Bu protokol soydaş GFP gazetecilere ve flow sitometri aracılığı GFP ifade uyarmak için atfs yeteneği ölçümü ile yapay transkripsiyon faktörleri (atfs) hızlı inşası için deneysel bir prosedür açıklanmaktadır.
Sentetik biyoloji rasyonel tasarım ve istenen niceliksel özelliklere sahip sentetik devreleri kurmak, yanı sıra yerli kumanda devrelerinin yapısını sorgulamak için araçları sağlamayı amaçlamaktadır. Her iki durumda da, herhangi bir hedef dışı etkileri olan, hızlı bir şekilde ayarlanabilir ve gen ifadesini program yeteneği yararlı olabilir. Biz, insan östrojen reseptörü ve VP16 ligand bağlayıcı etki alanı, ardından bir URA3 kasetinin ACT1 promoter üst akışında içeren maya suşları inşa ettiler. URA3 varlığı karşısında bir DNA bağlama alanı ve seçilmesini ihtiva eden bir doğrusal bir PCR ürünü ile bu türünün dönüştürülmesi ile, bir kurucu olarak ifade yapay transkripsiyon faktörü (ATF) homolog rekombinasyon ile üretilebilir. Bu şekilde tasarlanmış atfs bu şekilde hedef dışı aktivasyonu ve yaygın olarak kullanılan Conditi ile bulunan fizyolojik olmayan büyüme koşulları hem de ortadan kaldırılması, indükleyici mevcudiyetinde benzersiz bir hedef geni aktive edebilironal gen ekspresyon sistemleri. Ilgi konusu bir doğal ya da yapay bir transkripsiyon faktörüne yanıt, özellikle GFP raportör plazmidin hızlı yapımı için basit bir yöntem de sağlanmaktadır.
Maya genetik anahtarları geliştirilmesi akademik hem de endüstriyel araştırma büyük ilgi olduğunu. İdeal durumda, genetik anahtarları deneyi tarafından arzu sadece belirli bir gen (ya da gen kümesi) aktif hale getirmek için kullanılabilir. Alt sentetik bir promotörün yerleştirilen bir genin kodlayıcı sekansı, bir uyaran molekül olmadan ifade edilmez: inducer ilave edildikten sonra hızlı bir şekilde gen ifade edilmelidir. Sadece son zamanlarda bu tür bir anahtar indükleyici yokluğunda, soy bir silme fenotipi gösterir, ancak uyarıcının mevcudiyetinde ekspresyon bütün hücrelerde indüktör düzeyi ile orantılı olarak aktif maya içinde tasarlanmış olabilir gösterilmiştir 1,2. Tarihsel olarak, mayada koşullu ifade sistemleri MET, PHO ve GAL promoterler (aktiviteler metionin, fosfat dışı düzeyde duyarlı olan, ve de dahil olmak üzere besleyici duyarlı DNA dizileri, üzerine ağır yararlanmıştırgalaktoz, sırasıyla). Koşullu ifade elde edilebilir olsa da, önemli pleitropik etkilerin pahasına geliyor.
Örneğin, insan östrojen reseptörleri olarak hormon reseptörleri ökaryotlarda 3,4 etkili anahtarları olduğu kanıtlanmıştır. Hormonu yokluğunda, bir hormon reseptörüne bağlanmak için bir kaynaşık protein, Hsp90 şaperon kompleksi ile etkileşim sitoplazma içinde tecrit edilebilir. Uygun ligand bağlayıcı üzerine, alıcı bu Hsp90 şaperon kompleksten serbest kalmasına neden olur ve bir nükleer lokalizasyon sinyali açığa, yapısal bir değişiklik olur. Belirli bir hormon reseptörü içeren proteinin lokalizasyonu dinamikleri gözlemlemek için, Gal4dbd.ER.VP16 (GEV'in, Gal4p DNA bağlama alanı, insan östrojen reseptörünün ligand bağlanma alanı içeren sentetik bir transkripsiyon faktörü, bir C-terminal füzyon oluşturulan ve VP16) GFP 2. Nükleer lokalizasyon eklenmesinden sonra 8 dakika içinde gözlenmiştirhangi yabani tip maya tamamen etkisiz olan, indükleyici, beta-estradiol miktarda doyurarak. Bu zamana kadar, hücrelerin çoğunluğu (floresan in situ hibridizasyon yoluyla tahlil) GEV hedef genleri için açıkça görünür aktif transkripsiyon siteleri yanı sıra, tam olgun mRNA'ları 2,5 var. GEV hedef genler bu çekirdeğe transloke DNA bağlama ve transkripsiyonu aktif hale getirmek için <kimerik aktifleştirici için 2.5 dakika sürer gösteren, 2.5 dakika, 2,6 (mikrodizileri kullanılarak ölçülmüştür) olan sentezleme> 2-kat artmıştır.
