Bir Siteye Özel çoğaltma Blokaj içinde uyaran<i> E. E. coli</i> Bir Floresan Baskılayıcı Operatör Sisteminin Kullanılması

Summary

We describe here a system utilizing a site-specific, reversible in vivo protein block to stall and collapse replication forks in Escherichia coli. The establishment of the replication block is evaluated by fluorescence microscopy and neutral-neutral 2-dimensional agarose gel electrophoresis is used to visualize replication intermediates.

Abstract

sıkıca bağlı proteinler çeşitli lezyonlar dahil olmak üzere, DNA üzerindeki engeller, ciddi hücre çoğaltma makine ilerlemesini inhibe edebilir. Bir replizom duraklaması çoğaltma çatal yıkılışına yol açan, kromozomdan, ya kısmen ya da bütünüyle onun ayrışma yol açabilir. Bu çöküşün kurtarma hücresine doğru tam kromozomal çoğaltılması ve daha sonra bölmek için bir zorunluluktur. çoğaltma DNA çatal geri yükleme ve izin gerçekleşecek çöküş meydana geldiğinde, bu nedenle, hücre gelişti çeşitli mekanizmalar yüksek sadakat ile tamamlanacak. Daha önce, bakterilerden bu çoğaltma onarım yolları bilinen siteye lokalize olmama dezavantajına sahiptir, UV hasarı, kullanılarak incelenmiştir. Bu yazıda durdurduklarını ve replikasyon çöküşü fo uyarabilir bir siteye özgü protein bloğu oluşturmak için bir Floresan Baskılayıcı Operatör Sistemi (FROS) kullanan bir sistemi açıklamaktadırEscherichia coli RKS. replikasyon durumu, flüoresans mikroskopisi ve DNA replikasyon ara maddeleri kullanarak tek bir canlı hücrelerde görselleştirilebilir PROTOKOLLERİN detay 2 boyutlu agaroz jel elektroforezi ile analiz edilebilir. Replizom bileşenleri (örneğin DnaBts) sıcaklığa duyarlı mutantlar çoğaltma çatal senkron çöküşü uyarılması için sisteme dahil edilebilir. Bundan başka, bu işlemlerde söz konusu rekombinasyon protein ve helikazlar rolleri bu sistem içinde, genetik Knockouts kullanılarak incelenebilir.

Introduction

DNA replikasyonu sırasında, replizom ilerlemesini bozan DNA engellerle karşılaşır. DNA lezyonları ve boşluklar da dahil olmak üzere hasar yanı sıra anormal yapılar ¹ geçmeden gelen replizom önleyebilir. Son zamanlarda, DNA bağlanmış proteinler Çatal ilerlemesini ² çoğaltma engel en yaygın kaynağı olduğu bulunmuştur. Bir nükleoprotein bloğu ile replizom karşılaşmasını izleyen olayların bilgisi önceden bilinen bir yerde canlı bir hücrenin kromozomu böyle bir blok ikna etmek yetersizlik ile sınırlı kalmıştır. In vitro analizi kinetik davranışları anlayışımızı arttırmıştır bir nükleoprotein tıkanması ^3, hem de replizom kendisinin ^4,5 mekanistik ayrıntıları karşılayan etkin replizom arasında. Çoğaltma tamir mevcut anlayış genelde in vivo ^6-8 plazmid DNA kullanılarak zararlı madde olarak UV ile yürütülen ve incelenmiştir </s> Yukarı. Bu genel olarak bu çalışmalardan anlaşıldığı edilebilir bir in vivo nükleoprotein blok karşılaştıktan sonra çoğaltma blok belirgin bir neden dolayı onarım yolları olan moleküler olaylar değişiklikler yine de orada olup, DNA onarımında yer alan proteinleri olabilir iken belirlenecektir.

