Addition of a tag to a protein is a powerful way of gaining insight into its function. Here, we describe a protocol to endogenously tag hundreds of Trypanosoma brucei proteins in parallel such that genome scale tagging is achievable.
Improvements in mass spectrometry, sequencing and bioinformatics have generated large datasets of potentially interesting genes. Tagging these proteins can give insights into their function by determining their localization within the cell and enabling interaction partner identification. We recently published a fast and scalable method to generate Trypanosoma brucei cell lines that express a tagged protein from the endogenous locus. The method was based on a plasmid we generated that, when coupled with long primer PCR, can be used to modify a gene to encode a protein tagged at either terminus. This allows the tagging of dozens of trypanosome proteins in parallel, facilitating the large-scale validation of candidate genes of interest. This system can be used to tag proteins for localization (using a fluorescent protein, epitope tag or electron microscopy tag) or biochemistry (using tags for purification, such as the TAP (tandem affinity purification) tag). Here, we describe a protocol to perform the long primer PCR and the electroporation in 96-well plates, with the recovery and selection of transgenic trypanosomes occurring in 24-well plates. With this workflow, hundreds of proteins can be tagged in parallel; this is an order of magnitude improvement to our previous protocol and genome scale tagging is now possible.
Trypanosoma brucei es un parásito protozoario que causa trypanosomasis africana humana y nagana en el ganado. T. brucei es un organismo ideal para el análisis de la función de la proteína debido a la combinación de un genoma de alta calidad, numerosos proteómica y conjuntos de datos transcriptómica y herramientas moleculares bien desarrollados 1-3. Los avances en la proteómica y la secuenciación han dado lugar a grandes conjuntos de datos que ponen de relieve los genes potencialmente interesantes 4-6; sin embargo, muchos genes tienen un mínimo de información asociada con ellos en las bases de datos existentes. Por tanto, existe una necesidad de un método de alto rendimiento para ayudar a la caracterización funcional de proteínas.
La expresión de una proteína marcada puede dar una multiplicidad de conocimientos sobre la función de una proteína. Por ejemplo, una proteína marcada con una proteína fluorescente o epítopo puede ser localizada mediante microscopía de fluorescencia, lo que da información acerca de dónde la protein podría estar ejerciendo su efecto biológico. Alternativamente, una proteína marcada con un TAP 7, 8 o HaloTag His se puede purificar para los ensayos bioquímicos y la identificación de sus compañeros de interacción.
Recientemente hemos desarrollado una metodología robusta para el etiquetado T. brucei 9. Este utilizado durante mucho tiempo cebador de PCR para generar el ADN para la transfección y permitió que el marcaje de proteínas de docenas en paralelo – una mejora importante de los protocolos existentes. Ahora hemos mejorado la escalabilidad de este protocolo en formas procíclicas en un orden de magnitud. A continuación, presentamos nuestro método en el que llevamos a cabo la PCR y la transfección en placas de 96 pocillos, con la recuperación y la selección se produce en placas de 24 pocillos. Como cientos de proteínas ahora se pueden etiquetar de forma paralela este método proporciona un método rentable y viable para etiquetar todo el genoma tripanosoma.
mejoras dramáticas en la sensibilidad de la proteómica y transcriptómica métodos en los últimos 5-10 años ha proporcionado valiosos datos sobre miles de genes y sus productos. Sin embargo, las herramientas para hacer frente a la función de estas proteínas no han avanzado al mismo ritmo.
Etiquetar una proteína facilita numerosos experimentos para determinar su función. Por ejemplo, una proteína se puede fusionar a una proteína fluorescente en una variedad de diferentes colores para facilitar los estudios de localización y co-localización. Etiquetas desarrollados para microscopía electrónica, tales como APEX2 o miniSOG 11,12, permitir la localización ultraestructural de la proteína de la etiqueta. Etiquetas para la bioquímica, como la etiqueta TAP, y ProtC-TEV-ProtA (PTP) Marcar 7,13 permitir la purificación de complejos asociados con la proteína para la identificación de las parejas de unión o en ensayos bioquímicos in vitro.
Los pasos específicos que son críticos para el éxito de la protocol son: la incorporación de DMSO en la PCR Master Mix 1, la congelación de la PCR Master Mix 1 antes de la adición de la mezcla maestra 2, el uso de la polimerasa comercial en Master Mix 2 y la modificación de la memoria intermedia de Cytomix electroporación. En nuestra experiencia, es necesario usar el doble del número de células para C transfecciones terminal de marcado como para N terminal de transfecciones de etiquetado con el fin de lograr una proporción similar de los pocillos positivos. Por lo tanto, todos los pasos deben realizarse como se ha descrito.
Esta técnica sólo es probable que tenga éxito cuando la transfección de la forma de insecto tripanosoma procíclico. Formas sanguíneas tienen una menor eficiencia de transfección 14, por otra parte son propensos a morir durante la selección debido a la toxicidad dependiente de la densidad que no está relacionada con el fármaco selectivo. Por lo tanto, nuestro protocolo anterior representa la mejor tecnología actual para etiquetar de forma tripanosomas torrente sanguíneo 9. También es probable que el transeficiencia infección variará dependiendo del aislado tripanosoma específico. Este protocolo se ha optimizado el uso de 927 SMOX procíclico formas – otras cepas pueden requerir una optimización adicional. Medidas que pueden aumentar la probabilidad de éxito incluyen: el aumento de la cantidad de amplicón de PCR, el aumento del número de células incluidas en la transfección.
Se presenta un método donde cientos de proteínas se pueden etiquetar de forma paralela. Esto facilitará estudios a gran escala sobre la localización y la interacción, como complemento de grandes conjuntos de datos existentes y proporcionar información de gran valor para la comunidad. plantillas de cebadores están disponibles bajo petición y una lista de plantillas de plásmidos está disponible a partir de: http://www.sdeanresearch.com/
The authors have nothing to disclose.
SD was supported by a Sir Henry Wellcome Fellowship [092201/Z/10/Z]. This work was funded by Wellcome Trust grants [WT066839MA][104627/Z/14/Z][108445/Z/15/Z] to Professor Keith Gull. We would like to thank Professor Keith Gull for helpful conversations and insights.
Oligonucleotide | Life technologies | na | desalt only (do not use additional purification) |
DMSO | Roche | Included with the Expand HiFi pack | Must be PCR grade |
dNTP | any reputable | ||
Expand HiFi polymerase | Roche | 11759078001 | |
BTX ECM830 | Harvard Apparatus | Electroporator | |
HT-200 plate handler | Harvard Apparatus | HT-200 | Handles the 96-well eletroplates |
MOS 96 ELECTROPLATE 4mm | Harvard Apparatus | 45-0452 | Electroplate for the 96-well electroporation |
Blasticidin S Hydrochloride | Melford | 3513-03-9 | |
Hygromycin b Gold | Invivogen | ant-hg-1 | |
Phleomycin | Melford | P0187 | |
225cm TC Flask, canted neck, phenolic cap | Appletonwoods | BC006 | |
24 well culture plates | Appletonwoods | BC017 | |
Eppendorf® PCR Cooler, iceless cold storage system for 96 well plates and PCR tubes | Sigma Aldrich | Z606634-1EA | |
96-well Multiply® PCR plate with lateral skirt | Sarstedt | 72.1979.203 |