Sıvı işleme bir yüksek üretilen iş ileri kimyasal genetik ekran Arabidopsis thaliana yapmak için Robot kullanımı en iyi duruma getirme
Summary
Sentetik küçük moleküllerin yüksek üretilen iş ekran modeli bitki türleri, Arabidopsis thalianayapılmıştır. Sıvı işleme robot için geliştirilen bu iletişim kuralı, ileri kimyasal genetik ekranlar, Bitki fizyolojisi etkileyen roman küçük moleküller keşfi hızlanan hızını artırır.
Abstract
Kimyasal genetik giderek gen artıklık veya ölümcül nedeniyle geleneksel genetik inatçı olabilir bitkiler özellikleri kodunu çözmek için istihdam olmak. Ancak, sentetik bağlanabilecek küçük bir moleküldür biyoaktif olma olasılığı düşüktür; Bu nedenle, moleküller binlerce ilgi bulmak için test gerekir. Robot sistemleri çok sayıda örnekleri, hangi ile kimyasal bir kütüphane en aza/hata standartlaştırılması ek olarak taranması hızı artan işlemek için tasarlanmıştır işleme sıvı. Bir tezgah üstü çok kanallı sıvı kullanarak kitaplığa Arabidopsis thaliana (Arabidopsis), üzerinde 50.000 küçük moleküllerin yüksek üretilen iş ileri kimyasal genetik ekranı ulaşmak için protokolleri robot işleme geliştirilmiş olup, tüm en az gerektiren teknisyen katılımı. Bu protokoller ile 3,271 küçük moleküller görünür fenotipik değişiklikler neden olduğu keşfedildi. 1,563 bileşikleri kısa kök, 1,148 bileşikler değişmiş renklendirme, 383 bileşikler neden kök saç ve diğer, Sigara kategorize, değişiklikler ve 177 bileşikler inhibe çimlenme indüklenen.
Introduction
Son 20 yılda bitki Biyoloji alanındaki araştırmacılar hücre duvarı sentezi, sitoiskeleti, hormon sentezi anlayışımızı geliştirmek ve sinyal kimyasal genetik yaklaşımları, ileriye ve geriye doğru kullanarak büyük atılımlar yapmış, gravitropism, Patogenez, pürin biyosentezi ve1,2,3,4,5kaçakçılığı endomembrane. İleri kimyasal genetik teknikler kullanan fenotipleri ilgi kimliği sağlar ve belirli işlemleri genotypic temellerini anlamak araştırmacılar sağlar. Diğer taraftan, ters kimyasal genetik bir önceden belirlenmiş protein hedef6ile etkileşim kimyasallar arar. Eşlenen ve açıklamalı genomunu küçük olduğu için Arabidopsis bu keşifler bitki Biyoloji ön planda olmuştur. Bu kısa oluşturma süresi ve anormal hücre altı makine7tanımlaması kolaylaştırmak kullanılabilir birden çok mutant/muhabir hatları vardır.
İleri kimyasal genetik ekranlar ilerlemesini, ilk eleme süreci ve bileşik faiz8hedef belirleme yavaş iki önemli performans sorunları vardır. Küçük molekül seçimi hızını artırarak büyük bir yardım otomasyon ve otomatik ekipman9kullanmaktır. Sıvı işleme robotlar büyük kütüphaneler küçük moleküllerin işleme için mükemmel bir araçtır ve biyolojik bilimler10‘ ilerleme sürüş vesile olmuştur. Burada sunulan Protokolü biyoaktif küçük moleküller hızlı bir hızda. kimliği etkinleştirme tarama süreci ile ilgili performans sorunu hafifletmek için tasarlanmıştır Bu teknik emek ve zaman operatör adına da ilke araştırmacı için ekonomik maliyet azalan süre yükünü azaltır.