Burada, bir nükleoprotein blok Floresan Baskılayıcı Operatör Sistemi (FROS) kullanarak kromozomun belirli bir konuma kurulacak sağlayan bir sistem açıklanmaktadır. Biz E. bir yük kullanmaktadır ^9. kromozomun içine dahil 240 TETO siteleri bir dizi olmuştur coli. Dizisi içindeki her bir teto Alanı dizi içindeki RecA-aracılı rekombinasyon önleyerek dizinin kararlılığını arttırmak için çevreleyen bir 10 bp rastgele dizisine sahiptir. Bu dizi, ve bunun varyasyonları, orijinal olarak E. anlamak için kullanıldı E. coli kromozom dinamikleri ^10,11 ama sonra Preve adapte edildint in vivo çoğaltma ^12. Dizi stabil bir şekilde muhafaza edilmesi ve TetR ^10,12 bağlı, çoğaltma çatal% 100'e yakın bloke bulunmuştur. 22 Yer replikasyon% 90 engellemek için yeterli olduğu gibi, bu daha kısa dizi in vivo ¹³ daha az etkili olmasına rağmen, in vitro içindeki lacO dizinin kullanımı, birkaç şekilde bulmuştur. Bir nükleoprotein tıkanma oluşturmak için diziyi uyarlamak için, bastırıcı protein yüksek o zaman bir barikat oluşturmak için dizinin bağlanır optimize koşullar altında aşırı üretilmektedir gerekir. Tet bastırıcısına bir floresan etiketli varyantı kullanıldığında bloke oluşumu, ve bunu takip eden serbest bırakma, floresan mikroskobu kullanılarak izlenebilir. Her hücrede replikasyon durumu tek bir odak noktası dizinin yalnızca bir kopyası hücre içinde mevcut olan ve birden fazla odak aktif replikasyon göstergesi olduğu anlamına gelir görülen odaklarının sayısı ile gösterilir. Bu aktif yenidennükleoprotein blokaj replizom dizi üzerinden devam etmek için yeterli bir operatörün bir site için TetR bağlanma afinitesini azaltan karşılıksız indükleyici ilave edilerek tersine döndüğünde komplikasyondur etkinleştirilir. represör proteini de dizinin hemen birden çok kopyası görselleştirilebilir yeterince yüksek bir afinite ile DNA'ya bağlanabilen.

Nukleoprotein tıkanma olayların daha karmaşık ayrıntıları nötr nötr iki boyutlu agaroz jel elektroforezi ve Güney melezleme ^14-16 kullanılarak tespit edilebilir. Bu teknikler nüfusun genelinde DNA yapılarının analizini sağlar. potansiyel etkinlik sırasında biçimlenmiştir ve çoğaltma ara görüntülenebilir, unrepaired kalır. Restriksiyon enzimi ve sonda kullanılan değiştirilmesiyle, ara dizi bölgede değil çoğalma çatala ^17,18 geriler, diziye de yukan sadece görselleştirilebilir.regresyon replizom ayrışma sonra gerçekleşir; lider ve geri kalmış doğmakta olan iplikçikler bir dört yollu DNA yapısına (bir Holliday kavşağı) sonuçlanan şablon ipliklerini aynı anda yeniden tavlama olarak birbirlerine şablon teller ve tavlama ayrı.

Bu blok ¹⁸ ile karşılaştığında, çoğalma çatala stabil değildir olduğu gösterilmiştir, bu sistemi kullanarak. Buna ek olarak, replizom bileşenleri ısıya duyarlı türevleri daraltılmış sonra çoğaltma çatalı yeniden önlemek için kullanılabilir. bir blok kurulduğunda, streyn replizom senkron devreden ve yeniden kontrollü bir engellenmesini sağlamak için bir non-permisif sıcaklığına kaydırılabilir. Bu sıcaklık kaynaklı devreden belirli bir zamanda çöktü nüfus içindeki çatallar tüm sağlar ve replizom DNA nasıl işlendiğini, çöker ve ne re gereklidir ne olur değerlendirilmesini sağlarDNA replikasyonu işlemini başlatmak.

Burada açıklanan sistemin bir avantajı, nükleoprotein blok tam olarak geri dönüşümlü olduğunu; Bu nedenle, nükleoprotein bloktan kurtarmak için hücrelerinin yeteneği takip edebilmektedir. hücrelere anhydrotetracycline eklenmesi çoğaltma çatal ile devam sağlayan, sıkı bastırıcı bağlanmasını rahatlatacak ve hücre canlılığı yeniden. tıkanma kabartma 5 dakika sonra nötr nötr iki boyutlu, agaroz jel elektroforezi ile görselleştirilmiştir ve 10 dakika içinde mikroskop ile olabilir. Ayrıca, canlılık analizi çoğaltma tıkanıklık kurtarmak ve çoğalırlar devam etmek zorlanma yeteneğini ortaya çıkarabilir.

Burada tarif edilen deney prosedürü kullanılan suşlar genetik arka planı değiştirerek, blokaj bu tip bakım yolları açıklanacaktır olabilir.

