Summary

酵母 2-混合筛在批次中比较蛋白质相互作用

Published: June 06, 2018
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Summary

酵母 2-混合筛的分批处理可以直接比较多饵蛋白与高度复杂的猎物融合蛋白的相互作用。在这里, 我们描述了精制方法, 新试剂, 以及如何实现这些屏幕的使用。

Abstract

用酵母 2-杂交法筛选蛋白质-蛋白质相互作用长期以来一直是一个有效的工具, 但它的使用在很大程度上仅限于发现高亲和性的 interactors 在互动的候选库中高度丰富。以传统的形式, 酵母 2-杂交试验可以产生太多的菌落分析时进行低严格的, 在那里可能发现低亲和 interactors。此外, 如果没有对同一图书馆进行全面和彻底的讯问, 对不同的诱饵质粒, 就无法进行比较分析。虽然这些问题中的一些可以使用阵列的牺牲品库来解决, 但操作此类屏幕所需的成本和基础设施却是令人望而却步的。作为替代, 我们已经适应了酵母 2-杂交检测, 同时发现在一个单一的屏幕上的许多瞬态和静态蛋白质相互作用的一个战略称为 DEEPN (动态富集评估蛋白质网络), 这采用高通量 DNA 测序和计算来跟踪编码相互作用伙伴的质粒种群的进化。在这里, 我们描述了定制的试剂和协议, 使 DEEPN 屏幕易于执行和经济高效。

Introduction

对细胞生物学过程的完全理解依赖于寻找其分子机制基础的蛋白质相互作用网络。一种识别蛋白质相互作用的方法是酵母 2-杂交 (Y2H) 法, 它通过组装一个功能的嵌合体转录因子, 一旦两个感兴趣的蛋白质领域绑定到另一个1。一个典型的 Y2H 屏幕是通过创建一个酵母种群, 它既可以将相互作用的蛋白质的质粒库编码成转录激活剂 (e. g, “猎物” 融合蛋白) 和由蛋白质组成的给定的 “诱饵” 质粒。的兴趣融合到 dna 绑定域 (例如, 绑定到 Gal4-upstream 激活序列的 Gal4 DNA 绑定域)。Y2H 方法的一个主要优点是, 在为常规分子生物学工作配备的典型实验室中, 进行2是相对容易和廉价的。但是, 当传统上执行时, 用户会对在选择时出现的单个菌落进行正面 Y2H 交互的采样。这严重限制了可以调查的图书馆 “猎物” 克隆的数量。当一个特定的相互作用的猎物的丰度相对于其他捕食者非常高时, 这一问题就会复杂化, 从而减少了从低丰度猎物质粒中检测相互作用的几率。

在蛋白质组的综合覆盖范围内使用 Y2H 原理的一个解决方案是使用矩阵格式化的方法, 其中包含已知单个猎物质粒的阵列可以进行数字审问。但是, 这种方法需要的基础结构对于那些有意定义少量蛋白质或域3的 interactome 的个体调查人员来说是不容易接近或成本效益高的。此外, 非常复杂的猎物库, 可能编码多个相互作用的蛋白质片段, 将扩大这种矩阵数组的大小不切实际的大小。另一种方法是在批次中执行复杂库的检测, 并使用大规模并行高通量排序4评估交互克隆的存在。这可以用来检测在多个殖民地出现的猎物质粒的存在, 使用典型的 Y2H 格式化的方法, 其中酵母细胞外壳的相互作用对融合蛋白被允许生长在一个板块5,6。这一总体思路可以增强, 以增加对多个诱饵和猎物组件的查询, 同时7,8

尽管如此, 许多调查还是需要更简单、更专注于少量蛋白质 “诱饵” 的努力, 并且可以通过对单个复杂的猎物库进行详尽而半定量的查询来获得更多的好处。我们已经开发并验证了一种使用 Y2H 原则在批处理格式4中执行广泛的蛋白质交互研究的方法。这使用特定的猎物质粒的膨胀率作为 Y2H 交互作用的相对强度的代理9。在正常生长或选择性生长条件下, 在种群内的所有质粒的深度测序生成完整的克隆, 产生强弱的 Y2H 相互作用。interactors 可以在多个诱饵质粒中得到和直接比较。由此产生的工作流称为 DEEPN (对蛋白质网络进行动态富集评估), 因此可以用来识别同一个猎物库中的差异 interactomes, 以确定蛋白质, 从而使一种蛋白质与另一种蛋白进行比较。

在这里, 我们演示了 DEEPN, 并介绍了有助于其使用的实验室方法的改进, 其中概述了图 1。重大改进包括:

