP에.) 및 크립토스포리디움 (Cryptosporidium의)이 발생할 관련된 중요한 인간 병원체.
톡소 포자충은 종종 일반적인 의무 세포 내 원생 기생충이며, 만성적으로 동물과 인간 5의 넓은 범위를 감염. 그것은이 병원균에 의해 10 억 이상의 인류가 현재 추정하고 만성 감염됩니다. T.에 의한 질병의 중요성에 추가 체외 성장과 우수한 마우스 모델에서 T. 만든의 gondii의 감염, 실험 도구, 강력한 게놈 자원 6의 증가 가용성, 편의성 gondii의 세포 진핵 병원체 및 말라리아 (Plasmodium의 SP에.) 및 크립토스포리디움 (Cryptosporidium의) 5,7과 같은 치명적인 질병을 일으키는 원인이 다른 중요한 apicomplexan 기생충의 광범위한 연구를위한 선도적 인 모델 시스템. 모델 생물로 톡소 포자충의 중요한 한계는 유전자 조작을 대상으로 나른다 자손의 비효율적 복구되었습니다. 이 proble 나유전자 타겟팅의 M은 T의 야생형 균주의 동종 재조합의 매우 높은 주파수를 기준으로 상동 재조합의 낮은 주파수로 인해 광범위한 DNA 상 동성이 유전자 연구 2에 사용되는 DNA의 표적 분자에 제공되는 gondii의 경우에도.
우리는 최근 유전자 타입 동종 재조합의 주요 통로를 차단 KU80 단백질 1,2 인코딩 유전자를 삭제하여 I 및 유형 II 톡소 포자충의 변종. I 및 유형 II Δ ku80 변종 정상적인 성장 속도, 크기 및 in vitro와 in vivo에서 체외 tachyzoite 및 bradyzoite 단계에서 생체의 두 동작을 결과 형식은, 그러나, 이러한 변형은 기본적으로 100 % 상동 재조합의 빈도와이 전시 표현형은 몇 칸토에 수백의 표적 유전자 조작으로 빠르게 분리 원하는 자손의 가능성을 증가USand에서 배 1,2,4. 최근 사회 전반 I 및 유형 II Δ ku80 긴장이 속도까지 크게 램핑이 유형의 사용, 다양한뿐만 아니라, T.의 표적 유전자 접근 방법의 성공률 gondii의 1-4,8-13. 여기에서 우리는 T.의 Δ ku80 변종 대상으로 유전자 삭제, 유전자 교체, 유전자 태그에 대한 포괄적 인 프로토콜을 설명 gondii의. 우리는 디자인하고 안정적으로 톡소 포자충의 Δ ku80 균주의 특정 유전자 또는 유전자 좌위에 유전자 조작을 대상으로하는 방법을 보여줍니다.
여기에서 우리는 대상 유전자 삭제, 유전자 대체, 그리고 / 또는 태그 유전자를 가지고 유전자 조작 자손의 효율적인 복구를 가능하게 Δ ku80 기생충 변종 대상으로 효율적인 유전자에 대한 프로토콜을 제공합니다. 이러한 방법의 순차적 인 실행은 1-3 단일 또는 여러 대상으로 유전자 조작을 포함하는 기생충 돌연변이 체의 분리에 대한 안정적인 접근 방식을 제공합니다. 대상 삭제의 생성이 여러 요인에 따라 다르지만, 제시된 전략 및 프로토콜 Δ ku80 변형의 사용은 크게 T.를 정확히 정의 된 돌연변이 균주를 제작의 효율성과 편의성을 향상 기능 게놈 연구를위한 gondii의.
T.의 게놈 무성 생식 단계에서 gondii의이 반수체 있습니다. 따라서 유전자를 삭제할 계획 할 때 만들 수있는 고려 사항은 유전자가 생체에 필수적인해서는 안 것입니다. 그럼에도 불구하고, 타지의 효율성Δ ku80 변종 팅 유전자 녹아웃은 매우 높고, 이는 크게 손상 복제 속도로 돌연변이 균주의 분리 할 수 있습니다. 대상 유전자가 중요한 경우, 기생충은 종종 선택하는 동안 복제를 중단. 타겟 유전자 조작의 또 다른 중요한 요인은 유전 표적 측면의 적어도 620 BP가 검출 대상 통합 2를 얻기 위해 필요로 완벽한 동성이다. 동성 이상 지역 타겟팅 약 1,000 BP의 DNA의 측면을 대상으로하는 1-4 안정적이고 효율적인 방법입니다 사용하여 높은 효율을 생산하고 있습니다. 이러한 이유로 게놈 대상 측면은 T.의 동일한 균주에서 생성하는 것이 중요합니다 유전자 조작되고 변형 등 포자충 (RH, 저기,). 충분한 유사성의 부족은 종종 하나의 게놈 대상 측면의 대상으로 통합 될,하지만 다른 할 수 없습니다. 완전 통합 또는 녹아웃 엄마를 얻기 위해 실패Y는 에피 솜 지속성으로 인해합니다. 즉시 형질 전환 후, 표적 분자의 모든 episomes를 통합되지 않은 있으며, 때로는 표적 분자는 여러 세대 episomes로 유지할 수 있습니다. 1 ~ KBP 목표 DNA의 측면을 사용하기 전에 다시 서브 클로닝을 선택에서 기생충을 전달하기 위해 계속하는 것은 자주 에피 솜 지속성과 관련된 문제를 해결합니다.
