Method Article
يوفر اختبار ACT1-CUP1 ، وهو فحص نمو النحاس ، قراءة سريعة لربط الحمض النووي الريبي رسول السلائف (pre-mRNA) وتأثير عوامل الربط الطافرة على وظيفة spliceosomal. توفر هذه الدراسة بروتوكولا وتسلط الضوء على التخصيص الممكن لمعالجة مسألة الربط ذات الأهمية.
ساهمت الطفرات التي أدخلت في spliceosome أو ركيزته بشكل كبير في فهمنا لتعقيدات وظيفة spliceosomal. سواء كانت مرتبطة بالمرض أو مختارة وظيفيا ، فقد تمت دراسة العديد من هذه الطفرات باستخدام مقايسات النمو في الكائن الحي النموذجي Saccharomyces cerevisiae (الخميرة). يوفر مقايسة نمو النحاس الخاصة بالربط ، أو مقايسة ACT1-CUP1 ، تحليلا شاملا للطفرة على مستوى النمط الظاهري. يستخدم اختبار ACT1-CUP1 المراسلين الذين يمنحون تحمل النحاس عند تقطيعه بشكل صحيح. وهكذا ، في وجود النحاس ، ترتبط التغيرات في صلاحية الخميرة بالتغيرات في إنتاج mRNA من خلال الربط. في تجربة نموذجية ، يتم تحدي spliceosome الخميرة مع مراسلي الربط غير التوافقيين المختلفين وطفرة عامل الربط ذات الأهمية للكشف عن أي تأثير تآزري أو مضاد على الربط. هنا يتم تقديم وصف كامل لإعداد الألواح النحاسية ، وطلاء خلايا الخميرة ، وتقييم البيانات. يتم وصف مجموعة مختارة من التجارب المجانية ، مع تسليط الضوء على تنوع مراسلي ACT1-CUP1. يعد اختبار ACT1-CUP1 أداة مفيدة في صندوق أدوات الربط بفضل القراءة المباشرة للتأثير (التأثيرات) الطفرية والإمكانيات النسبية من الاستخدام المستمر في هذا المجال.
ال spliceosome هو آلة بيولوجية كبيرة تحفز إزالة الإنترونات ، المناطق غير المشفرة في الحمض النووي الريبي رسول السلائف (pre-mRNA)1,2. غالبا ما يكون توصيف تأثير طفرة نقطة واحدة في 1 من ما يقرب من 100 بروتين و 5 RNAs غير مشفرة غامضا عند دراسة البروتين أو الحمض النووي الريبي بمعزل عن غيره. يمكن تقييم التغيير في وظيفة المكون المتحور بشكل أفضل في الجسم الحي في سياق spliceosome الكامل والفعال.
مقايسة نمو النحاس الموصوفة هنا هي مقياس سريع لكفاءة الربط في Saccharomyces cerevisiae أو الخميرة الناشئة. تم تطوير هذا الفحص بواسطة C.F. Lesser و C. Guthrie ونشر في عام 1993 ، ويجمع بين سهولة العمل مع كائن نموذجي بسيط والقراءة المباشرة لصلاحية الخلية3. ترتبط الجدوى بمدى قدرة spliceosomes في هذه الخلايا على التعرف على نص المراسل ولصقه.
يطلق على مقايسة نمو النحاس هذه بشكل أكثر شيوعا مقايسة ACT1-CUP1. ينشأ اسم ACT1-CUP1 من الجينين المندمجين لإنشاء مراسل لكفاءة الربط. ACT1 هو جين الأكتين في الخميرة ، والذي يتم التعبير عنه بشكل كبير ويحتوي على إنترونمقسم بكفاءة 4,5. Cup1p هو مخلب نحاسي يعزل النحاس في الخلية لمنع التداخل مع الوظائف الخلوية العادية6،7،8. يحتوي مراسل ACT1-CUP1 على هذه الجينات بالتسلسل بحيث يكون CUP1 في إطار القراءة المناسب فقط في حالة حدوث الربط قبل mRNA لإنترون ACT1 (الشكل 1). يحتوي بروتين الاندماج الناتج على أول 21 حمضا أمينيا من الأكتين وبروتين Cup1p كامل الطول ، مما يزيد من صلاحية الخميرة في بيئة غنية بالنحاس3. وبالتالي ، فإن الزيادة في كمية الربط للمراسل تؤدي إلى تركيز أعلى من Cup1p ومقاومة أعلى للنحاس (الشكل 1). بالمقارنة مع جينات المراسل الأخرى ، يؤثر CUP1 على بقاء الخلية حتى عند المستويات المنخفضة ، وله نطاق حساسية واسع ، ويمكن استخدامه للاختيار المباشر لطفرات الربط3،6،7. بالإضافة إلى ذلك ، CUP1 غير ضروري لنمو الخميرة القياسي ، وبالتالي لا يتأثر التوازن الخلوي أثناء الإعداد لهذا الفحص. مكملا لمقايسات الحذف أو نمو درجة الحرارة ، يوفر ACT1-CUP1 معلومات حول التأثيرات على الربط في ظل ظروف نمو الخميرة المثلى.
