Eine Hefe 2-Hybrid Bildschirm im Batch Proteininteraktionen vergleichen

Ein vollständiges Verständnis der biologischen Zellprozesse stützt sich auf die Suche nach der Protein-Interaktion-Netzwerke, die ihre molekularen Mechanismen zugrunde liegen. Ein Ansatz zur Protein-Interaktionen zu identifizieren ist die Hefe 2-Hybrid (Y2H) Assay, die Arbeiten durch einen funktionierenden Chimären Transkriptionsfaktor zusammenfügen, sobald zwei Protein Domänen von Interesse an einander¹binden. Ein typische Y2H-Bildschirm erfolgt durch die Schaffung einer Bevölkerung von Hefe, die beide eine Bibliothek von Plasmiden Codierung interagierenden Proteine verschmolzen zu einem transcriptional Aktivator beherbergt (zB., “Beute” Schmelzverfahren Protein) und ein bestimmtes “Köder” Plasmid bestehend aus dem Protein von Interesse verschmolzen zu einem DNA-bindende Domäne (z.B. die Gal4 DNA-bindende Domäne, die an die Gal4-upstream aktivierende Sequenz bindet). Einer der Hauptvorteile des Y2H-Ansatzes ist, dass es relativ einfach ist und kostengünstig durchzuführen in einem typischen Labor für Routinearbeiten molekularen biologischen^{2 ausgestattet}. Jedoch wenn traditionell durchgeführt, Proben ein Benutzer einzelne Kolonien, die bei der Auswahl für eine positive Y2H-Interaktion entstehen. Dies schränkt die Anzahl der Bibliothek “Beute”-Klone, die befragt werden können. Dieses Problem wird verstärkt, wenn die Fülle an eine bestimmte interagierenden Beute sehr hoch im Vergleich zu anderen, verringern die Chance Interaktion von niedrigen Fülle Beute Plasmide zu erkennen ist.

Eine Lösung für die Verwendung der Y2H-Prinzip in umfassende Abdeckung des Proteoms ist die Verwendung eines Matrix-formatierte Ansatzes, wobei ein Array mit bekannten individuelle Beute Plasmide Digital abgefragt werden kann. Ein solches Vorgehen erfordert jedoch eine Infrastruktur, die nicht ohne weiteres zugänglich oder kostengünstig an die einzelnen Ermittler ist, die bei der Festlegung der Interaktom einer kleinen Anzahl von Proteinen oder Domänen³interessiert sind. Darüber hinaus würde sehr komplexe Beute-Bibliotheken, die mehrere Fragmente von interagierenden Proteine kodieren können solche Matrix Arrays zu unpraktisch Größen vergrößern. Eine Alternative ist Assays mit komplexen Bibliotheken in Chargen und das Vorhandensein von interagierenden Klone mit massiv parallelen Hochdurchsatz-Sequenzierung⁴zu bewerten. Dies kann angewendet werden, um das Vorhandensein von Beute Plasmide assay, die in mehrere Kolonien mit einem typischen entstehen Y2H formatiert Ansatz in der Hefe Zellen Gehäuse interagierenden Pair von Fusionsproteinen dürfen auf einer Platte^5,6wachsen. Diese allgemeine Idee kann akzentuiert werden, zur Steigerung der Abfrage der beiden mehrere Köder und Komponenten in der gleichen Zeit^7,8zum Opfer.

Dennoch, viele Untersuchungen erfordern, dass ein einfacher noch mehr Aufwand auf nur wenige Protein “Köder” konzentriert und profitieren mehr von einer erschöpfenden und semi-quantitativen Abfrage einer einzigen komplexen Beute-Bibliothek. Wir haben entwickelt und validiert ein Konzept für die breit angelegte Protein Wechselwirkungsstudien mit einem Y2H-Prinzip in Batch Format⁴durchführen. Dies nutzt das Wachstumstempo von einem bestimmten Beute Plasmid als Proxy für die relative Stärke der Y2H Interaktion⁹. Tiefe Sequenzierung aller Plasmide innerhalb einer Population normales Wachstum ausgesetzt oder selektive Wachstumsbedingungen produziert eine vollständige Karte der Klone, die starke und schwache Y2H Interaktionen ergeben. Das Repertoire der interagierenden werden erhalten und direkt über mehrere Köder Plasmide verglichen. Die resultierende Workflow bezeichnet DEEPN (dynamische Bereicherung für Evaluation of Protein Networks) kann so zum differenziellen Interactomes aus den gleichen Beute Bibliotheken, Proteine, Vergleich zwischen ein Protein vs. anderen zu identifizieren identifizieren.