Şimdiye kadar en kimyasal kitaplıkları analiz 10.000 ve 20.000 bileşikleri, bazı kadar 150.000 ve bazı az 709,11,12,13,14, ile arasında düzenlenen 15 , 16. burada tanıttı protokolü 50.000 bileşikler (bkz. Tablo reçetesi) küçük molekül Kütüphanesi hayata geçirildi, bir büyük ileri kimyasal genetiğin ekranlar üzerinde yürütülen Arabidopsis bugüne. Özellikle ilgilidir gibi herbisit bulma, böcek ilacı bulma, mantar ilacı doğru artan verimlilik ve hız ile ilgili ileri kimyasal genetik, mevcut trendi ile bu iletişim kuralını uyar keşfetmek, ilaç keşif ve kanser Biyoloji17 ,18,19,20,21. Burada Arabidopsis ile uygulanan rağmen bu iletişim kuralı, kolayca olabilir hücre kültürleri, sporları ve potansiyel olarak bile böcekler için adapte 96, 384 veya 1536-şey tabak içinde sıvı ortamda. Kendi küçük boyutları nedeniyle, Arabidopsis mükellef taraması 96 iyi tabak içinde. Ancak, kuyular arasında eşit şekilde tohumu dağıtma bir mücadeledir. El tohum emek yoğun doğrudur ve tohum 96-şey kalıplara dağıtmak üzere tasarlanan aygıt olsa, onlar satın almak pahalıdır. İşte, nasıl bu adım küçük bir kayıp ile doğruluk atlatılabilmişlerdir göstermektedir.
Bu yöntem genel amacı doğruluğu, üzerinden bir sıvı işleme robot kullanımı ödün vermeden Arabidopsis daha yönetilebilir karşı büyük bir kimyasal Kütüphane eleme yapmaktı. İlk seyreltme serisi yönetimi ve örnekleri bir diseksiyon mikroskop altında ve hızlı hızlı görselleştirme izin sonraki fenotipik ekranlar tamamlamak için geçen süre azaltarak, bu yöntemin kullanılması araştırmacının daha etkili olmasını sağlar kimliği roman biyoaktif küçük moleküller. Şekil 1 4 adımda bu protokolün önemli sonuçlar gösterilmektedir.
Şekil 1: genel iş akışı ileri kimyasal genetik ekranın. Bazı detay ile her 4 önemli adımlar için açıklanan protokol genel bir bakış. 1: kimyasal Kütüphane, 2 alma: seyreltme Kütüphane, 3 yapım: yapım eleme plakaları ve 4: kuluçka ve eleme kaplamalar görselleşebilme. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu iletişim kuralı araştırmacılar Arabidopsis ileri kimyasal genetik ekranda yerine getirmeye yardımcı olmak için tasarlanmıştır. Biz temsilcisi sonuçları sağlamak 50.000 bileşikleri (Şekil 2 ve şekil 3) ekranında, en büyük ileri kimyasal genetik ekranlar birini9,13,23bugüne kadar Arabidopsis üzerinde gerçekleştirilen. Sıvı işleme robot kullan…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Jozsef leylek, Mitchel Richmond, Jarrad Gollihue ve Andrea Sanchez yapıcı ve eleştirel tartışma için teşekkür ederiz. Dr. Sharyn Perry fenotipik fotoğraflar için. Bu malzeme Kooperatifi anlaşması No 1355438 altında Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenen çalışma üzerine kuruludur.
Materials
| Keyboard | Local Provider | N/A | Used for protocol design and operating the Biomek FX |
| Mouse | Local Provider | N/A | Used for protocol design and operating the Biomek FX |
| Computer Screen | Local Provider | N/A | Used for protocol design and operating the Biomek FX |
| Computer | Local Provider | N/A | Used for protocol design and operating the Biomek FX |
| DIVERSet Diverse Screening Library | ChemBridge | N/A | Chemical library |
| Biomek Software | Beckman Coulter | N/A | Runs and designs the Biomek FX |
| Device Controller | Beckman Coulter | 719366 | Operates the water pump/tip washing station |
| Stacker Carousel Pendent | Beckman Coulter | 148240 | Manual operation of Biomek Stacker Carousel |
| Biomek Stacker Carousel | Beckman Coulter | 148520 | Rotary unit that houses all FX Stacker 10's |
| FX Stacker 10 | Beckman Coulter | 148522 | Elevator unit that houses components for screen |
| FX Stacker 10 | Beckman Coulter | 148522 | Elevator unit that houses components for screen |
| FX Stacker 10 | Beckman Coulter | 148522 | Elevator unit that houses components for screen |