يتعرف spliceosome على ركيزته من خلال ثلاثة تسلسلات intronic ، وهي موقع لصق 5 '(5' SS) ، وموقع الفرع (BS) ، وموقع لصق 3 '(3' SS). تم إنشاء العديد من مراسلي ACT1-CUP1 الذين يحتويون على تسلسلات غير توافقية في هذه المواقع. يتم عرض مجموعة مختارة من مراسلي ACT1-CUP1 الأكثر شيوعا في الشكل 1 والجدول 1. نظرا لأن spliceosome يتفاعل مع كل موقع لصق بشكل فريد في نقاط مختلفة في دورة الربط ، يمكن اختبار متانة spliceosome في خطوات مختلفة بناء على استخدام المراسل غير الإجماعي. يتم تسمية المراسلين غير التوافقيين على الموقع المتحور داخل intron والقاعدة التي تم تحويرها إليها. على سبيل المثال ، A3c هو مراسل لديه طفرة في 5 'SS ، وتحديدا الموضع 3 من الأدينوزين بالإجماع إلى السيتوزين. سيتفاعل هذا المراسل بقوة مع طفرات spliceosome التي تؤثر على اختيار واستخدام SS 5 '. في دراستهم الأولية ، حدد Lesser و Guthrie أي طفرات SS 5 'تمنع الربط3. في وقت لاحق من نفس العام ، تم نشر مراسلين غير متفقين عليهم في جميع مواقع لصق الثلاثة بواسطة Burgess و Guthrie في شاشة مثبطة للطفرات في ATPase Prp16p9. بمقارنة الإجماع مع المراسلين غير التوافقيين ، كان اختبار ACT1-CUP1 مفتاحا مهما لفهم متانة وانتقائية spliceosome الخميرة واستنتاج وظيفة spliceosomes حقيقيات النوى الأخرى.
نظرا لأن مراسلي ACT1-CUP1 غير المتفق عليهم يقومون بتوعية الجسيم لمزيد من الاضطراب ، يمكن وصف تأثير طفرة عامل الربط الفردي من خلال المراسلين الذين يؤثر عليهم بشكل إيجابي أو سلبي. تم تطبيق هذا على ربط أسئلة البحث بعدة طرق. أولا ، يمكن استخدام اختبار ACT1-CUP1 كفحص جيني للطفرات في عوامل الربط. على سبيل المثال ، يعمل Prp8p ، أكبر بروتين ربط ، كمنصة يحفز عليها قلب الحمض النووي الريبي ل spliceosome تفاعل الربط. تم استنتاج ذلك ، جزئيا ، من خلال كيفية تحسين أو تقليل طفرات Prp8p من الربط بين مراسلي ACT1-CUP1 المختلفين10،11،12،13،14،15،16،17. كما تم فحص مكونات البروتين الأخرى من spliceosome باستخدام ACT1-CUP1 ، بما في ذلك Hsh155p و Cwc2p و Cef1p و Ecm2p18،19،20،21،22،23،24،25. كما تمت دراسة العتبات النشطة ل Prp16p وأربعة ATPases أخرى تشارك في الانتقال spliceosomal مع هذا الفحص9،26،27،28،29،30. كما تمت دراسة الحمض النووي الريبي الصغير (snRNAs) على نطاق واسع باستخدام ACT1-CUP1 لتحديد تسلسلات ما قبل mRNA التي تنسقها والتغيرات في البنية الثانوية التي تمر بها snRNAs أثناء الربط3،31،32،33،34،35،36،37.
يتطلب اختبار ACT1-CUP1 سلالة خميرة حيث تم التخلص من جميع نسخ جين CUP1. نظرا لأن CUP1 يمكن أن يكون له رقم نسخة مرتفع 6,38 ، فإن التحضير لسلالة خروج المغلوب الكاملة يمكن أن يتطلب جولات متعددة أو فحصا مكثفا. نتيجة لذلك ، غالبا ما يتم مشاركة سلالات خميرة cup1Δ بين المختبرات ، كما فعل الصحفيون.
إذا تم تقييم الطفرة (الطفرات) في عامل الربط من نسخة بلازميد ، فيجب التخلص من الجين من النوع البري لهذا العامل. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تسمح خلفية الخميرة باختيار اثنين على الأقل من البلازميدات ، أحدهما يحتوي على مراسل ACT1-CUP1 ، تاريخيا على بلازميد اختيار المغذيات الليوسين ، والآخر يحتوي على طفرة أو اضطراب في آلية الربط التي ستتم دراستها (الشكل 2). عادة ، في فحص واحد ، ستختبر سلالات الخميرة المتعددة ، كل منها يحمل اضطراب ربط الاستعلام (QSP) ومراسل مختلف ، تأثير الاستعلام على الربط.
تسمح المتغيرات المستقلة في اختبار ACT1-CUP1 للباحث بتقييم شدة QSP. هذه المتغيرات المستقلة هي تركيز النحاس واختيار العديد من مراسلي الربط غير المتفق عليهم. أولا ، نظرا لأن سلالات الخميرة تزرع على ألواح تحتوي على مجموعة من تركيزات النحاس (الشكل 2) ، فإن إعداد الفحص يتضمن اختيار تدرج التركيزات المستخدمة. يمكن للدراسات استخدام تدرج تركيز النحاس للدورة للحصول على قراءة أولية للجدوى ثم تكرار الفحص بتدرج أدق لتحديد الاختلافات الدقيقة في الجدوى. المتغير الثاني هو النطاق الواسع لمراسلي ACT1-CUP1 الذين يمكن اختبارهم (الشكل 1 والجدول 1). إذا كان QSP يؤثر على صلاحية الخميرة بشكل مختلف في وجود مراسل غير توافقي مقابل النوع البري ، فيمكن التوصل إلى استنتاج مفاده أن QSP يؤثر على خطوة في الربط أو منطقة من spliceosome مهمة أثناء التعرف على أو معالجة تلك المنطقة من الإنترون.
