Nous rapportons ici une méthode d'utilisation de type I et de type II<em> Δku80</em> Souches de<em> Toxoplasma gondii</em> Pour générer efficacement des suppressions de gènes ciblés et les remplacements de gènes pour l'analyse génomique fonctionnelle.
Manipulation génétique ciblée utilisant la recombinaison homologue est la méthode de choix pour l'analyse génomique fonctionnelle pour obtenir une vue détaillée de la fonction des gènes et le phénotype (s). Le développement de souches mutantes présentant des délétions ciblées de gènes, les mutations ciblées, la fonction des gènes complété et / ou des gènes marqués fournit de puissantes stratégies pour aborder la fonction des gènes, en particulier si ces manipulations génétiques peuvent être ciblées efficacement pour le locus du gène d'intérêt en utilisant la médiation d'intégration en double traverser la recombinaison homologue.
En raison des taux très élevés de recombinaison non homologue, l'analyse génomique fonctionnelle de Toxoplasma gondii a été précédemment limitée par l'absence de méthodes efficaces pour cibler la délétion de gènes et les remplacements de gènes de loci génétiques spécifiques. Récemment, nous avons aboli la principale voie de recombinaison non homologue de type I et souches de T. type II gondii en supprimant le gène encoding le 1,2 de protéine Ku80. Les souches Δku80 se comportent normalement pendant tachyzoite (aiguë) et bradyzoïte (chronique) Cycle in vitro et in vivo et présentent essentiellement une fréquence de 100% de la recombinaison homologue. Les souches Ku80 Δ font des études génomiques fonctionnelles faisable sur le gène unique ainsi que sur l'échelle du génome 1-4.
Ici, nous rapportons méthodes d'utilisation de type I et de type II souches Δku80Δhxgprt d'avancer méthodes de ciblage de gènes dans T. gondii. Nous présentons des méthodes efficaces pour engendrer des délétions de gènes, les remplacements de gènes, et les gènes marqués par insertion ciblée ou la suppression de la phosphoribosyltransferase (HXGPRT) marqueur de sélection hypoxanthine-xanthine-guanine. Le gène décrit le ciblage protocole peut être utilisé dans une variété de façons Δku80 souches pour faire avancer l'analyse fonctionnelle du génome du parasite et de développer des souches uniques qui portentmultiple ciblé manipulations génétiques. L'application de cette méthode génétique et tests phénotypiques suivantes révélera des aspects fondamentaux et unique de la biologie de T. gondii et des agents pathogènes humains importants liés qui causent le paludisme (Plasmodium sp.) et la cryptosporidiose (Cryptosporidium).
Toxoplasma gondii est un parasite obligatoire de protozoaire intracellulaire commun que fréquemment et infecte chroniquement un large éventail d'animaux et les humains 5. On estime que plus de 1 milliard d'êtres humains sont actuellement et chroniquement infectés par ce pathogène. En plus de l'importance de la maladie causée par T. gondii infection, la disponibilité croissante des outils expérimentaux, les ressources génomiques puissantes 6, la facilité de croissance in vitro et d'excellents modèles de souris ont fait T. gondii un système modèle de premier plan pour l'étude plus large de pathogènes eucaryotes intracellulaires et d'autres parasites apicomplexes importants qui causent des maladies dévastatrices comme le paludisme (Plasmodium sp.) et la cryptosporidiose (Cryptosporidium) 5,7. Une limitation importante de Toxoplasma gondii comme un organisme modèle a été la récupération inefficace des descendants qui transportent ciblé manipulations génétiques. Ce problem en ciblage génique est due à une faible fréquence de recombinaison homologue par rapport à la très haute fréquence de recombinaison non homologue dans les souches de type sauvage de T. gondii, même quand une homologie de l'ADN est prévu dans des molécules cibles d'ADN utilisées dans les études génétiques 2.
Nous avons récemment génétiquement bloqué la principale voie de recombinaison non homologue de type I et souches de Toxoplasma gondii de type II par la suppression du gène codant pour la protéine de 1,2 Ku80. Le type résultant I et Ku80 souches Δ type II présentent des taux de croissance normale, la taille et le comportement à la fois in vitro et in vivo au cours de tachyzoite et étapes bradyzoïte in vitro et in vivo, cependant, ces souches présentent essentiellement une fréquence de 100% de la recombinaison homologue et cette phénotype augmente la probabilité d'isoler rapidement la progéniture désirée de manipulations génétiques ciblées par plusieurs centaines à plusieurs thoUSand fois 1,2,4. À l'échelle communautaire utilisation récente de type I et de type II souches Δ Ku80 a considérablement intensifié le rythme, la variété, ainsi que le taux de réussite des approches génétiques ciblées dans T. gondii 1-4,8-13. Nous décrivons ici un protocole complet pour la suppression ciblée des gènes, le remplacement d'un gène, et le marquage des gènes dans Δ Ku80 souches de T. gondii. Nous démontrons comment concevoir et cibler de manière fiable les manipulations génétiques à des gènes spécifiques ou loci génétiques dans Δ Ku80 souches de Toxoplasma gondii.
