細菌のトランスクリプトーム解析ケーススタディのための高速かつ信頼性の高いパイプライン：セリン依存の遺伝子調節に<em>肺炎球菌</em
Summary
This manuscript describes the use of state-of-the-art technology provided by DNA-microarrays. Microarrays provide an overview of the transcriptomic changes in bacteria incurred under a specific condition. Moreover, we highlight the ease by which large amounts of data can be analyzed by using convenient in-house developed software packages.
Abstract
遺伝子発現とその調節は、異なる条件下での細胞の挙動を理解することが非常に重要である。様々な技術は、遺伝子発現を研究するために、今日使用されているが、ほとんどが、全トランスクリプトームの発現の全体像を提供するという点で制限されている。 DNAマイクロアレイは、全体的な遺伝子発現の完全な概要を示し、迅速かつ経済的な研究技術を提供し、新規遺伝子の同定および転写因子結合部位を含むアプリケーションの膨大な数を持って、細胞の転写活性の特徴付けにも数千の分析に役立つ遺伝子の（単一の実験で）。本研究では、DNAマイクロアレイ解析に細胞収穫から細菌のトランスクリプトーム解析のための条件が最適化されている。考慮時間、コスト、実験の精度を考えると、この技術プラットフォームは、細菌のtranscriptoを研究するために非常に有用と普遍applicabaleであることが分かるMES。ここでは、Sの転写応答を比較することにより、ケーススタディなどの肺炎球菌を用いたDNAマイクロアレイ解析を行う肺炎連鎖球菌は、培地中にL-セリン濃度を変化の存在下で増殖させた。トータルRNAは、RNAの品質チェック用キットを用いて確認したRNA単離キットおよびRNAの品質を使用マカロイド方法を用いて単離した。 cDNAは、逆転写酵素を用いて調製し、cDNAサンプルを、二種のアミン反応性蛍光色素のいずれかを使用して標識した。マイクロアレイスライドを標識cDNAサンプル及びマイクロアレイデータのハイブリダイゼーションのために使用した自家製のDNAは、cDNAマイクロアレイデータの前処理ワーク（Microprep）を用いて分析した。最後に、サイバー-Tは、統計的に有意な差次的に発現される遺伝子の同定のためMicroprepを使用して生成されたデータを分析した。また、社内で構築されたソフトウェア·パッケージ（コショウ、FIVA、開示、検察官、Genome2D）を分析するために使用されたデータ。
Introduction
遺伝子の過剰発現またはノックアウトを含む、特定の時間に、または特定の条件下で単細胞生物または真核生物細胞のゲノムによりコードされるmRNAの存在量（トランスクリプトーム）のセット全体の研究では、トランスクリプトミクスと呼ばれています。トランスクリプトは、私たちはどの程度の遺伝子に観察することができる時間点Xにおける特定の条件の下で発現し、私たちに遺伝子が参照と比較して表しているかを強くに関する情報を提供している。
マイクロアレイは、固体基板上に二次元配列（通常、ガラススライドまたはシリコン薄膜電池）ハイスループットスクリーニングを用いて、生物学的物質の大量をアッセイするために使用され、小型化が可能で、多重化して並列処理し、検出されメソッド。マイクロアレイは、DNAマイクロアレイ、タンパク質マイクロアレイ、ペプチドマイクロアレイ、組織マイクロアレイ、抗体マイクロアレイ、細胞のマイクロアレイおよびその他を含む、さまざまな種類があります。 DNAマイクロアレイは、基本的には固体表面に固定された微視的DNAスポットは、通常、ガラスのアセンブリ。 DNAマイクロアレイは、同時に一つまたは複数の遺伝子のセットの発現レベルを測定するために、またはゲノム2,3の複数の領域の遺伝子型を決定するために使用される。プローブのピコモル（10 -12モル）がレポーターと呼ばれる特定のDNA配列を表し、各DNAスポット中に存在する。サンプルからの標識mRNA分子は、「ターゲット」と呼ばれている。フルオロフォアは、フルオロフォアで標識された標的のプローブ – 標的ハイブリダイゼーションおよび検出を測定するために使用される標的核酸配列の相対存在量を決定する。アレイは数万プローブの何千ものが含まれている可能性があるため、マイクロアレイ実験は、並行して複数の遺伝子検査を達成することができます。シンプルなマイクロアレイ実験のレイアウトは、 図1に示されている。最近では、それはこの技術は非常に費用対effectivを作るもの、これらの配列は、再利用可能であることを私たちと他のラボに設立されましたE。
8 –別のRNAの単離および精製技術は、C-TAB、SDSおよびGT方法4を含む長年にわたって開発されてきた。さらに、いくつかの市販のキットも用意しています。遺伝子発現のために高品質のRNAが非常に重要である。したがって、RNA単離方法は、RNAの最大量を得るために修飾される。同様に、cDNAのcDNA調製と標識のためのステップが最小化される。スキャン後のデータの正規化はまた、社内に構築ソフトウェアパッケージやツール9を利用して効率的に行われている。