한방의 유효성을 검사하고 HXGPRT 마커가 제거되면, 유전자 표적 전략은 1-3 단일 기생충 긴장에서 여러 유전자의 삭제를 생성하는 두 번째 GOI에 반복 할 수 있습니다. 삭제, 교체 또는 태그 유전자의 생성은 또한 다른 선택 마커 (블레오 마이신, CAT, pyrimethamine 저항 DHFR 등)를 사용하여 수행 할 수 있습니다. CAT 선택 마커가 현재 유형 II Δ ku80 저기, 게놈 1에 존재하지만,이 마커는 HXGPRT를 사용하여 제거 할 수 있습니다 </방명록> 선택 프로토콜은 여기에 설명. 우리 손에, HXGPRT 선택이 단일 복사본을 대상으로 삽입 MPA + X 중간. HXGPRT의 강력한 선택에 대한 충분한 곳 가장 높은 대상으로 효율성을 가장 안전하고 가장 효율적인 마커도의 타겟 삭제 현재 유일하게 유용한 방법을 제공합니다 6 thioxanthine (6TX) 선택 2,3를 사용하여 선택 마커 (그림 3). 따라서이 프로토콜은 여러 타겟 유전자 조작으로 정의 된 돌연변이 균주 개발을위한 현재의 유일한 방법을 제공합니다.
이 프로토콜은 톡소 포자충의 Δ ku80 변종 타겟 유전자 조작을위한 귀중하고 효율적인 방법을 제공하며, 하나의 유전자, 유전자의 가족, 또는 게놈 전체의 기능 게놈 연구의 분석에 적용 할 수 있습니다. 이전 Δ ku80 변종 1,2의 가용성에, 이러한 방식은 오프라인으로 인해 널리 실현되지 않았다이러한 방법 fficiency. 따라서,이 프로토콜은 톡소 포자충의 타겟 유전자 조작 광범위하게 적용하고 기생충 생물학, 호스트 응답 및 기능 유전체학에 대한 질문의 범위를 주소에 관심있는 모든 연구자에 액세스 할 수 있습니다.
The authors have nothing to disclose.
이 작품은 DJB에 NIH에서 교부금 (AI041930, AI073142, AI075931, 및 AI091461)에 의해 지원되었다.
Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
Overlap Primers | Integrated DNA Technologies | 4 nmole Ultramer DNA oligos | |
Validation Primers | Integrated DNA Technologies | 100 nmole DNA Oligo | |
Yeast Strain #90845 | ATCC | Designation FY834 | |
Shuttle Vector pRS416 | ATCC | 87521 | |
DH10B E. coli | Invitrogen | 12033-015 | SOC broth in kit with E. coli |
Resuspension Buffer | Qiagen | Buffer P1 in QIAprep Spin Miniprep Kit | |
Miniprep Kit | Qiagen | 27104 | QIAprep Spin Miniprep Kit |
Glass Beads | Scientific Industries | SI-BG05 | 0.5 mm acid-washed |
Qiacube Automated Robotic Work Station | Qiagen | ||
Electroporation Cuvette | USA Scientific | 9104-5050 | 2 mm-gap |
BTX600 electroporator | BTX | ||
Maxiprep Kit | Qiagen | 12662 | QIAprep Spin Maxiprep Kit |
25 cm2 Canted neck plug seal flask | Corning | 430168 | |
150 cm2 Canted Neck plug seal flask | Corning | 430823 | |
Human Foreskin Fibroblasts (HFF) cells | ATCC | SCRC1041 | |
Swin-lok Filter Holder | Whatman | 420200 | 25-mm-diameter |
Membrane | Whatman | 110612 | Nucleopore Track-etched Membrane 3 mm pore size, 25-mm-diameter |
Mycophenolic acid (MPA) | Sigma | ||
Xanthine (X) | Sigma | ||
96-well Tissue Culture Tray | Corning Costar | ||
24-well Tissue Culture Tray | Corning Costar | ||
MEM Eagle Media | Lonza Biowhittaker | 12-611F | |
Fetal Bovine Serum | Gibco | 26140-111 | |
Antibiotic-Antimycotic (Anti-Anti) | Gibco | 15240-062 | |
Spin Column | Primm Labs | PAE-100 | Easy Clean DNA Extraction Spin Kit |
T4 DNA Ligase | New England Biolabs | ||
6-thioxanthine | Acros Organics | ||
Tissue DNA Minikit | Qiagen | 51104 | QIAamp DNA Blood Mini Kit |
Cell Culture Freeze/Recovery Media | Gibco | 126-48-010 | |
Phosphate Buffered Saline | Hyclone | SH30028.02 | minus calcium, minus magensium |