捕食酵母种群的生成.DEEPN 的关键要求之一是产生不同饵料质粒的酵母种群, 它们的粒细胞分布相同。捕食质粒库的等效基线种群对不同饵料的 interactomes 进行精确比较是必不可少的。这是最好的实现, 当一个图书馆的质粒已经安置在单倍体酵母种群和移动一个给定的诱饵质粒进入该人群是通过交配产生一个倍。在这里, 我们提供了一个明确的指南, 如何使这些人口使用的商业图书馆在单倍体酵母。虽然我们发现了产生大量 diploids 的方法, 但这些含有酵母菌的商业文库的整体交配效率却很低。因此, 我们构造了一种新的应变, 可以使猎物库产生更 diploids 的每一个交配反应。

新的诱饵质粒集。许多目前表达 “诱饵” 融合蛋白的质粒是由感兴趣的蛋白质和 DNA 结合的领域组成的, 2µ, 允许它们放大其拷贝数。这个拷贝数在人口中可能是相当可变的并且导致变异在 Y2H 转录反应。这反过来可能会扭曲的能力, 以衡量一个特定的蛋白质相互作用的强度, 根据细胞的生长反应的选择。这可以通过使用低拷贝质粒来部分解决, 其中一些以前曾被描述为商业上可用的 pDEST3210。我们构建了一种新的诱饵质粒 (pTEF GBD), 在TRP1着丝粒基低拷贝质粒中产生 Gal4-DNA-binding 域融合蛋白, 携带 Kanr 抵抗基因, 同时也允许克隆上游和Gal4 DNA 结合领域的下游。

新的高密度 Y2H 片段库.我们构建了一个新的质粒来 Y2H 猎物库, 并利用它建立一个高度复杂的 Y2H 图书馆由随机剪切片段的基因组 DNA 从酿酒酵母。序列分析表明, 该库有100万多个不同的元素, 远比以前描述的酵母基因组 Y2H 质粒库11复杂得多。通过这个新的库, 我们能够证明 DEEPN 工作流足够健壮, 能够以可靠和可重现的方式容纳许多不同质粒的复杂库。

Protocol

1. 介质和板材的制备 注: 在开始该协议之前, 所有的盘子需要做最少2天。媒体可以在任何时候进行。然而, 缓冲酵母萃取蛋白胨葡萄糖腺嘌呤 (bYPDA) 需要做的日子, 将使用它。一些媒体是使用一个补充组合, 其中含有腺嘌呤水平大于通常使用。大多数最小的培养基补充剂指定10毫克/升腺嘌呤。标签为 ‘ + 40 艾德 ‘ 的补充剂指定总共40毫克/升腺嘌呤。 准备葡萄糖溶液 (50% ?…

Representative Results

Y2H 检测被广泛用于寻找蛋白质: 蛋白质相互作用和几个适应和系统已经开发。在大多数情况下, 同样的考虑, 帮助确保成功的这些以前的方法是重要的 DEEPN。一些重要的基准包括: 确保 DNA 结合领域融合蛋白的表达, 确保在 diploids 的低背景下, 他 + 生长在含有与空捕食质粒感兴趣的诱饵, 诱饵的交配效率高含有马来酵母与库含 MATalpha 酵母, 最后, 低严格的条件, 使人口增长的条…

Discussion

在这里, 我们提供了如何使用优化方法在批处理中执行 Y2H 化验的指南。在这个过程中有几个关键步骤, 以帮助确保将被放置在选择下的酵母的人口是起始库的代表, 并且足够的开始酵母人口用于接受选择限制变异.重要的是, 这些基准相对容易实现, 同时适应传统的 Y2H 检测方法和材料, 从而使大多数实验室都能使用标准分子生物学的方法。在使用不同的诱饵质粒时, DEEPN 允许从相同的猎物库种群中进…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

我们感谢人类遗传学研究所内的工作人员对图书馆的准备和测序。我们感谢 Einat Snir 在为这里制作的 Y2H 质粒库编写基因组文库片段方面的专长。这项工作得到国家卫生研究院的支持: NIH R21 EB021870-01A1 和 NSF 研究项目赠款: 1517110。

