대상<em> 현장에서</em신진 효모에서> 돌연변이 유발 히스톤의 유전자
Summary
A strategy for generating mutations in histone genes at their endogenous location in Saccharomyces cerevisiae is presented.
Abstract
We describe a PCR- and homologous recombination-based system for generating targeted mutations in histone genes in budding yeast cells. The resulting mutant alleles reside at their endogenous genomic sites and no exogenous DNA sequences are left in the genome following the procedure. Since in haploid yeast cells each of the four core histone proteins is encoded by two non-allelic genes with highly homologous open reading frames (ORFs), targeting mutagenesis specifically to one of two genes encoding a particular histone protein can be problematic. The strategy we describe here bypasses this problem by utilizing sequences outside, rather than within, the ORF of the target genes for the homologous recombination step. Another feature of this system is that the regions of DNA driving the homologous recombination steps can be made to be very extensive, thus increasing the likelihood of successful integration events. These features make this strategy particularly well-suited for histone gene mutagenesis, but can also be adapted for mutagenesis of other genes in the yeast genome.
Introduction
네 개의 핵심 히스톤 단백질 H2A, H2B, H3 및 H4는 진핵 세포 염색체의 압축, 조직 및 기능에 중심 역할을한다. 이러한 히스톤 각각 두 세트의 궁극적 뉴 클레오 (1)의 형성의 결과로, 히스톤 옥타 자체 주변 DNA의 ~ 147 염기쌍의 감쌈 지시 분자의 스풀을 형성한다. 뉴 클레오 솜은 염색체 전체 유전자 전사의 조절과 euchromatin의 형성 및 이질 같은 염색체 기반 프로세스의 다양한 활성 참가자이며, 같은 과거 수십 년에 걸쳐 집중적 연구의 초점이되어왔다. 이러한 메커니즘은 히스톤 잔류의 번역 후 변형, ATP 의존적 인 뉴 클레오 리모델링 및 ATP 독립적 인 뉴 클레오 재구성을 포함 – 메커니즘의 수는있는 뉴 클레오는 특정 프로세스의 실행을 용이하게 할 수있는 방법으로 조작 할 수있는 기술되어있다조립 / 해체 (2, 3).
신진 효모 사카로 마이 세스 세레 비지는 진핵 생물에서 히스톤 함수의 이해에 특히 강력한 모델 생물이다. 이것은 주로 도메인 eukarya 걸쳐 히스톤 단백질의 진화 적 보전의 높은 유전 생화학 실험 다양 효모의 가공성에 기인 할 수있다 (4)에 접근한다. 효모 역방향 유전자 접근법 널리 염색질 생물학의 다양한 양상의 특정 히스톤 돌연변이의 효과를 연구하기 위해 사용되었다. 실험은 이러한 유형의 비정상적인 세포 (인해 세포에서 플라스미드의 수를 가변으로) 히스톤 단백질의 수준을 초래할 수 자율 플라스미드로부터 발현 같은 돌연변이 히스톤은 그 나라의 게놈 유전자좌로부터 발현 된 세포를 사용하는 것이 바람직하다 크로 엔의 수반 변경최종적으로 결과의 해석을 혼동 할 수 많은 환경.
여기서는 게놈 남은 외래 DNA 서열없이, 원하는 돌연변이 (들)의 발생에 클로닝 단계 및 결과를 필요로하지 않고 그 나라의 게놈 위치에서 히스톤 유전자 표적화 돌연변이 유발을 허용하는 PCR 계 기술을 설명한다. 이 기술은 효모에서 효율적인 상동 재조합 시스템을 활용하고 다른 그룹에 의해 개발 된 다른 유사한 기술과 공통점이 몇 가지 기능이있다 – 가장 특히 Delitto PERFETTO, 사이트 별 게놈 (SSG) 돌연변이 유발 및 복제없이 PCR 기반의 대립 유전자를 대체 방법 5, 6, 7. 그러나,이 설명 된 기술은 특히 히스톤 유전자의 돌연변이 유발에 적합하게 한 측면을 갖는다. 반수체 효모 세포에서, 네 개의 코어 히스톤의 각각은 두 개의 비 a로 인코딩llelic 높은 상 동성 유전자는 예를 들어, 히스톤 H3가 HHT1 HHT2 및 유전자에 의해 암호화되고,이 유전자의 오픈 리딩 프레임 (ORF를는) 시퀀스의 90 % 이상 동일하다. 상 동성이 높은 수준은 구체적으로 돌연변이 유발을위한 두 개의 히스톤를 코딩하는 유전자 중 하나를 목표로 설계된 실험을 복잡하게 할 수 있습니다. 상기 방법들은 상동 재조합을 유도하는 표적 유전자의 ORF 내의 적어도 몇몇 시퀀스의 사용을 필요로하는 반면, 우리는 여기서 설명하는 기술에 대한 (더 적은 서열 상 동성을 공유하는) 히스톤 유전자의 ORF를 플 랭킹 서열을 이용한다 재결합 단계, 따라서 원하는 궤적에 돌연변이를 성공적으로 표적의 가능성을 증가시킨다. 또한, 재조합 드라이브 상동 지역이 더 효율적 대상 상동 재조합에 기여하고, 매우 광범위 할 수 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
반수체 S. cerevisiae의 세포에서 4 개의 핵심 히스톤 단백질의 각각에 대한 코드가 구체적으로 돌연변이 유발을위한 두 개의 유전자 중 하나를 타겟팅하려는 연구자에 대한 도전을 나타낼 수있는 두 개의 비 대립 유전자 사이의 서열 상 동성의 높은 수준. 이전에 종종 의존 상기 Delitto PERFETTO, 부위 – 특이 적 유전자 (SSG) 돌연변이 유발, 클로닝없이 PCR 기반 대립 유전자 교환 방법 <sup class…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We thank Reine Protacio for helpful comments during the preparation of this manuscript. We express our gratitude to the National Science Foundation (grants nos. 1243680 and 1613754) and the Hendrix College Odyssey Program for funding support.
