Summary

Баллистической трансформации флуоресцентного Tagged гена в оппортунистических грибковых возбудителя<em> Cryptococcus neoformans</em

Published: March 19, 2015
doi:

Summary

Баллистической трансформации является метод, используемый для генерации стабильной интеграции ДНК в геном оппортунистических neoformans Cryptococcus патоген через гомологичной рекомбинации. Покажем баллистической трансформации в конструкции, имеющей ацетат ген, кодирующий слитый киназы в флуоресцентной метки mCherry в C. neoformans.

Abstract

Базидиального Cryptococcus neoformans, инвазивных патогенных микроорганизмов центральной нервной системы, является наиболее частой причиной грибкового менингита во всем мире, в результате чего более 625 000 человек в год по всему миру. Хотя электропорации была разработана для преобразования плазмид в Cryptococcus, только биолистическую доставка обеспечивает эффективное средство для преобразования линейной ДНК, которые могут быть интегрированы в геном путем гомологичной рекомбинации.

Ацетат было показано, что основным продуктом ферментации при криптококковой инфекции, но значение этого, пока не известно. Бактериальные путь состоит из ферментов, ксилулозо-5-фосфат / фруктозо-6-фосфат phosphoketolase (Xfp) и ацетат киназа (ACK) является одним из трех возможных путей ацетата производства в С neoformans. Здесь мы демонстрируем баллистической трансформации в конструкции,,который ген, кодирующий Ack слит с флуоресцентной меткой mCherry, в С. neoformans. Мы затем подтвердите интеграции слияния ACK -mCherry в локус ACK.

Introduction

Cryptococcus neoformans, an invasive opportunistic pathogen of the central nervous system, is the most frequent cause of fungal meningitis resulting in more than 625,000 deaths per year worldwide 1. Acetate has been shown to be a major fermentation product during cryptococcal infection 2,3,4, and genes encoding enzymes from three putative acetate-producing pathways have been shown to be upregulated during infection 5. This suggests that acetate production and transport may be a necessary and required part of the pathogenic process; however, the significance of this is not yet understood. One possible pathway for acetate production is the xylulose 5-phosphate/fructose 6-phosphate phosphoketolase (Xfp) – acetate kinase (Ack), a pathway previously thought to be present only in bacteria but recently identified in both euascomycete as well as basidiomycete fungi, including C. neoformans 6.

To determine the localization of these enzymes of this pathway in the cell, a construct carrying a neomycin resistance gene downstream of an ACK gene fusion to the fluorescent tag mCherry (ACK:mCherry:Neo) will be introduced into C. neoformans using the well-established method of biolistic transformation 7,8. Although electroporation is an efficient method for transformation of plasmids that will be maintained as episomes into Cryptococcus 9, it is not useful in creating stable homologous transformants 8. Only biolistic delivery using a gene gun provides an effective means to transform linear DNAs that will be integrated into the genome by homologous recombination. For example, Edman et al. showed that of the transformants resulting from electroporation of a plasmid-borne URA5 selectable marker into C. neoformansura5 mutants, just 0.001 to 0.1% of transformants were stable 9. Chang et al. achieved just a 0.25% stable transformation efficiency using electroporation to reconstitute capsule production in an acapsular mutant 10. Unlike electroporation, biolistic transformation has been shown to result in stable transformation efficiency of 2-50% depending on the gene that is being altered 7,8,11.

This visual experiment will provide a step-by-step demonstration of biolistic transformation of the linear ACK:mCherry:Neo DNA construct into C. neoformans, and will describe how to confirm its proper integration via homologous recombination into the ack locus. The protocol demonstrated here is a modification of the method developed in the Perfect laboratory 8.

Protocol

ПРИМЕЧАНИЕ: Общая схема этого протокола указано на рисунке 1. 1. C. neoformans Подготовка Для каждой реакции трансформации, вырастить 2-3 мл O / N культуру C. neoformans в YPD среде при 30 ° С встряхивании при 250 оборотах в минуту. Центрифуга O / N культуру в течен?…

Representative Results

Успешный баллистической трансформации С. neoformans можно получить, пройдя по этой схеме протокола (рисунок 1). С баллистической трансформации, успешно стрелять из покрытых золотом шариков обозначено золотое кольцо видимой на пластине после выстрела ДНК (Фигура 2А). К?…

Discussion

Utilizing this protocol, biolistic transformation can be accomplished in which linear DNA is integrated into a desired locus in the Cryptococcus neoformans genome by homologous recombination. Certain steps in the protocol can have a dramatic effect on the effectiveness/efficiency of the transformation. For a successful transformation, it is imperative that the DNA utilized in the shoot has a concentration of at least 1 µg. However, the volume of DNA added to the gold beads can be increased in the chance the…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана награды от Национального научного фонда (премии # 0920274) и Южная Каролина опытная станция проекта SC-1700340. Эта статья isTechnical Вклад No. 6283 из опытной станции Университет Клемсона. Авторы благодарят доктора Лукаш Kozubowski за полезные советы в развитии этого итогового протокола и д-р Шерил Ingram-Смит, Кэти Гленн, и Грейс Kisirkoi их критическое прочтение рукописи.