Birkaç on-anahtarları diğer hiçbiri hızı elde ettik (Escherichia coli gelen klasik doksisiklin bazlı anahtarları 7,8 ve Arabidopsis thaliana'dan bir indigo tabanlı anahtar 9 da dahil olmak üzere), çeşitli küçük moleküller ya da uyuşturucu kullanan maya içinde uygulanmış olsa da, özgüllük, ya da hormon bazlı anahtarları tarafından sergilenen düzenleme gerginlik. Bu t kayda değer olduğunuhat hızlı anahtarlar kapalı da maya içinde geliştirilmiştir, ve tipik olarak sekans 2,10,11,12 hedefleyen bir proteaz veya ubikitin ligazı için bir gen füzyon çalışır. Hızlı bir hücreden bir hedef proteinin ayrılması için yeteneği elzem genlerin çalışma hem de 10 silindiğinde genetik baskı yatkındır genleri kolaylaştırır.
Bu protokol açıklanan yöntemler bina ve on-anahtarları mayada sentetik karakterize içindir. İlk olarak, hızlı bir şekilde ilgi konusu bir DNA bağlanma alanından oluşan genomik entegre füzyon proteinlerini oluşturmak için nasıl gösterir, ligand, insan östrojen reseptörü bağlama alanı, ve VP16 (DBD-en EV). Protokolde sonra, füzyon proteini bir ACT1 promotöründen eksprese edilir. Biz o ATF için bir soydaş muhabiri plazmid yaratmak ve akış sitometri kullanarak işlevselliğini sınamak için nasıl gösterir. Bu muhabir plazmidler yeni atfs (Şekil 1) ile kullanılan öngörülüyor rağmen, onlar be de bir yerli transkripsiyon aktivatörü için gazetecilere olarak kullanılır. Son olarak, 96 oyuklu plakalar içerisinde, hücre büyümesi üzerindeki ATF aktivasyon etkisini test etmek için ve uyarılabilir genomik alelleri mühendislik Ayrıntılar için verilmiştir.
Burada tarif edilen hormon bazlı anahtarları, in vivo olarak bir DNA sekansı hedef ilgi konusu bir DNA bağlama alanı yeteneğini test etmek için yerel hücre biyolojisi inceleyerek, sayısız uygulamalar vardır. Sistem indüserinin, hızlı aksiyon ve sıkı düzenlemeye kademeli bir yanıt dahil birçok arzu özelliklere sahiptir (yani. Ölçülebilir sızmaları, bkz. Şekil 7). Ancak, iyileştirme ve genişleme için oda hala var.
Sentetik biyolojinin son iş çoklayıcı sentetik sistemleri vurguladı ve iyi karakterize, programlanabilir DNA parçalarının 16 repertuarını genişletiyor. Ayrı hedef genlerin bağımsız olarak, birden çok koşullu ifade uyarıcıları ve üst üste spesifısitesi olmayan DNA bağlanma alanlarını gerektirir. Projelendirilmiş ve doğal olarak oluşan reseptörlerin durumu yeni yapay transkripsiyon faktörlerini geliştirmek için hangi parçaları geniş bir dizi sağlar. Genişleyenkarşılıklı ortogonal anahtarları repertuarı büyük ölçüde 17,18 yaklaşımlar yönlendirilmiş evrim tarafından yardım görmüştür. Bizim yapay transkripsiyon faktörlerinin ligand-bağlanma özgüllüğünü yeniden programlamak için gösterilen çabalar, gelecekte sunulacaktır.
Daha önce, gen silinmesi / aşırı ifadesinin fenotipik sonuçlarının Mayada 19,20 yaygın olarak incelenmiştir. Ancak, bu ekspresyon seviyeleri, bir dizi farklı fenotipe ifadesinin etkisini incelemek için kolay olmamıştır. Bu buluşta sunulan sistemin bir birinci özelliği, kademeli doğası (Şekil 8) 'dir. Genellikle kabul ederken, gen ifadesi ve ilgi fenotipler arasındaki ilişki mutlaka monotonik olmayabilir. Böyle Z 3 EV ve Z 4 EV gibi yapay transkripsiyon faktörleri basit gen ifadesinde değişikliklere fenotipik yanıtları tahlil etme görevi yapacaktır.