Materials

Illumina HiSeq 4000 Illumina deep sequencing platform
Monoclonal anti-HA antibodies Biolegend 901514 Primary Antibody to detect expression of HA in pGal4AD constructs
Polyclonal anti-myc antibodies QED Biosciences Inc 18826 Primary Antibody to detect expression of MYC in pTEF-GBD constructs
NarI New England BioLabs R0191S
EcoRI-HF New England BioLabs R3101S
BamHI-HF New England BioLabs R3236S
XhoI New England BioLabs R0146S
Polyethylene Glycol 3350, powder J.T. Baker U2211-08
Salmon Sperm DNA Trevigen, Inc sold by Fisher Scientific 50-948-286 carrier DNA for yeast transformation section 3.2.1.
Kanamycin Monosulfate Research Products International K22000
LE Agarose GeneMate E-3120-500 used for making DNA agarose gels
Sodium Chloride Research Products International S23025
Tryptone Research Products International T60060
D-Sorbitol Research Products International S23080
Lithium Acetate Dihydrate MP Biomedicals 155256
Calcium Chloride ThermoFisher C79
EDTA Sodium Salt Research Products International E57020
Yeast Extract Powder Research Products International Y20020
Yeast Nitrogen Base (ammonium sulfate) w/o amino acids Research Products International Y20040
CSM-Trp-Leu+40ADE Formedium DCS0789
CSM-Trp-Leu-His+40ADE Formedium DCS1169
CSM-Leu-Met Formedium DCS0549
CSM-Trp-Met Bio 101, Inc 4520-922
L-Methionine Formedium DOC0168
Adenine Research Products International A11500
D-(+)-Glucose Research Products International G32045
Bacto Agar BD 214010 used for making media plates in section 1
Peptone Research Products International P20240
3-amino-1,2,4 Triazole Sigma A8056
2-Mercaptoehanol (BME) Sigma-Aldrich M6250
Zymolyase 100T USBiological Z1004
Potassium phosphate dibasic Sigma P8281
Phenol:Chloroform:IAA Ambion AM9732
Ammonium Acetate Sigma-Aldrich 238074
Ethanol Decon Laboratories, INC 2716
RNAse A ThermoFisher EN0531
Urea Research Products International U20200
SDS Research Products International L22010
glycerol Sigma Aldrich G5516
Tris-HCl Gibco 15506-017
bromophenol blue Amresco 449
Gibson Assembly Cloning Kit New England Biolabs E5510S Rapid assembly method for cloning of plasmids in section 2
NEBNext High-Fidelity 2x PCR Master Mix New England Biolabs M0541S Used for amplification of products for Gibson Assembly in Section 2.3 as well assample preparation for DEEPN deep sequencing in section 6.2.1
Ethidium Bromide Amresco 0492-5G
QIAquick PCR purification kit Qiagen 28104 Used for purification of pcr products in section 6.2.3
Qiaquick DNA Gel Extraction Kit Qiagen 28704 Used for purification of digested pTEF-GBD in section 2.1
KAPA Hyper Prep kit KAPA Biosystems KK8500 preparation kit for deep sequencing
Codon optimization http://www.jcat.de
Codon optimization https://www.idtdna.com/CodonOpt
gBlocks Integrated DNA Technologies DNA fragments used for cloning in Section 2.2
Strings Thermofisher DNA fragments used for cloning in Section 2.2
GenCatch Plasmid DNA mini-prep Kit EPOCH Life Sciences Used to prepare quantities of DNA in Section 2.3
Covaris E220 Covaris high performance ultra-sonicator in section 7
oligo nucelotide 5’- CGGTCTT
CAATTTCTCAAGTTTCAG -3’
Integrated DNA Technologies or Thermofisher used for pcr amplification and sequencing 5' insert pTEF-GBD during plasmid construction
oligo nucelotide 5’-GAGTAACG
ACATTCCCAGTTGTTC-3’
Integrated DNA Technologies or Thermofisher used for pcr amplification and sequencing 5' insert pTEF-GBD during plasmid construction
oligo nucelotide 5’-CACCGTAT
TTCTGCCACCTCTTCC-3’
Integrated DNA Technologies or Thermofisher used for pcr amplification and sequencing 3' insert pTEF-GBD during plasmid construction
oligo nucelotide 5’-GCAACCGC
ACTATTTGGAGCGCTG-3’
Integrated DNA Technologies or Thermofisher used for pcr amplification and sequencing 3' insert pTEF-GBD during plasmid construction
oligonucleotide 5’-GTTCCGATG
CCTCTGCGAGTG-3’
Integrated DNA Technologies or Thermofisher 5' Pimer used for insert amplification of pGAL4AD
oligonucelotide 5’-GCACATGCT