| FX Stacker 10 | Beckman Coulter | 148522 | Elevator unit that houses components for screen |
| Biomek FX | Beckman Coulter | https://www.beckman.com/liquid-handlers | Robot that performs the desired operations |
| Accuframe | Artisan Technology Group | 76853-4 | Frames arm to place components corretly |
| Framing Fixture | Beckman Coulter | 719415 | Centers arm in the Accuframe |
| Multichannel Tip Wash ALP | Beckman Coulter | 719662 | Washes the tips after the ethanol bath |
| Tip Loader ALP | Beckman Coulter | 719356 | Pneumatically loads tips onto the arm |
| Air Compressor | Local Provider | N/A | Provides air for pneumatic tip loading |
| MasterFlex Console Drive | Cole-Parmer | 77200-65 | Pump used to circulate water through the Multichannel Tip Washer |
| Air Hose | Local Provider | N/A | Provides air from air compressor to Tip Loader |
| Water Hose | Local Provider | N/A | Provides water from 5 Gallon Reserviour to Tip Washer |
| Static ALP's | Beckman Coulter | Comes with Biomek FX | Supports equipment for the Screen |
| 5 Gallon Reserviour | Local Provider | N/A | Recirculates the dirty water from cleaning the tips |
| Grippers | Beckman Coulter | Comes with Biomek FX | Grabs and moves the equipment to the correct places |
| 96-Channel 200 µL Head | Beckman Coulter | Comes with Biomek FX | Holds the 96 tips used within the screen |
| AP96 P200 Pipette Tips | Beckman Coulter | 717251 | Used to make the screening library |
| 96 Well Flat Bottom Plate | Costar | 9018 | Aids in visulization of screen |
| 96 Well V-Bottom Plate | Costar | 3897 | Aids in storing of dilution library |
| AlumaSeal 96 Sealing Film | MedSci | F-96-100 | Seals for storage both the chemicle library and dilution library |
| Plastic ziplock sandwich bags | Local Provider | N/A | Used to ensure a humid environment for screen |
| AP96 P20 Pipette Tips | Beckman Coulter | 717254 | Used in the dilution library creation |
| Growth Chamber | Percival | AR36L3 | Germinates seeds for phenotypic visulization |
| Spatula | Local Provider | N/A | Holds seeds to add into wells where liquid seeding failed seed adequatly |
| Toothpick | Local Provider | N/A | Pushes seeds from spatula to wells |
| Murashige and Skoog Basal Salt Mixture | PhytoTechnology Laboratories | M524 | Add to MS media mixture |
| MES Free Acid Monohydrate | Fisher Scientific | ICN19483580 | Added to MS media to decrease pH |
| Agar Powder | Alfa Aesar | 9002-18-0 | Increases thickness of media to support seed suspension |
| 5M KOH | Sigma-Aldrich | 484016 | Increases pH to adequate levels |
| 1L Media Storage Bottle | Corning | 1395-1L | Holds enough media for a screen |
| Polypropylene Centrifuge Tubes | Corning | 431470 | Sterilizes seeds prior to vernilization |
| pH Probe | Davis Instruments | YX-58825-26 | Used for making media |
| ALPs (Automated Labware Positioners) Users Manual | Beckman Coulter | PN 987836 | Aids in setting up the accompaning equipment for the Biomek FX |
| Biomek 2000 Stacker Carousel Users Guide | Beckman Coulter | 609862-AA | Aids in setting up the Stacker Carousel |
| Biomek FX and FXP Laboratory Automation Workstations Users Manual | Beckman Coulter | PN 987834 | Used to frame the Multichannel Pod |
| Biomek FXP Laboratory Automation Workstation Customer Startup Guide | Beckman Coulter | PN B32335AB | Used to aid in setting up the Biomek FX |
| Biomek Software User's Manual | Beckman Coulter | PN 987835 | Used to set up and understand the Software |
References
- Blackwell, H. E., Zhao, Y. Chemical genetic approaches to plant biology. Plant Physiol. 133 (2), 448-455 (2003).
- Dejonghe, W., Russinova, E. Plant chemical genetics: From phenotype-based screens to synthetic biology. Plant Physiol. 174 (1), 5-20 (2017).
- McCourt, P., Desveaux, D. Plant chemical genetics. New Phytol. 185 (1), 15-26 (2010).
- Lumba, S., Cutler, S., McCourt, P. Plant nuclear hormone receptors: A role for small molecules in protein-protein interactions. Annu Rev Cell Dev Biol. 26, 445-469 (2010).
- Hicks, G. R., Raikhel, N. Opportunities and challenges in plant chemical biology. Nat Chem Biol. 5 (5), 268-272 (2009).
- De Rybel, B., et al. A role for the root cap in root branching revealed by the non-auxin probe naxillin. Nat Chem Biol. 8 (9), 798-805 (2012).
- Koornneef, M., Meinke, D. The development of Arabidopsis as a model plant. Plant J. 61 (6), 909-921 (2010).
- Serrano, M., Kombrink, E., Meesters, C. Considerations for designing chemical screening strategies in plant biology. Front Plant Sci. 6, 131 (2015).
- Yoshitani, N., et al. A structure-based strategy for discovery of small ligands binding to functionally unknown proteins: Combination of in silico screening and surface plasmon resonance measurements. Proteomics. 5 (6), 1472-1480 (2005).
- Macarron, R., et al. Impact of high-throughput screening in biomedical research. Nat Rev Drug Discov. 10 (3), 188-195 (2011).
- DeBolt, S., et al. Morlin, an inhibitor of cortical microtubule dynamics and cellulose synthase movement. Proc Natl Acad Sci U S A. 104 (14), 5854-5859 (2007).
- Christian, M., Hannah, W. B., Luthen, H., Jones, A. M. Identification of auxins by a chemical genomics approach. J Exp Bot. 59 (10), 2757-2767 (2008).
- Drakakaki, G., et al. Clusters of bioactive compounds target dynamic endomembrane networks in vivo. PNAS. 108 (43), 17850-17855 (2011).
- Armstrong, J. I., Yuan, S., Dale, J. M., Tanner, V. N., Theologis, A. Identification of inhibitors of auxin transcriptional activation by means of chemical genetics in Arabidopsis. Proc Natl Acad Sci U S A. 101 (41), 14978-14983 (2004).
- Brown, L. A., et al. A small molecule with differential effects on the PTS1 and PTS2 peroxisome matrix import pathways. Plant J. 65 (6), 980-990 (2011).
- De Rybel, B., et al. Chemical inhibition of a subset of Arabidopsis thaliana GSK3-like kinases activates brassinosteroid signaling. Chem Biol. 16 (6), 594-604 (2009).
- Arkin, M. R., Tang, Y., Wells, J. A. Small-molecule inhibitors of protein-protein interactions: progressing toward the reality. Chem Biol. 21 (9), 1102-1114 (2014).
- St Onge, R., Schlecht, U., Scharfe, C., Evangelista, M. Forward chemical genetics in yeast for discovery of chemical probes targeting metabolism. Molecules. 17 (11), 13098-13115 (2012).
- Vassilev, L. T., et al. In vivo activation of the p53 pathway by small-molecule antagonists of MDM2. Science. 303 (5659), 844-848 (2004).
- Zhao, Y., et al. Chemical genetic interrogation of natural variation uncovers a molecule that is glycoactivated. Nat Chem Biol. 3 (11), 716-721 (2007).
- Walsh, T. A. The emerging field of chemical genetics: Potential applications for pesticide discovery. Pest Manag Sci. 63 (12), 1165-1171 (2007).
- . Seed Handling Available from: https://abrc.osu.edu/seed-handling (2013)
- Knoth, C., Salus, M. S., Girke, T., Eulgem, T. The synthetic elicitor 3,5-dichloroanthranilic acid induces NPR1-dependent and NPR1-independent mechanisms of disease resistance in Arabidopsis. Plant Physiol. 150 (1), 333-347 (2009).
- Conway, M. K., et al. Scalable 96-well Plate based iPSC culture and production using a robotic liquid handling system. J Vis Exp. , (2015).
- Daniszewski, M., et al. Automated cell culture systems and their applications to human pluripotent stem cell studies. SLAS Technol. , (2017).
- Popa-Burke, I., Russell, J. Compound precipitation in high-concentration DMSO solutions. J Biomol Screen. 19 (9), 1302-1308 (2014).
- Partridge, F. A., et al. An automated high-throughput system for phenotypic screening of chemical libraries on C. elegans and parasitic nematodes. Cold Spring Harb Protoc. , (2017).