Materials

Product Company Catalog # Website
0.6 μm gold beads Bio-Rad 165-2262 http://www.bio-rad.com
Spermadine-free base Sigma- Aldrich S0266 https://www.sigmaaldrich.com
G418 – Sulfate (Neomycin) Gold Biotechnology G-418-10 www.goldbio.com
Hygromycin Gold Biotechnology H-270-1 www.goldbio.com
1350 psi Rupture Discs Bio-Rad 165-2330 http://www.bio-rad.com
Stopping Screens Bio-Rad 165-2336 http://www.bio-rad.com
Macrocarriers discs Bio-Rad 165-2335 http://www.bio-rad.com
YPD Broth Becton Dickinson & Co. 242820 www.bd.com
Agar Becton Dickinson & Co. 214530 www.bd.com
Sorbitol Fisher Scientific BP439 http://www.fishersci.com
PDS-1000/He System Bio-Rad 165-2257 http://www.bio-rad.com
Microscope Zeiss Axio http://www.zeiss.com/microscopy
KOD One Step PCR Kit EMD Millipore 71086-4 http://www.emdmillipore.com
One Step RT-PCR Kit Qiagen 210212 www.qiagen.com
Wizard Genomic DNA Purification Kit Promega A1120 www.promega.com
RNeasy Mini Kit Qiagen 74104 www.qiagen.com
Mini Beadbeater – 1 BioSpecs 3110BX http://www.biospec.com
Microfuge 18 Centrifuge Beckman Coulter F241.5P www.beckmancoulter.com
Microplate Spectrophotometer BioTek EPOCH www.biotek.com

References

  1. Price, M. S., et al. Cryptococcusneoformans requires a functional glycolytic pathway for disease but not persistence in the host. MBio. 2, e00103-e00111 (2011).
  2. Bubb, W. A., et al. Heteronuclear NMR studies of metabolites produced by Cryptococcusneoformans in culture media: identification of possible virulence factors. Magn Reson Med. 42, 442-453 (1999).
  3. Himmelreich, U., et al. Identification of metabolites of importance in the pathogenesis of pulmonary cryptococcoma using nuclear magnetic resonance spectroscopy. Microbes Infect. 5, 285-290 (2003).
  4. Wright, L., et al. Metabolites released by Cryptococcusneoformans var. neoformans and var. gattii differentially affect human neutrophil function. Microbes Infect. 4, 1427-1438 (2002).
  5. Hu, G., Cheng, P. Y., Sham, A., Perfect, J. R., Kronstad, J. W. Metabolic adaptation in Cryptococcusneoformans during early murine pulmonary infection. Mol Microbiol. 69, 1456-1475 (2008).
  6. Ingram-Smith, C., Martin, S. R., Smith, K. S. Acetate kinase: not just a bacterial enzyme. Trends Microbiol. 14, 249-253 (2006).
  7. Davidson, R. C., et al. Gene disruption by biolistic transformation in serotype D strains of Cryptococcus neoformans. Fungal Genet Biol: FG & B. 29, 38-48 (2000).
  8. Toffaletti, D. L., Rude, T. H., Johnston, S. A., Durack, D. T., Perfect, J. R. Gene transfer in Cryptococcusneoformans by use of biolistic delivery of DNA. J. Bacteriol. 175, 1405-1411 (1993).
  9. Edman, J. C., Kwon-Chung, K. J. Isolation of the URA5 gene from Cryptococcusneoformans var. neoformans and its use as a selective marker for transformation. Mol Cell Biol. 10, 4538-4544 (1990).
  10. Chang, Y. C., Kwon-Chung, K. J. Complementation of a capsule-deficient mutation of Cryptococcus neoformans restores its virulence. Mol Cell Biol. 14, 4912-4919 (1994).
  11. Del Poeta, M., et al. Topoisomerase I is essential in Cryptococcusneoformans: role In pathobiology and as an antifungal target. Genetics. 152, 167-178 (1999).
  12. McClelland, C. M., Chang, Y. C., Kwon-Chung, K. J. High frequency transformation of Cryptococcusneoformans and Cryptococcusgattii by Agrobacteriumtumefaciens. Fungal Genet Biol:FG & B. 42, 904-913 (2005).
  13. Gan, W. B., Grutzendler, J., Wong, W. T., Wong, R. O., Lichtman, J. W. Multicolor ‘DiOlistic’ labeling of the nervous system using lipophilic dye combinations. Neuron. 27, 219-225 (2000).
  14. Nicola, A. M., Frases, S., Casadevall, A. Lipophilic dye staining of Cryptococcusneoformans extracellular vesicles and capsule. Eukaryot Cell. 8, 1373-1380 (2009).
check_url/52666?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Taylor, T., Bose, I., Luckie, T., Smith, K. Biolistic Transformation of a Fluorescent Tagged Gene into the Opportunistic Fungal Pathogen Cryptococcus neoformans. J. Vis. Exp. (97), e52666, doi:10.3791/52666 (2015).

View Video