صندوق أدوات الخميرة واسع النطاق ، واختبار ACT1-CUP1 هو جزء لا يتجزأ من أبحاث الربط. غالبا ما يتم إجراء اختبار ACT1-CUP1 جنبا إلى جنب مع تحليل جيني وهيكلي و / أو كيميائي حيوي أكثر تعمقا حول تأثير QSP. نظرا لأن هذه الدراسات الأكثر تفصيلا لها عموما إجراء أطول و / أو سعر أعلى ، فإن النهج المتكرر هو فحص المسوخ المثيرة للاهتمام باستخدام ACT1-CUP1 أولا.
يتم توفيره هنا بروتوكول فحص ACT1-CUP1 ، بما في ذلك تحضير الألواح النحاسية. يوفر هذا الفحص للباحثين إجابة أولية لتأثير QSP على الربط والمناطق الداخلية الأكثر تأثرا بالاضطراب.
1. بناء سلالة الخميرة
2. إعداد لوحة النحاس
3. مقايسة ACT1-CUP1
4. جمع البيانات وتحليلها
تتطلب فحوصات النمو ، مثل ACT1-CUP1 ، تقييما بصريا ومقارنا لمستعمرات متعددة. هنا ، نمت كل سلالة إلى التشبع بين عشية وضحاها ، وتم تخفيفها إلى OD600 من 0.5 ، ومطلية على 20 لوحة تحتوي على مجموعة من تركيزات النحاس من 0 mM إلى 1.1 mM CuSO4 (الشكل 3). هذا النطاق أصغر من النطاق المدرج في البروتوكول لأنه سمح بالتقييم الكامل لتأثير QSPs ومراسلي ACT1-CUP1 المستخدمين والموصوفين أدناه. تم تصوير اللوحات وتسجيلها (الشكل 3 والجدول التكميلي 3).
بالنسبة لهذه التجربة التمثيلية ، تتضمن خلفية الخميرة جين ADE2 المعطل ، مما يؤدي إلى أن تكون المستعمرات درجات متفاوتة من اللون الأحمر (الشكل 3 أ ، ب). يتسبب هذا الاضطراب الشائع في الخميرة في مسار إنتاج الأدينوزين في تراكم سلائف حمراء اللون للأدينوزين. وبالتالي ، فإن اللون الأحمر هو مؤشر على نضج مستعمرة الخميرة (أي كمية وعمر الخلايا الموجودة). لأغراض فحص ACT1-CUP1 ، يمكن أن يكون اللون الأحمر بمثابة مؤشر على تلويث الأنواع الفطرية إذا كان لونها أبيض أو أصفر. يمكن أن يكون اللون تأكيدا ثانويا لتحمل النحاس لأن المستعمرات الأكثر قابلية للحياة ستكون ظلا أحمر أعمق.
عند الطلاء باستخدام مكرر دبوس ، هناك العديد من الانحرافات الشائعة. أولا ، من الممكن إنشاء مستعمرات بيضاوية الشكل إذا تم رفع جهاز النسخ المتماثل أثناء التحرك يسارا أو يمينا (الشكل 3B ، السهم البرتقالي). بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تتشكل المستعمرات الدقيقة أيضا من قطرات صغيرة من محلول الخلية إذا تم إحضار مكرر الدبوس بزاوية أو إذا اهتز فوق اللوحة (الشكل 3 ب ، السهم الأحمر). في كثير من الأحيان غير ضارة ، في بعض الأحيان ، يمكن أن تختلط المستعمرات الدقيقة مع مستعمرة مختومة ، وهذا يمنع تفسير تلك المستعمرة. تشمل مشكلات الطلاء الإضافية عدم كفاية وقت الانتظار بعد التعقيم حتى تبرد دبابيس النسخ المتماثل وعدم كفاية الاتصال بين اللوحة والدبابيس بحيث يحدث نقل ضعيف لوسائط الاستزراع. في كلتا الحالتين ، ستنمو خلايا قليلة ، إن وجدت ، على الصفيحة ، بما في ذلك سلالات التحكم التي تحتوي على المراسل من النوع البري. كما هو الحال مع أي اختبار نمو ، بغض النظر عن طريقة الطلاء ، من المهم إجراء ACT1-CUP1 في ثلاث نسخ للتأكد من أن النتائج متسقة وقابلة للتكرار. من الناحية المثالية ، يجب إجراء هذه النسخ المتماثلة المختلفة على ألواح نحاسية معدة في أوقات مختلفة لضمان قابلية التكاثر.
بالنسبة لهذه التجارب التمثيلية ، تم اختيار مراسل A3c لتسليط الضوء على تأثير تسلسل غير توافقي على تحمل النحاس في حالة عدم وجود اضطرابات إضافية في spliceosome. يقلل A3c بشكل كبير من كمية CUP1 mRNA المنتجة لأنه يزعج قدرة spliceosome على التعرف على 5 'SS15 واستخدامه. نجت الخميرة مع مراسل A3c إلى 0.15 mM Cu2+ ، بينما حافظت خلايا المراسل من النوع البري على صلاحيتها حتى نهاية نطاق تركيزات النحاس التي تم اختبارها (الشكل 3C). ينمو المراسل البري الذي يحتوي على خلايا إلى 2.5 mM Cu2+ دون تأثير على الجدوى (البيانات غير معروضة).