Protocol

1. FROS ile çoğaltma Engelleme Çoğaltma Blokaj uyaran Bir E. taze bir gecede kültür sulandırınız OD 600 Nm = seyreltik kompleks ortam içinde 0.01 bir teto dizi ve pKM1 18 taşıyan E. coli suşu (% 0.1 tripton,% 0.05 maya özü,% 0.1 NaCl, 0.17 M KH 2 PO 4, 0.72 MK 2 HPO 4) antibiyotik gerektiğinde seçimi için. Not: Bu sistemle uyumlu değil gibi seçim için tetrasiklin katmayın. Gerekli…

Representative Results

FROS canlı hücreler 12,18 görselleştirilebilir çoğaltma ara maddeleri sağlayan uyarılabilir, sahaya özel nükleoprotein bloktur. Hücreler numune için genel bir deney tasarımı, Şekil 1 'de gösterilmiştir. Genetik temelinde numune alma ve varyasyonlar ve zamanlaması, böyle bir bloğun onarım çalışmaları için çok yönlü bir sistem tercih. Şematik bir önceki 18 kullanılan bu tür dnaB TS ve TS dnaC olar…

Discussion

During chromosome duplication, the replication machinery will encounter various impediments that prevent its progress. To ensure the entire single-origin chromosome is replicated, bacteria have numerous pathways for repair of the DNA that then enables the replisome to be reloaded^20,21. Lesions, single stranded breaks, double stranded breaks and proteins tightly bound to the DNA may each be dealt with using a dedicated pathway, although there is likely to be significant overlap in these pathways. The most commo…

Materials

Tryptone	Sigma-Aldrich	16922	Growth media component
Sodium Chloride	VWR	27810.364	Growth media component
Yeast extract	Sigma-Aldrich	92144	Growth media component
Potassium phosphate monobasic	Sigma-Aldrich	P9791	Growth media component; Potassium buffer component
Potassium phosphate dibasic	Sigma-Aldrich	P3786	Growth media component; Potassium buffer component
L-Arabinose	Sigma-Aldrich	A3256	For induction of TetR-YFP production
Anhydrotetracycline hydrochloride	Sigma-Aldrich	37919	Release of replication bloackage
Axioskop 2 Fluorescence microscope	Zeiss	452310	Visualization of cells
eYFP filter set	Chroma Technology	41028	Visualization of YFP
CCD camera	Hamamatsu	Orca-AG	Visualization of cells
MetaMorph  Software (Molecular Devices)	SDR Scientific	31282	Version 7.8.0.0 used in the preparation of this manuscript
Agarose	Bioline	BIO-41025	For agarose plugs and gel electrophoresis
Original Glass Water Repellent (Rain-X)	Autobarn	DIO1470	For agarose plug manufacture
TRIS	VWR	VWRC103157P	TE, TBE buffer component
Ethylene diaminetetraacetic acid	Ajax Finechem	AJA180	0.5 M EDTA disodium salt solution adjusted to pH 8.0 with NaOH.
Sodium azide	Sigma-Aldrich	S2002	Bacteriostatic agent
Hydrochloric acid	Sigma-Aldrich	258148	TE buffer component
Sodium deoxycholate	Sigma-Aldrich	D6750	Cell lysis buffer component
N-Lauroylsarcosine sodium salt (Sarkosyl)	Sigma-Aldrich	L5125	Cell lysis and ESP buffer component
Rnase A	Sigma-Aldrich	R6513	Cell lysis buffer component
Lysozyme	Amresco	6300	Cell lysis buffer component
Proteinase K	Amresco	AM0706	ESP buffer component
Sub-Cell Model 192 Cell	BioRad	1704507	Electrophoresis system
UV transilluminator 2000	BioRad	1708110	Visualization of DNA
Ethidium Bromide	BioRad	1610433	Visualization of DNA
Boric acid	VWR	PROL20185.360	TBE component
Hybond-XL nylon memrbane	Amersham	RPN203S	Zeta-Probe Memrbane (BioRad 1620159) can also be used
3MM Whatman chromatography paper	GE Healthcare Life Sciences	3030690	Southern blotting
HL-2000 Hybrilinker	UVP	95-0031-01/02	Crosslinking of DNA and hybridization
Deoxyribonucleic acid from salmon sperm	Sigma-Aldrich	31149	Hybridization buffer component
Sodium hydroxide	Sigma-Aldrich	S5881	Denaturation buffer component
Trisodium citrate dihydrate	VWR	PROL27833.363	Transfer buffer
Sodium dodecyl sulphate (SDS)	Amresco	227	Wash buffer component
Bovine serum albumin	Sigma-Aldrich	A7906	Hybridization buffer component
Random Hexamer Primers	Bioline	BIO-38028
Klenow fragment	New England BioLabs	M0212L
dNTP Set	Bioline	BIO-39025
Adenosine 5’-triphosphate-32P-ATP	PerkinElmer	BLU502A
Storage Phosphor Screen	GE Healthcare Life Sciences	GEHE28-9564-76	BAS-IP MS 3543 E multipurpose standard 35x43cm screen
Typhoon FLA 7000	GE Healthcare Life Sciences	28-9558-09	Visualization of blot
Hybridization bottle	UVP	07-0194-02	35 x 300mm