Hier zeigen wir DEEPN und Verbesserungen in die Labormethoden, die seine Verwendung zu erleichtern, die in Abbildung 1aufgeführt sind. Signifikante Verbesserungen umfassen:

Generation der Beute Hefe Bevölkerung. Eine der wichtigsten Voraussetzungen der DEEPN erzeugt Populationen von Hefe mit verschiedenen Köder Plasmide, die die gleiche Verteilung der Plasmid-Beute-Bibliotheken haben. Gleichwertige Grundlinie Populationen der Beute Plasmid Bibliothek sind essentiell für genaue Vergleiche zwischen den Interactomes von unterschiedlichen Ködern. Dies geschieht am besten, wenn ein Bibliothek-Plasmid sich bereits in einer Population von haploiden Hefe befindet und Umzug eines bestimmten Köder-Plasmid in dieser Population erreicht wird, indem die Paarung um einen diploiden zu produzieren. Hier bieten wir einen klaren Leitfaden wie man solche Populationen mit kommerziellen Bibliotheken in haploiden Hefe untergebracht. Obwohl wir Methoden, die eine hohe Anzahl von diploiden zu erzeugen gefunden, war die Paarung Gesamteffizienz des diese kommerzielle Bibliothek-haltigen Hefestämme gering. Daher haben wir eine neue Sorte, die Beute Bibliotheken aufnehmen kann, die weit mehr diploiden pro Paarung Reaktion ergibt.

New set Köder Plasmide. Viele aktuelle Plasmide, die “Köder” Schmelzverfahren Proteine enthalten des Proteins des Interesses und eine DNA-bindende Domäne Ausdrücken basieren auf 2µ, so dass sie ihre Kopienzahl verstärken. Diese Kopienzahl kann sehr variabel in der Bevölkerung und führen zu Schwankungen in der Y2H transcriptional Antwort. Dies könnte wiederum die Fähigkeit zu beurteilen, die Stärke einer bestimmten Protein Interaktion anhand der Antwort Wachstum von Zellen unter Auswahl verzerren. Dies kann teilweise Adresse sein, mit einem niedrigen Kopie Plasmid, von denen einige wie die im Handel erhältlichen pDEST32¹⁰zuvor beschrieben wurden. Wir konstruierten eine neue Köder-Plasmid (pTEF-GBD), das produziert Gal4 DNA-bindende Domäne Fusionsproteine innerhalb einer TRP1 Zentromer-basierte niedrigen Kopie Plasmid trägt die Kanr-Resistenz-Gen, die auch ermöglicht, Klonen von Köder Fragmente sowohl stromaufwärts und unterhalb des Gal4 DNA-bindende Domäne.

Neue High-Density Y2H fragmentbibliothek. Wir ein neues Plasmid, Haus Y2H Beute Bibliotheken gebaut und benutzte es, um eine hochkomplexe Y2H-Bibliothek nach dem Zufallsprinzip geschert Bruchstücke von genomischer DNA aus Saccharomyces Cerevisiaegemacht zu bauen. Sequenzanalyse zeigte, dass diese Bibliothek mehr als 1 Million verschiedene Elemente, die weitaus komplexer als die zuvor beschriebenen Hefe genomische Y2H Plasmid Bibliotheken¹¹. Mit dieser neuen Bibliothek konnten wir zeigen, dass der DEEPN-Workflow robust genug ist, um komplexe Bibliotheken mit vielen unterschiedlichen Plasmide in einer Art und Weise aufzunehmen, die zuverlässig und reproduzierbar ist.