U6 snRNA هو مكون تحفيزي أساسي في spliceosome. استخدمت دراسات متعددة ACT1-CUP1 لدراسة التأثير الذي يمكن أن تحدثه الطفرات على هذا الحمض النووي الريبي16،32،34. مكررة لهذه الدراسة ، تمت دراسة ثلاثة تسلسلات U6 snRNA ، وهي تسلسل النوع البري (WT) ، وموضع 57 المستبدل من يوريدين إلى سيتوزين (U57c) ، وموضع 57 مستبدل من يوريدين إلى أدينوزين (U57a) (الشكل 3 والشكل 4). جنبا إلى جنب مع مراسلي ACT1-CUP1 الذين يؤثرون على الخطوات التحفيزية في الربط ، تم تحديد أن U57c تفضل الخطوة التحفيزية الأولى ، و U57a تفضل التقدم إلى الخطوة الثانية16,32.
لإعداد اختبار ACT1-CUP1 ، تم إنشاء سلالة مع حذف النسخة الجينومية من U6 snRNA وتسلسل U6 snRNA البري أو المتحور المتضمن في البلازميدات. نظرا لأن U6 snRNA هو مكون أساسي للخلية ، فقد تم استخدام ثلاثة تحولات منفصلة لضرب U6 snRNA الجينومي أولا مع الحفاظ على صلاحية الخلية ، ثم إدخال U6 snRNAs المتحورة على البلازميدات ، وأخيرا ، إضافة مراسلي ACT1-CUP1. بالنسبة للتحول الأول ، تم استخدام سلالة خميرة cup1Δ في خروج النسخة الجينومية من U6 snRNA مع إضافة WT U6 snRNA في نفس الوقت على بلازميد علامة اختيار URA للحفاظ على الجدوى. أضاف التحول اللاحق إما من النوع البري أو المتحور U6 snRNA على بلازميد علامة اختيار TRP ، والاختيار مقابل علامة URA عبر اختيار 5-FOA. وهكذا ، تم إنشاء ثلاث سلالات خميرة cup1Δ ، لكل منها أحد تسلسلات U6 snRNA ، وهي WT و U57a و U57c. أضاف تحويل الخميرة النهائي لكل سلالة واحدة من بلازميدات مراسل ACT1-CUP1 الثلاثة المختلفة لاستخدامها في هذه التجربة. كان المراسلون المختارون هم المراسل من النوع البري ، A3c ، وطفرة في الأدينوزين في موقع الفرع إلى جوانين (BS-G). تم إنشاء ما مجموعه تسع سلالات لهذه التجربة ، تحتوي كل منها على تسلسل U6 snRNA واحد ومراسل ACT1-CUP1 واحد (الجدول التكميلي 4 والجدول التكميلي 5).
أظهرت النتائج أن القواعد المختلفة في موقع U6 snRNA 57 لها تأثيرات فريدة على spliceosome بالاشتراك مع طفرة 5 'SS أو BS (الشكل 4). يمنع كل من مراسلي A3c و BS-G الربط بشكل أساسي عن طريق تثبيت أول تشكيل خطوة تحفيزية14,15. وبالتالي ، فإن U57c عبارة عن طفرة مضافة تقلل من تحمل النحاس بالاشتراك مع أي من هؤلاء المراسلين (الشكل 4 ب). في المقابل ، يزيد U57a من تحمل النحاس لأنه يعزز التقدم إلى الخطوة الثانية (الشكل 4 ب) 16،32. يسلط انخفاض تحمل النحاس لسلالة BS-G مع U57a مقارنة ب U6 snRNA WT الضوء على التأثير الثانوي المحتمل ل BS-G على الخطوة الثانية من الربط16.
تسلط هذه النتائج الضوء أيضا على الطبيعة النوعية لهذا الفحص ولماذا يجب اختبار تسلسل الاستعلام والمراسل من النوع البري. في حين أن النمط العام لزيادة أو انخفاض تحمل النحاس ينطبق على طفرات U6 snRNA مقارنة بالنوع البري U6 snRNA ، فإن التركيز الدقيق للنحاس الذي تعيش عليه الخلايا يمكن أن يختلف بين الدراسات (الجدول 1) ويختلف بين هذه البيانات التمثيلية والنتائج المنشورة الأخرى. من المحتمل أن يكون هذا بسبب خلفية السلالة التي تحتوي على حذف CUP1 ولكن يمكن أن يكون أيضا بسبب الصحة العامة للسلالات قبل الطلاء (أي مدى تم إجراء الفحص بعد توليد السلالة أو الراحة من التبريد) ، والاختلافات في كيفية تحضير الألواح ، والتباين بين الحاضنات المختلفة. لوحظ تباين مماثل في Mayerle et al. لطفرات استعلام Prp8 في الأدبيات43. وبالتالي ، يمكن إجراء مقارنة اتجاهات تحمل النحاس لمقايسات ACT1-CUP1 المختلفة ، ولكن يجب إجراء المقارنة الرقمية لتركيزات النحاس فقط داخل نفس المختبر ، وفي بعض الأحيان ، مع نفس مجموعة الألواح النحاسية.