AGCGTCAAATACC-3’
Integrated DNA Technologies or Thermofisher 3' Pimer used for insert amplification of pGAL4AD
oligonucelotide 5’-ACCCAAGCA
GTGGTATCAACG-3’
Integrated DNA Technologies or Thermofisher 5' Pimer used for insert amplification of pGADT7
oligonucelotide 5’- TATTTAGA
AGTGTCAACAACGTA -3’
Integrated DNA Technologies or Thermofisher 3' Pimer used for insert amplification of pGADT7
PJ69-4A MatA yeast strain http://depts.washington.edu/yeastrc/ James P, Halladay J, Craig EA: Genomic Libraries and a host strain designed for highly efficient two-hybrid selection in yeast. GENETICS 1996 144:1425-1436 MATA leu2-3,112 ura3-52 trp1-901 his3-200 gal4D, gal80D, GAL-ADE2 lys2::GAL1-HIS3 met2::GAL7
pTEF-GBD Dr. Robert Piper Lab Gal4-DNA binding doimain expression plasmid
PLY5725 MATalpha yeast strain Dr. Robert Piper Lab MATalpha his3∆1 leu2∆0 lys2∆0 ura3∆0 gal4∆ trp1∆ Gal80∆
pGal4AD (pPL6343) Dr. Robert Piper Lab Gal4-activation domain expression plasmid
100 mm petri dishes Kord-Vallmark sold by VWR 2900
125 mL PYREX Erlenmeyer flask Fisher Scientific S63270
250 mL PYREX Erlenmeyer flask Fisher Scientific S63271
1,000 mL PYREX Erlenmeyer flask Fisher Scientific S63274
2,000 mL PYREX Erlenmeyer flask Fisher Scientific S63275
20 X 150 mm Disposable Culture Tube Thermofisher 14-961-33
pipet-aid Drummond 4-000-100
5 mL Serological Pipette Denville P7127
10 mL Serological Pipette Denville P7128
25 mL Serological Pipette Denville P7129
1,000 mL PYREX Griffin Beaker Fisher Scientific 02-540P
1,000 mL PYREX Reuasable Media Storage Bottle Fisher Scientific 06-414-1D
1,000 mL graduated cylinder Fisher Scientific 08-572-6G
SpectraMax 190 Molecular Devices used to measure the Optical Density of cells
NanoDrop 2000 Thermo Scientific ND-2000 Spectrophotometer used to quantify amount of DNA
Electronic UV transilluminator Ultra Lum MEB 20 used to visualize DNA in an Ethidium Bromide agarose gel
P1000 Gilson PIPETMAN Fisher Scientific F123602G
P200 Gilson PIPETMAN Fisher Scientific F123601G
P20 Gilson PIPETMAN Fisher Scientific F123600G
P10 Gilson PIPETMAN Fisher Scientific F144802G
1250 µL Low Retention Pipette Tips GeneMate P-1236-1250
200 µLLow Retention Pipette Tips VWR 10017-044
10 µL XL Low Retention Pipette Tips VWR 10017-042
50 mL conical tube VWR 490001-627
15 mL conical tube VWR 490001-621
cell scraper Denville Scientific TC9310
1.5 mL Microcentrifuge tubes USA Scientific 1615-5500
HCl Fluka Analytical 318949-1L
NaOH J.T. Baker 5674-02
Wooden applicators Solon Care 55900
Eppendorf microcentrifuge 5424 Fisher Scientific 05-400-005 microcentrifuge
Sorvall ST16R Thermo Fisher Scientific 75004381 benchtop centrifuge
Amersham ECL Rabbit IgG, HRP-linked whole Ab (from donkey) GE Healthcare NA934-1ML Secondary Antibody
Amersham ECL Mouse IgG, HRP-linked whole Ab (from sheep) GE Healthcare NA931-1ML Secondary Antibody
SuperSignal West Pico Chemiluminescent Substrate Thermo Fisher Scientific 34080 ECL detection solution
Isotemp Incubator Thermo Fisher Scientific Incubator
Mutitron 2 INFORS HT Shaking incubator
Isotemp Digital-Control Water Bath Model 205 Fisher Scientific water bath
Y2H mouse cDNA library in Y187 (pan tissue) Clontech 630482 commercially available cDNA Library
Y2H mouse cDNA library in Y187 (mouse brain) Clontech 630488 commercially available cDNA Library
pGADT7 AD Vector Clontech 630442 commercially available AD Vector housing many cDNA libraries
pGBKT7 DNA-BD Vector Clontech 630443 commercially available DNA-BD Vector
Biolase DNA Polymerase Bioline BIO-21042 DNA polymerase used for section 2.4
GeneMate GCL-60 Thermal Cycler BioExpress P-6050-60 pcr machine
TempAssure 0.5 mL PCR tubes USA Scientific 1405-8100

Referências

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Citar este artigo
Peterson, T. A., Stamnes, M. A., Piper, R. C. A Yeast 2-Hybrid Screen in Batch to Compare Protein Interactions. J. Vis. Exp. (136), e57801, doi:10.3791/57801 (2018).

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