Materials
| 1 kb DNA Ladder (DNA standards) | New England BioLabs | N3232L | |
| Agarose | Sigma | A5093-100G | |
| Boric Acid | Sigma | B0394-500G | |
| dNTP mix (10 mM each) | ThermoFisher Scientific | R0192 | |
| EDTA solution (0.5M, pH 8.0) | AmericanBio | AB00502-01000 | |
| Ethanol (200 Proof) | Fisher Scientific | 16-100-824 | |
| Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dihydrate (EDTA) | Sigma | E4884-500G | |
| Lithium acetate dihydrate | Sigma | L6883-250G | |
| MyCycler Thermal Cycler | BioRad | 170-9703 | |
| Poly(ethylene glycol) (PEG) | Sigma | P3640-1KG | |
| PrimeSTAR HS DNA Polymerase (high fidelity DNA polymerase) and 5X buffer | Fisher Scientific | 50-443-960 | |
| Salmon sperm DNA solution | ThermoFisher Scientific | 15632-011 | |
| Sigma 7-9 (Tris base, powder form) | Sigma | T1378-1KG | |
| Sodium acetate trihydrate | Sigma | 236500-500G | |
| Supra Sieve GPG Agarose (low metling temperature agarose) | AmericanBio | AB00985-00100 | |
| Taq Polymerase and 10X Buffer | New England BioLabs | M0273X | |
| Toothpicks | Fisher Scientific | S67859 | |
| Tris-HCl (1M, pH 8.0) | AmericanBio | AB14043-01000 | |
| a-D(+)-Glucose | Fisher Scientific | AC170080025 | for yeast media |
| Agar | Fisher Scientific | DF0140-01-0 | for yeast media |
| Peptone | Fisher Scientific | DF0118-07-2 | for YPD medium |
| Yeast Extract | Fisher Scientific | DF0127-17-9 | for YPD medium |
| 4-aminobenzoic acid | Sigma | A9878-100G | for complete minimal dropout medium |
| Adenine | Sigma | A8626-100G | for complete minimal dropout medium |
| Glycine hydrochloride | Sigma | G2879-100G | for complete minimal dropout medium |
| L-Alanine | Sigma | A7627-100G | for complete minimal dropout medium |
| L-Arginine monohydrochloride | Sigma | A5131-100G | for complete minimal dropout medium |
| L-Asparagine monohydrate | Sigma | A8381-100G | for complete minimal dropout medium |
| L-Aspartic acid sodium salt monohydrate | Sigma | A6683-100G | for complete minimal dropout medium |
| L-Cysteine hydrochloride monohydrate | Sigma | C7880-100G | for complete minimal dropout medium |
| L-Glutamic acid hydrochloride | Sigma | G2128-100G | for complete minimal dropout medium |
| L-Glutamine | Sigma | G3126-100G | for complete minimal dropout medium |
| L-Histidine monohydrochloride monohydrate | Sigma | H8125-100G | for complete minimal dropout medium |
| L-Isoleucine | Sigma | I2752-100G | for complete minimal dropout medium |
| L-Leucine | Sigma | L8000-100G | for complete minimal dropout medium |
| L-Lysine monohydrochloride | Sigma | L5626-100G | for complete minimal dropout medium |
| L-Methionine | Sigma | M9625-100G | for complete minimal dropout medium |
| L-Phenylalanine | Sigma | P2126-100G | for complete minimal dropout medium |
| L-Proline | Sigma | P0380-100G | for complete minimal dropout medium |
| L-Serine | Sigma | S4500-100G | for complete minimal dropout medium |
| L-Threonine | Sigma | T8625-100G | for complete minimal dropout medium |
| L-Tryptophan | Sigma | T0254-100G | for complete minimal dropout medium |
| L-Tyrosine | Sigma | T3754-100G | for complete minimal dropout medium |
| L-Valine | Sigma | V0500-100G | for complete minimal dropout medium |
| myo-Inositol | Sigma | I5125-100G | for complete minimal dropout medium |
| Uracil | Sigma | U0750-100G | for complete minimal dropout medium |
| Ammonium Sulfate | Fisher Scientific | A702-500 | for complete minimal dropout medium |
| Yeast Nitrogen Base | Fisher Scientific | DF0919-07-3 | for complete minimal dropout medium |
| 5-Fluoroorotic acid (5-FOA) | AmericanBio | AB04067-00005 | for 5-FOA medium |
References
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