الشكل 1: تصميم مراسل ACT1-CUP1. يرتبط تركيز المراسل المقسم ارتباطا مباشرا بتحمل الخميرة النحاسية. يتضمن الرسم البياني للمراسل مواقع لصق الثلاثة لموقع لصق 5 '(5' SS) ، وموقع الفرع (BS) ، وموقع لصق 3 '(3' SS). يتم عرض تسلسل إجماع الخميرة لهذه المواقع ، مع الإشارة إلى تلك المستهدفة للانقسام بالخط العريض والمرقمة بناء على موقعها في الإنترون. يتم عرض تسلسلات مراسل ACT1-CUP1 غير المتفق عليها شائعة الاستخدام في الأحرف الصغيرة أسفل مواقع تسلسل الإجماع المقابلة لها وهي مدرجة في الجدول 1. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 2: سير عمل فحص ACT1-CUP1. لهذا الفحص ، يجب أن تكون سلالة الخميرة cup1Δ leu2 وتحتوي على بلازميد مراسل ACT1-CUP1 المطلوب وجين QSP ، المسمى الجين في الشكل. يجب إدخال جين QSP إما جينوم أو على بلازميد. يتضمن البروتوكول الذي يستخدم مضاعف الدبوس أربع خطوات لتحضير خلايا الخميرة. الخطوة 1 هي نمو الخلايا إلى التشبع. الخطوة 2 هي قياس OD 600 للثقافة وتخفيفها إلىOD 600 من 0.5. الخطوة 3 هي التوزيع على لوحة 96 بئر. الخطوة 4 هي لوحة على لوحات تحتوي على تركيزات متزايدة من النحاس (يشار إليها بزيادة اللون الأزرق). ستكون الخطوة 1 والخطوة 2 والخطوة 4 متطابقة للسحب اليدوي. بمجرد الطلاء ، يتم تحضين الألواح لمدة 3 أيام عند 30 درجة مئوية ثم يتم تسجيلها للتأكد من صلاحيتها. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 3: وجهات نظر تمثيلية لبيانات ACT1-CUP1. في هذه التجربة ، يتم تحدي spliceosomes الخميرة مع اثنين من طفرات مختلفة U6 snRNA واختبارها في وجود ثلاثة مراسلين غير الإجماع. يتم تقديم ثلاث نسخ طبق الأصل من هذا الفحص على نفس اللوحات لأغراض العرض التوضيحي. يوصى لهذا الفحص بإجراء نسخ متماثلة على لوحات منفصلة وفي أيام منفصلة. (أ) مقايسة مكتملة بتدرج نحاسي من 0 mM إلى 1.1 mM على 20 لوحة. مع زيادة تركيز النحاس ، تظهر السلالات ذات الربط المنخفض انخفاضا في الالتقاء إلى النقطة التي يصبح فيها تركيز النحاس قاتلا. كانت خلفية الخميرة ade2 ، وبالتالي ، فإن المستعمرات الناضجة حمراء اللون. (B) مقارنة نفس اللوحات عند 0 mM و 0.1 mM CuSO4 المصورة بكاميرا محمولة باليد مقابل نظام التصوير الرقمي. هذا مثال على كيفية مقارنة عدد من المراسلين غير التوافقيين جنبا إلى جنب ومع المراسل الجامح. تشمل الملاحظات الشائعة على الصفائح قطرة زائفة من وسائط الاستزراع التي سقطت من مكرر الدبوس (السهم الأحمر) وبيضاوية طفيفة للمستعمرات بسبب انزلاق الدبوس على طول سطح اللوحة أو حركة اللوحة قبل أن تجف قطرة الثقافة بشكل كاف (السهم البرتقالي). (ج) مثال على تأثير مراسل A3c على صلاحية الخلية مقارنة بالمراسل من النوع البري. يتم اقتصاص الصور مثل تلك الموضحة في (ب) ومحاذاتها لإبراز اختلافات النمو عند تركيزات النحاس المختلفة. ينخفض تحمل النحاس لسلالة مراسل A3c إلى 0.15 mM Cu2+ مقارنة بصلاحية سلالة المراسل من النوع البري حتى نهاية النطاق الذي تم اختباره. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 4: نتائج ACT1-CUP1 التمثيلية التي تراقب الربط في الخميرة مع طفرات مكونات الربط . (أ) رسم تخطيطي لمكونات الحمض النووي الريبي للموقع النشط مباشرة بعد الخطوة التحفيزية الأولى. يتم ازدواج U2 و U6 snRNAs ، مما يجعل 5 'SS و BS من intron على مقربة. يشار إلى الرابطة الداخلية بين A259 (BS) و G1 (5 'SS) بالنقطة البرتقالية. يشار إلى مواقع بدائل التسلسل غير المتفق عليها في مراسل ACT1-CUP1 الذي تم اختباره في هذه التجربة باللون الأسود الغامق. الموضع المتحور في U6 snRNA (U57) باللون الأخضر الغامق ، والقواعد المستبدلة إما باللون الأزرق أو الوردي. (ب) تتضمن إحدى إمكانيات عرض بيانات ACT1-CUP1 في منشور عدة صور للمستعمرات من تركيزات Cu2+ ذات الصلة. نجا مراسل WT بعد تركيز النحاس الذي تم اختباره لجميع سلالات U6 snRNA الثلاثة التي تم الاستفسار عنها. (ج) رسم بياني بالأعمدة يقارن التأثيرات لكل مراسل ولكل متحولة U6 snRNA. يتم إجراء التطبيع لكل مراسل ACT1-CUP1 عن طريق ضبط تحمل النحاس ل U6 snRNA WT إلى 1 وحساب النسبة لطفرات U57c و U57a. تمثل أشرطة الخطأ الانحراف المعياري عن ثلاث نسخ متماثلة. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 5: طرق إضافية لتكملة نتائج ACT1-CUP1 . (أ) يتم إجراء تمديد التمهيدي عن طريق التلدين التمهيدي في 3 ' ACT1 exon ثم استطالة في intron. في هذا المثال ، يتم تسمية التمهيدي بصبغة IR700 ، وتم تنفيذ امتداد التمهيدي كما هو موضح في 20،21. يتم تنفيذ تمديد التمهيدي من U6 snRNA في نفس التفاعل ليكون بمثابة التحكم في التحميل. 7٪ 19: 1 مكرر / أكريلاميد ، جل تغيير طبيعة يحل منتجات ما قبل mRNA و mRNA و lariat بعد تمديد التمهيدي باستخدام جهاز تصوير جل قريب من الأشعة تحت الحمراء كما هو موضح في van der Feltz et al.22. يمكن استخدام شدة النطاقات المختلفة لقياس كفاءة الربط بشكل عام بالإضافة إلى التمييز بين اختلافات الربط التي تحدث في الخطوة الأولى أو الثانية ، كما تم قياسها باستخدام ImageJ44 أو أي برنامج آخر لتحديد نطاق الهلام. يتم حساب كل من كفاءة الربط وكفاءة خطوة الربط كما هو موضح في Query و Konarska14. (ب) يمكن للشاشات الطفرية مع مراسلي ACT1-CUP1 استخدام اختيار النحاس لتحديد الطفرات التي تؤثر على الربط. يمكن بعد ذلك تسلسل الجين (الجينات) محل الاهتمام في السلالات الناتجة لتحديد ما إذا كانت الطفرة قد حدثت في هذا الجين. (ج) يمكن إجراء تعديلات على المراسل خارج مواقع لصق لمراقبة تغيرات الربط فيما يتعلق ببنية intron أو التسلسلات الخارجية أو عدد الإكسونات أو التصدير النووي للحمض النووي الريبي غير المقسم. المناطق باللون الرمادي هي مناطق توسع اختيارية لتضمينها في المراسل ، والمناطق باللون الأحمر هي المناطق التي يمكن فيها اختبار التسلسل والتغييرات الهيكلية لتأثيرها المحتمل على الربط باستخدام مقايسة ACT1-CUP1. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
اسم المراسل | منطقة إنترونيك | تسلسل | آخر تركيز Cu2+ قابل للتطبيق (mM) | |
بالوزن | 5' | غواوغو | > 2.5 | |
جي 1 أ | 5ʹ | أ أوجو | 0.0133 أو 0.0532 | |
أ 3 ج | 5ʹ | غوجأوغو | 0.15 ^ ، 18 أو 0.216 | |
جي 5 أ | 5ʹ | غواواو | 0.303 أو 0.259 | |
بالوزن | موقع الفرع | أوكواك | > 2.5 | |
C256a | موقع الفرع | UAأUAAC | 0.1526 أو 0.1832 | |
U257c/a | موقع الفرع | UACc / aAAC | 0.226 أو 0.332 أو 0.545 | 0.059,32 |
A258c/u | موقع الفرع | UACUج / شAC | 0.826 | 1.045 أو 1.646 |
بكالوريوس-ج | موقع الفرع | أوكوا جج | 0.153 أو 0.1832,56 أو 0.226 | |
بي اس-جي | موقع الفرع | أوكوازج | 0.0516,32 أو 0.625 أو 0.846 | |
سي ٢٦٠ غرام | موقع الفرع | أوكواز | 0.826 | |
بالوزن | 3' | UAG | > 2.5 | |
U301g | 3ʹ | جي أ ج | 0.1518 | |
A302g/u | 3' | ش ز/ ش ز | 0.0139 | 0.07516 أو 0.1824 |
جي 303 سي | 3ʹ | أج | 0.0532 |
الجدول 1: قائمة المراسلين العاديين وفتك تركيز Cu2+ المبلغ عنه. هناك أكثر من 100 اقتباس من Lesser و Guthrie3. في حين تم استخدام مجموعة صغيرة من هذه الاستشهادات لإنشاء هذا الجدول ، فإنها تسلط الضوء على الاتجاه العام للاختلافات الطفيفة إلى المتوسطة بين الدراسات في تركيزات صلاحية النحاس المبلغ عنها. في ACT1-CUP1 ، من المهم مقارنة البروتين من النوع البري أو الحمض النووي الريبي بالطفرات التي لها نفس خلفية سلالة الخميرة باستخدام التركيزات المنشورة كدليل ولكن مع توقع أن التركيزات المرصودة قد تختلف. البيانات التي تم جمعها من الشكل 3 (^) والمنشورات المتعددة المشروحة بالاستشهادات التالية3،9،16،18،24،25،26،32،45،46.