Son olarak, protokolleri tartışmakbu yazının ed mühendislik ve-estraidol β yanıt yapay transkripsiyon faktörlerini tanımlamak için olmakla birlikte, önemli bir alternatif kimyasal duyarlı alanları (örneğin PhyB/Pif3, lov ve BLUF gibi) ışık duyarlı alanların kullanımı, Kendilerinin faaliyetleri kültür büyüme ortamı 21-23 perturb kalmadan geri dönüşümlüdür. Işık bazlı sistemler uzaysal gen ekspresyonunun kontrolü, protein-protein etkileşimleri, iyon taşıma, ve daha önce 21-26 güçlü olduğu kanıtlanmıştır enzimatik aktivite, kolaylaştırır.
Sonuç olarak, maya, indüklenebilir, yapay transkripsiyon faktörlerinin hızlı yapımı için yöntemler sunulmuştur. Bu protokol, aynı kökten gelen GFP muhabir yapı ile birlikte, hem de akış sitometrisi kullanılarak, raportör verilerin analiz edilmesi ve büyüme ATF aktivasyon etkisini test etmek için yöntemler için bir model sunmaktadır.
The authors have nothing to disclose.
RSM NSF Yüksek Lisans Araştırma Bursu fon kabul eder. MBG bir Lewis-Sigler Kardeşliği fon ve Peter Lewis donatılmış hediye kabul eder. DB NIH (GM046406) Sayısal Biyoloji (GM071508) Genel Tıp Bilimleri Merkezi Ulusal Enstitüsü fon kabul eder. Biz akım sitometri deneyler ile yardım için Christina DeCoste kabul.
Name of the Reagent | Company | Catalogue Number | Comments |
Expand High Fidelity PCR System | Roche | 11 732 650 001 | |
T4 DNA Ligase | NEB | M0202S | |
Competent E. coli | Life Technologies | 18258-012 | |
Estradiol | Tocris Biosciences | 2824 | |
Ampicillin | Fisher Scientific | BP1760-5 | |
T4 Polynucleotide Kinase | NEB | M0201 | |
PBS | Life Technologies | 10010-23 | |
Tween-20 | Sigma-Aldrich | 9005-64-5 | |
clonNAT | Jena Bioscience | AB-102L | |
XbaI | NEB | R0145S | |
NotI-HF | NEB | R3189S | |
CutSmart Buffer | NEB | B7204S | |
Glucose | Fisher Scientific | D15-500 | |
Bacto-Peptone | BD Biosciences | 211677 | |
Yeast Extract | BD Biosciences | 210929 | |
Agarose | BD Biosciences | 214010 | |
100% Ethanol | Decon Laboratories | 04-355-222 | |
G418 | Life Technologies | 11811-031 | |
QIAprep Spin Miniprep Kit | QIAGEN | 27104 | |
Lithium acetate dihydrate | Sigma-Aldrich | L-6883 | |
Salmon sperm DNA | Sigma-Aldrich | 93283 | |
PEG 3350 | Sigma-Aldrich | P-3640 | |
Plasmids pMN8 and pMN10; yeast strain yMN15 | Noyes or Botstein labs | ||
Luria Broth | Sigma-Aldrich | L3397 | |
EQUIPMENT: | |||
Material Name | Company | Catalogue Number | Comments (optional) |
LSRII Flow Cyometer | BD Biosciences | Various Models | |
MATLAB or FlowJo | MATLAB or FlowJo | Software for analyzing .FCS files from flow cytometry experiments | |
R | Open Source | For analyzing growth-rate data from plate reader. | |
Falcon Tubes | BD Biosciences | 352052 | |
1.7 ml Eppendorf Tubes | GeneMate | C3262-1 | |
250 ml Shake Flasks | Corning | 4446-250 | |
96-well, flat-bottom plates | Costar | 3635 | |
Plate Reader (Synergy H1 Multi-Mode Plate Reader) | BioTek | H1MG | |
Breathe-Easy Membranes | Sigma-Aldrich | Z380059-1PAK | |
Thermocycler | various companies | Various models | |
SC-Ura powder | MP Biomedicals | 114410622 | |
5-FOA | Zymo Research | F9001-1 |