Ici nous fournissons un protocole de gène ciblage efficace dans Δ Ku80 souches de parasites afin de permettre la récupération efficace de la descendance génétiquement manipulés qui possèdent des suppressions ciblées de gènes, les remplacements de gènes et / ou de gènes marqués. L'exécution séquentielle de ces méthodes permet une approche fiable pour l'isolement de mutants de parasites qui contiennent des manipulations génétiques ciblées simples ou multiples 3.1. Alors que la génération d'une délétion ciblée dépend de multiples facteurs, l'utilisation de la souche Δ Ku80 avec la stratégie présentée et le protocole augmente considérablement l'efficacité et la facilité de faire des souches mutantes définies précisément de T. gondii pour les études de génomique fonctionnelle.
Le génome de T. gondii durant les stades asexués est haploïde. Ainsi, une étude à faire lors de la planification de supprimer un gène est que le gène ne doit pas être indispensable in vitro. Néanmoins, l'efficacité de la targeTing KO gènes dans Ku80 souches Δ est extrêmement élevé, ce qui permet l'isolement de souches mutantes avec des taux de réplication avec facultés affaiblies de manière significative. Si un gène ciblé est essentiel, parasites cessent souvent à reproduire lors de la sélection. Un autre facteur essentiel dans la manipulation génétique ciblée est que l'homologie parfaite avec au moins 620 pb du flanc ciblage génomique est nécessaire pour obtenir des intégrations ciblées détectables 2. Régions plus d'homologie produisent des rendements plus élevés du ciblage et de l'aide ciblant les flancs d'ADN d'environ 1000 paires de bases est une méthode fiable et efficace 1-4. Pour cette raison, il est important que les flancs ciblant génomiques sont générées à partir de la même souche de T. gondii (RH, Pru) que la souche qui est génétiquement manipulée. Le manque d'homologie suffisante peut souvent se traduire par l'intégration ciblée d'un flanc de ciblage génomique, mais pas l'autre. Intégration incomplète ou défaut d'obtenir une maîtrise de finaley soyez aussi en raison de la persistance épisomal. Immédiatement après transfection, toutes les molécules de ciblage sont non intégrés qu'épisomes, et parfois molécules ciblant peut persister tant qu'épisomes pour de nombreuses générations. Utilisation de flancs d'ADN cible d'environ 1 kpb et de continuer à faire passer les parasites sous sélection avant ré-sous-clonage a souvent des problèmes liés à la persistance épisomique.
Une fois un coup de grâce est validée et le marqueur HXGPRT est enlevé, la stratégie de ciblage de gène peut être répété sur une deuxième GOI pour générer de multiples suppressions de gènes dans une souche de parasite unique 1-3. La génération des suppressions, des remplacements ou des gènes marqués peut également être réalisé en utilisant différents marqueurs sélectionnables (bléomycine, CAT, pyriméthamine résistant DHFR, etc.) Bien que le CAT marqueur de sélection est actuellement présent dans le type II Δ Ku80 Pru génome 1, ce marqueur peut être enlevé en utilisant le HXGPRT </em> protocole de sélection décrites ici. Dans nos mains, la sélection HXGPRT est le plus sûr et le marqueur le plus efficace avec l'efficacité du ciblage le plus élevé où une seule copie insertion ciblée est suffisante pour la sélection robuste MPA + X moyenne. HXGPRT fournit également la seule approche actuellement utile pour la suppression ciblée d'un marqueur de sélection (figure 3) à l'aide de 6 thioxanthine (6TX) 2,3 sélection. Ainsi, ce protocole constitue la seule approche actuelle pour le développement de souches mutantes définis avec plusieurs manipulations génétiques ciblées.
Ce protocole fournit une méthode utile et efficace pour la manipulation génétique ciblée dans Δ Ku80 souches de Toxoplasma gondii et est applicable à l'analyse d'un seul gène, une famille de gènes, ou des études de génomique fonctionnelle du génome entier. Avant la disponibilité de Δ Ku80 souches 1,2, ces approches ne sont pas largement faisable en raison de l'INEFficiency de ces méthodes. Par conséquent, ce protocole est largement applicable pour la manipulation génétique ciblée de Toxoplasma gondii et est accessible à tous les chercheurs intéressés à relever un certain nombre de questions sur la biologie du parasite, la réponse de l'hôte, et la génomique fonctionnelle.
The authors have nothing to disclose.
Ce travail a été soutenu par des subventions du NIH à DJB (AI041930, AI073142, AI075931 et AI091461).
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 |