الجدول التكميلي 1: محتويات صفيحة نحاسية واحدة ومثال على الحسابات التي أجريت لتحقيق تخفيفات النحاس من 0 mM إلى 2.5 mM من مخزون 1 M CuSO4 . الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الجدول.
الجدول التكميلي 2: مثال على مخطط الطلاء لجهاز النسخ المتماثل المكون من 48 سنا. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الجدول.
الجدول التكميلي 3: مثال على الجدوى المسجلة من الألواح النحاسية المحتضنة لمدة 3 أيام عند 30 درجة مئوية. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الجدول.
الجدول التكميلي 4: قائمة سلالات الخميرة المستخدمة لتوليد البيانات التمثيلية. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الجدول.
الجدول التكميلي 5: قائمة البلازميدات المستخدمة لتوليد البيانات التمثيلية. بلازميدات U6 snRNA المتولدة والمنشورة في الأبحاث السابقة 22,47. الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الجدول.
ACT1-CUP1 هو اختبار نمو ، ويجب توخي الحذر للتأكد من أن اختلافات النمو الملحوظة لا يمكن أن تعزى إلا إلى عيوب الربط. يجب التعامل مع جميع السلالات بطريقة مماثلة قبل الطلاء ، بما في ذلك وجود نفس الطول والنوع من ظروف النمو والتخزين. في حالة استخدام سلالات حساسة لدرجة الحرارة ، يجب إجراء فحوصات ACT1-CUP1 فقط في ظل ظروف تنمو فيها هذه السلالات بشكل مشابه للنوع البري. وفي سياق متصل، بالنسبة لمكون QSP، ينصح بأن يكون لديك خلفيات خميرة متطابقة ومستويات تعبير لجين (جينات) QSP حتى لا تحجب تفسير النتائج. عند النظر في عدد QSPs والمراسلين الذين يجب استخدامهم ، لا ينصح بفحص أكثر من 30 سلالة في وقت واحد باستخدام طريقة مكرر الدبوس. مع الوقت الإضافي لأداء كل خطوة ، ستستقر الخلايا ، وستكون نتائج الفحص غير متسقة بسبب انخفاض صلاحية الخلية.
بالإضافة إلى القيود التي يمتلكها ACT1-CUP1 بطبيعتها كاختبار للنمو ، قد يكون ل QSP تأثير أكثر تعقيدا على الربط مما يمكن حله بهذه الطريقة. نظرا لأن الربط هو عملية متعددة الخطوات ويتم إعادة تدوير العوامل ، يمكن أن يؤدي النمط الظاهري المرصود إلى الاضطراب الذي يؤثر على أكثر من خطوة ربط واحدة. هذا صحيح حتى بالنسبة للتحليلات اللاحقة التي يمكن أن تتبع ACT1-CUP1 ، وبعضها موضح أدناه. ستسلط البيانات الضوء على الخطوة الأكثر اضطرابا في العملية ، على الرغم من أن الخطوات الأخرى قد تتأثر بالوظيفة المتغيرة لعامل الربط.
تم استخدام التمديد التمهيدي لمراسلي ACT1-CUP1 لأول مرة في ورقة Lesser and Guthrie الأصلية وغالبا ما يتم إجراؤه إذا أظهرت نتائج ACT1-CUP1 عيبا في النمو3. يستهدف هذا الفحص المراسل ويستخدم طول منتجات تفاعل البوليميراز المتسلسل لتحديد الكميات النسبية للمراسل غير المقسم والمقسم جزئيا والمقسم بالكامل (الشكل 5 أ). يتم حساب كفاءة الربط الإجمالية وما إذا كان العيب يؤثر بقوة أكبر على الخطوة التحفيزية الأولى أو الثانية عن طريق أخذ نسب من كميات منتج PCR14. على سبيل المثال ، قلل مراسل SS G5a مقاس 5 بوصات من الربط مقارنة بالمراسل من النوع البري ، لكن كفاءاته الأولى والثانية تتبع نمطا مشابها للنوع البري (الشكل 5 أ). يشير هذا إلى وجود عيب قبل الخطوة التحفيزية الأولى ، ربما في تجميع spliceosome ، لأن كلتا الخطوتين تتأثران بالمثل31.
تم تطوير فحوصات جديدة من مقايسة ACT1-CUP1 المتعارف عليها ، مثل فحص الطفرات التي تعمل على تحسين الربط في وجود طفرات عامل الربط الأخرى و / أو تسلسلات الربط غير المتفق عليها (الشكل 5 ب). على سبيل المثال ، أدى تعريض الخميرة التي تحتوي على مراسل ACT1-CUP1 للأشعة فوق البنفسجية ثم الاختيار في وجود النحاس إلى إنتاج طفرات Prp8 و Hsh155 التي حسنت الربط بين التسلسلات غير المتفق عليها14,19.