肺炎球菌は、鼻咽頭に定着し、そのような肺炎、敗血症、中耳炎などの複数の感染症の原因であり、10髄膜炎グラム陽性ヒト病原体である。細菌は、成長および生存11,12に必要な栄養素を幅広く利用することができる。多くの研究が、上で行われているアミノ酸の重要性および毒性13,14におけるそれらの役割を強調して肺炎球菌窒素代謝と調節。本研究では、Sのトランスクリプトーム応答L-セリンの濃度を変更することにニューモニエは 、ヒト血漿中に豊富に存在するアミノ酸は、DNAマイクロアレイを使用して報告されている。 S.のトランスクリプトーム応答L-セリン（150μM）の最小濃度で成長させた肺炎連鎖球菌は、セリンの最大濃度（10 mM）の中で増殖させたものと比較した。化学的に規定された培地（CDMまたは最少培地）15はセリンの濃度を制御するために、本 研究に使用した。この研究の焦点は、この技術はユーザーフレンドリーにすると、データ正規化と分析のためのさまざまなツールを提供することにある。そのため、ツールの数は、分析とデータ解釈のために開発された。 FIVA（機能情報ビューアーとアナライザ）が有する遺伝子のクラスターに含まれる処理情報のためのプラットフォームを提供します類似の遺伝子発現パターンおよび機能プロファイル16を構築する。検察官は、推定機能や遺伝子17の注釈の識別を容易に別のソフトウェアパッケージです。クラスタリング手法を利用することにより、開示するDNA結合部位検出アルゴリズムを提供する。遺伝子のシス -規制モチーフは、このアルゴリズム18を用いて投影することができる。 Genome2Dはゲノムマップ19上の遺伝子発現レベルの変化を特徴づけるために、異なる色の範囲を提供することにより、トランスクリプトームデータの可視化と分析のためのWindowsベースのプラットフォームを提供しています。コショウウェブサーバは、オールインワンの分析方法、レギュロン、プロモーターおよび転写因子結合部位20のためのマイニングのためのツールボックスに加えて、提供しています。細菌ゲノム中の遺伝子間領域の完全な注釈は、このパッケージを使用することによって達成することができる。それは彼らに実験を設計するためのプラットフォームを提供していますように生物学者が大幅にコショウの恩恵を受けることができますsの仮定情報は、 インビトロ 20 で確認することができるように。それらのほとんどは、自由に利用可能であり、データ正規化と分析を非常に信頼するように、これらのソフトウェアパッケージは、マイクロアレイ解析に大きく寄与する。
Protocol
Representative Results
Discussion
我々は、細菌の全トランスクリプトーム解析を実行するために適用することができるユーザーフレンドリーなプロトコルを記述する。この特定の技術についてのキーポイントは、細胞が収穫される条件が変動することである。細胞RNAの単離を収穫した後、この技術は、細菌サンプルのすべてのタイプとなると正確に同一の手順に従うので、細菌培養の任意のタイプに適用することができる。?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
私たちは、DNAマイクロアレイスライド制作のヘルプはアン·デ·ヨングとSiger Holsappelに感謝。バイオインフォマティクス解析のためのアン·デ·ヨングのサポートも歓迎です。また、紙を検討するためのJelle Slagerに感謝。ムハンマド·アフザールとイルファンManzoorはHECパキスタンの教員育成プログラムの下でGC大学、ファイサラバード、パキスタンでサポートされています。
Materials
| Acid phenol | SigmaAldrich | P4682 | |
| Roche RNA isolation kit | Roche Applied Science | 11828665001 | |
| Glass beads | 105015 | ||
| Chloroform | Boom | 92013505.1000. | |
| IAA | 106630 | ||
| Nanodrop | Nanodrop | ND-100 | |
| Agilent BioAnalyser | Agilent | G2940CA | |
| Superscript III | Life technologies Invitrogen | 18080044 | |
| AA-dUTP | Life technologies Invitrogen | AM8439 | |
| DDT | Life technologies Invitrogen | 18080044 | |
| First Strand buffer | Life technologies Invitrogen | 18080044 | |
| NaOH | SigmaAldrich | S8045-1KG | |
| HEPES | SigmaAldrich | H4034-500G | |
| DyLight-550 | Thermoscientiffic | 62262 | |
| DyLight-650 | Thermoscientiffic | 62265 | |
| SHY Buffer | SigmaAldrich | H7033-125ML | |
| Speedvac cooler | Eppendorf | RUGNE3140 | Speedvac concentrator plus |
| Hybridization oven | Grant Boekel | Iso-20 | |
| Lifter-slips | Erie Scientific | 25x60I-M-5439 | |
| Wipe | KIMTECH | ||
| SDS | SigmaAldrich | L3771-100g | |
| SSC | SigmaAldrich | W302600-1KG-K | |
| Genpix autoloader 4200A1 | MSD analytical technologies | Microarray scanner | |
| Sodium bicarbonate | SigmaAldrich | 104766 |
Referências
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