بالتوسع في دراسة تأثير مواقع لصق وعوامل الربط التأسيسية ، تم استخدام اعتماد نمو CUP1 لدراسة الربط المتعدد intron ، ومراقبة الصادرات النووية ، وتأثير UTR والتسلسلات المحيطية الأخرى على الربط (الشكل 5C). خلقت بعض هذه الدراسات مراسلين مع CUP1 وجينات الخميرة الأخرى المحتوية على الإنترون والتي يمكن أن يكون لها أنماط ربط أكثر تعقيدا لدراسة التأثير على البنية الثانوية intronic والربط متعدد النسخ48،49،50،51،52. تمت دراسة العلاقة بين الربط والتصدير النووي من خلال وجود نسخ مقسمة أو غير مقسمة تشفر CUP1 في الإطار53,54. كما تم اختبار طول مسار البيريميدين واعتماد مسافة اختيار موقع لصق بسبب عوامل محددة20،55،56،57. تسلط هذه الأمثلة وغيرها الكثير الضوء على تعدد استخدامات ACT1-CUP1 ومقايسات نمو CUP1 الأخرى.
يربط اختبار ACT1-CUP1 الاضطرابات بدورة تفاعل معقدة مع نمط ظاهري نمو مباشر مع نطاق حساسية واسع. تم استخدام هذا الاختبار القديم من قبل مختبرات متعددة لوضع الأساس لفهم دورة الربط. في الآونة الأخيرة ، تم استخدام ACT1-CUP1 للإجابة على الأسئلة التي تنشأ من ثروة البيانات الهيكلية المتاحة الآن21،22،25. يمكن إقران الدراسات الهيكلية للجسيمات المرتبطة بتسلسلات غير توافقية مع نتائج ACT1-CUP1 لتفسير كيفية ارتباط البنية المتغيرة والوظيفة المتغيرة. ACT1-CUP1 هي الشاشة الأولى المثالية لطفرات الربط التي يمكن أن تكمل التحليل الأكثر تعقيدا.
ليس لدى المؤلف ما يكشف عنه.
شكرا لآرون هوسكينز وأعضاء مختبر هوسكينز في جامعة ويسكونسن ماديسون لاستخدام سلالات الخميرة والمعدات في توليد الأشكال 3-5. شكرا لهاربريت كور وشينغيانغ فو على تعليقاتهما الثاقبة على المخطوطة. شكرا للطلاب والموظفين وأعضاء هيئة التدريس الداعمين في جامعة نورث ويست أثناء كتابة هذه الورقة وتحريرها وتصويرها. شكرا لإيزابيل ماراسيغان للمساعدة في تصوير هذه الطريقة.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1.5 mL sterile microcentrifuge tubes | Fisher Scientific | 05-408-129 | Or comparable item from a different manufacturer. |
2 mL sterile microcentrifuge tubes | Fisher Scientific | 05-408-138 | Or comparable item from a different manufacturer. |
50 mL sterile centrifuge tubes | Fisher Scientific | 07-201-332 | Or comparable item from a different manufacturer. |
96-well round bottom microplate | Fisher Scientific | 07-200-760 | Or comparable item from a different manufacturer. |
190 proof ethanol | Fisher Scientific | 22-032-600 | Or comparable item from a different manufacturer. |
500 mL Filter System (0.22 µm) | CellTreat Scientific Products | 229707 | Or comparable item from a different manufacturer. |
Agar | Fisher Scientific | BP1423-500 | Any molecular grade agar will work. |
Autoclave | Tuttnauer | 3870EA | Or comparable item from a different manufacturer. |
Bunsen burner | Humboldt | PN6200.1 | Or comparable item from a different manufacturer. |
Cell Density Meter | VWR | 490005-906 | Or other spectral device that can measure absorbance at 595 nm. |
Copper sulfate Pentahydrate | Fisher Scientific | LC134051 | Or comparable item from a different manufacturer. |
Digital imaging system | Cytiva | 29399481 | ImageQuant 4000 (used for Figure 3), Amersham ImageQuant 800, or comparable item from a different manufacturer. |
Dropout mix (-Leu) | USBiological Life Sciences | D9525 | Use the appropriate drop out mix for your experiment. It is possible you will be using a yeast nutrient marker for your query perturbation also. In that case, the drop out mix should be for that marker and Leu |
D-Glucose | Fisher Scientific | AAA1682836 | Or comparable item from a different manufacturer. |
Gel band quantifying software | Cytiva | 29-0006-05 | ImageQuant TL v8.1 (used for figure 5A) or comparable item from a different manufacturer. |
Hand held camera | Nikon | D3500 | Or comparable item from a different manufacturer. |
Near infra-red gel imaging device | Cytiva | 29238583 | Amersham Typhoon NIR (used for Figure 5a) or comparable item from a different manufacturer. |
Laboratory grade clamp | Fisher Scientific | 05-769-7Q | Or comparable item from a different manufacturer. |
Laboratory grade stand and clamp | Fisher Scientific | 12-000-101 | Or comparable item from a different manufacturer. |
Magnetic stir bars | Fisher Scientific | 14-513-51 | Or comparable item from a different manufacturer. |
Pin replicator | VP Scientific | VP 407AH | |
Semi-micro disposable cuvettes | VWR | 97000-590 | Or comparable item from a different manufacturer. |
Shaker | JEIO Tech | IST-3075 | Or comparable item from a different manufacturer. |
Spectrophotometer | Biowave | 80-3000-45 | Or any spectophotometer that can measure the absorbance at 600 nm. |
Square plates | VWR | 102091-156 | Circular plates may also be used though are more challenging if using a pin replicator. |
Stir plate | Fisher Scientific | 11-520-16S | Or comparable item from a different manufacturer. |
Yeast nitrogen base | USBiological Life Sciences | Y2025 | Or comparable item from a different manufacturer. |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved