Кіріспе

Молекулалық биология әдісі. Екі гибридті скрининг (алғашқыда ашытқы екі гибридтік жүйесі немесе Y2H деп аталған) – екі ақуыз немесе бір ақуыз бен ДНК молекуласы арасындағы физикалық өзара әрекеттесулерді (мысалы, байланыс) анықтау арқылы ақуыз-ақуыз өзара әрекеттесуін (PPI) және ақуыз-ДНК өзара әрекеттесуін табу үшін қолданылатын молекулалық биология әдісі. Сынақтың негізі – транскрипциялық факторлардың жоғарыда орналасқан белсендіру тізбегіне (UAS) байланысуы арқылы төмендегі репортерлік ген(дер)дің белсендірілуі. Екі гибридті скрининг үшін транскрипциялық фактор екі жеке фрагментке бөлінеді, олар ДНК байланыстыру домені (DBD немесе көбінесе BD деп қысқартылады) және белсендіру домені (AD) деп аталады. BD – UAS-ке байланысуға жауапты домен, ал AD – транскрипцияны белсендіруге жауапты домен. Содан бері осы принцип көптеген баламалы әдістерді сипаттауға бейімделді, соның ішінде кейбір ақуыз-ДНК өзара әрекеттесуін немесе ДНК-ДНК өзара әрекеттесуін анықтайтын, сондай-ақ ашытқының орнына Escherichia coli немесе сүтқоректілер жасушалары сияқты әртүрлі қабылдаушы организмдерді қолданатын әдістер.

Негізгі тұжырым

Екі гибридті экранның негізгі қағидасы – көптеген эукариоттық транскрипция факторларында белсендіру және байланысу домендері модульдік болып келеді және тікелей байланыссыз бір-біріне жақын жұмыс істей алады. Яғни, транскрипция факторы екі фрагментке бөлінген жағдайда да, екі фрагменттің жанама байланысы арқылы транскрипцияны белсендіруге қабілетті. Скринингтің ең көп қолданылатын әдісі – ашытқының екі гибридті әдісі. Бұл әдісте зерттеуші әрбір «олжаның» қолданылатын ортада (агар тақташаларында) қайда орналасқанын біледі. Соңғы он жылда жоғары өнімділіктегі скрининг жүйелерін (көбінесе роботтарды пайдалана отырып) қолдану арқылы бірнеше организмдегі миллиондаған потенциалды өзара әрекеттесулер тексерілді, нәтижесінде мыңдаған өзара әрекеттесулер анықталып, BioGRID дерекқорында жіктемеленді. Бұл жүйе көбінесе белгілі бір қоректік заттардың (әдетте аминқышқылдары немесе нуклеин қышқылдары) биосинтезіне қабілетсіз, генетикалық түрлендірілген ашытқы штаммын пайдаланады. Бұл қоректік заттар жетіспейтін ортада өскенде, ашытқы тірі қала алмайды. Бұл мутант ашытқы штаммын плазмида түріндегі шетелдік ДНК-ны қабылдауға бейімдеуге болады. Ашытқыда екі гибридті скрининг кезінде бөлек «жем» және «олжа» плазмидалары бір мезгілде мутант ашытқы штаммына енгізіледі немесе екі плазмиданы бір жасушаға жеткізу үшін жұптасу стратегиясы қолданылады. Гибридтік экспрессиялық фагемидтер E. coli XL 1 Blue жасушаларына электропорацияланады, олар амплификациядан және VCS M13 көмекші фагпен жұқтырудан кейін кітапханалық фагтардың қорын береді. Бұл фагтардың әрқайсысы фагемид кітапханасының бір ғана тікелей жіпшесін қамтиды. Бөлінген убиквитин жүйесінде зерттелетін екі интегралды мембраналық ақуыз екі түрлі убиквитин фрагментімен біріктіріледі: С-терминалды убиквитин фрагменті («Cub», 35–76 қалдықтары) және N-терминалды убиквитин фрагменті («Nub», 1–34 қалдықтары). Бұл біріктірілген ақуыздар сәйкесінше «жем» және «олжа» деп аталады. Cub фрагменті интегралды мембраналық ақуызбен біріктірілуден басқа, убиквитинге тән протеазалармен кесіле алатын транскрипция факторымен (TF) де біріктіріледі. «Жем» мен «олжа» арасындағы өзара әрекеттесу кезінде Nub және Cub фрагменттері бірігіп, бөлінген убиквитинді қайта құрайды. Қайта құрылған бөлінген убиквитин молекуласы убиквитинге тән протеазалармен танылады, олар транскрипция факторын кесіп шығарады, осымен репортерлік гендердің транскрипциясын іске қосады.

Флуоресцентті екі гибридті талдау

Золгадр және оның әріптестері екі гибридті флуоресценттік жүйені ұсынды, онда екі гибридті ақуыз әртүрлі флуоресценттік ақуыздарға және LacI, лак репрессорына қосылған. Бірлесу ақуыздарының құрылымы былай: FP2 LacI жем және FP1 олжа, онда жем мен олжа ақуыздары өзара әрекеттесіп, флуоресценттік ақуыздарды (FP1 = GFP, FP2 = mCherry) қабылдаушы жасуша геномындағы LacI ақуызының байланыс орнына жақын келтіреді. Бұл жүйені белок-белок өзара әрекеттесуін тежеушілерді іздеу үшін де пайдалануға болады.

Энзиматтық екі гибридтік жүйелер: KISS

Бастапқы Y2H жүйесі қайта құралған транскрипция факторын қолданса, басқа жүйелер PPI-ларды анықтау үшін ферменттік белсенділікті тудырады. Мысалы, KInase субстрат сенсоры ("KISS") – сүтқоректілердің екі гибридтік тәсілі, жасуша ішіндегі PPI-дың картасын жасауға бағытталған. Бұл жүйеде, әсер ететін ақуыз TYK2-нің киназалық бөлігімен біріктіріледі, ал олжа gp130 цитокин рецепторының фрагментімен байланыстырылады. Әсер ететін ақуыз бен олжа өзара әрекеттескенде, TYK2 олжа химерасындағы STAT3 докингтік орындарын фосфорилдейді, нәтижесінде репортер генінің белсенділігіне қол жеткізіледі.

Бір гибридті

Бұл әдістің бір гибридтік түрі белок-ДНК өзара әрекеттесуін зерттеуге бағытталған және АД тікелей байланыс доменімен байланыстырылған бір ғана біріккен ақуызды пайдаланады. Алайда, бұл жағдайда байланыс домені екі гибридті ақуыз-ақуыз талдауындағыдай міндетті түрде белгілі бір реттілікке ие болмауы мүмкін, оның орнына кітапхана құралуы мүмкін. Бұл кітапхана репортер генінің құрылымының промоторлық аймағына енгізілген қажетті нысаналық тізбекке қатысты іріктеуге жарамды. Оң іріктеу жүйесінде UAS-ке сәтті байланысып, транскрипцияға мүмкіндік беретін байланыс домені іріктеледі. Ашытқы жасушаларында кейде посттрансляциялық өзгерістер бірдей болмайды, кодондық қолданыс өзгеше болуы мүмкін немесе ақуыздардың дұрыс экспрессиясы үшін маңызды белгілі бір ақуыздар жетіспейді. Осы мәселелерді шешу үшін бірнеше жаңа гибридтік жүйелер әзірленді. Қолданылатын жүйеге байланысты, жасушаларды өсіру үшін агар тақталары немесе арнайы өсу ортасы қолданылады және өзара әрекеттесуді іріктеуге мүмкіндік береді. Ең көп қолданылатын әдіс – агарға жағу әдісі, онда жасушалар өзара әрекеттесудің болатынын анықтау үшін селективті ортаға жағылады. Өзара әрекеттесетін ақуыздары жоқ жасушалар осы селективті ортада тірі қала алмайды.

S. cerevisiae (ашытқы)

С. cerevisiae ашытқысы екі гибридтік техниканың пайда болу кезінде қолданылған үлгілік организм болды. Ол көбінесе Y2H жүйесі деп аталады. Бұл организмнің өзара әрекеттесуді жүзеге асыруға қолайлы, мықты ерекшеліктері бар, оның ішінде үшіншілік белок құрылымдарын қалыптастыру қабілеті, бейтарап ішкі pH, дисульфидтік байланыстарды жақсы қалыптастыру және цитозольдік буферлік факторлардың арасында тотыққан күйдегі глютатион, ішкі ортаны тұрақтандыру үшін. AH109 және басқа да штамдар Clontech компаниясымен өндірілді. R2HMet және BK100 ашытқы штамдары да қолданылды.

Candida albicans тұқымдасы

C. albicans – ерекше қасиеті бар ашытқы: ол CUG кодонын лейцин емес, серинге түрлендіреді. Осы кодонды пайдалану ерекшелігіне байланысты, C. albicans гендерін пайдаланып белок-белок өзара әрекеттесуін тексеру үшін S. cerevisiae модельдік жүйесін Y2H ретінде қолдану қиын. Ортаның жақындығын қамтамасыз ету үшін C. albicans екі гибридтік (C2H) жүйесі әзірленді. Бұл жүйе арқылы белок-белок өзара әрекеттесуін C. albicans-тың өзінде зерттеуге болады. Жақында жоғары өнімді жүйе құрылды.

Е. coli

Бактериялық екі гибридтік әдістер (B2H немесе BTH) әдетте E. coli-де жүргізіледі және ашытқыға негізделген жүйелерге қарағанда бірнеше артықшылықтары бар. Мысалы, жоғары трансформация тиімділігі және жылдам өсу қарқыны E. coli-ді ірі кітапханаларды (108-ден асатын) пайдалануға қолайлы етеді. Бұл жүйеде белок-белок өзара әрекеттесуін анықтау үшін уақытша трансфекцияланған сүтқоректілер жасушалары қолданылады. Сүтқоректілердің белок-белок өзара әрекеттесуін зерттеу үшін сүтқоректілердің жасушалық желісін пайдалану, зерттеуді табиғи жағдайға жақын ортада жүргізуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, сүтқоректілердің екі гибридтік жүйесі сигналдық жолдарды зерттеуге де мүмкіндік береді. Тағы бір маңызды артықшылығы – трансфекциядан кейін 48 сағат ішінде нәтиже алуға болады.

Аплисия калифорниялық

Теңіз қоян A californica – нейробиологияда, басқа нәрселермен қатар, ұзақ мерзімді есте сақтаудың молекулалық механизмдерін зерттеуге арналған үлгілік организм. Нейрологияда маңызды өзара әрекеттесулерді олардың табиғи ортасына жақын жағдайда зерттеу үшін A californica нейрондарының ішінде екі гибридтік жүйе әзірленді. Бұл жүйеде GAL4 AD және BD пайдаланылады.

Бомбикс мори

Құрт-құмырсқалардың екі гибридтік (I2H) жүйесі үйретілген жібек күбәләгі Bombyx mori-дің дернәсілінен немесе қызылшасынан алынған жібекқұрт жасушаларының желісінде (BmN4 жасушалары) құрылды. Бұл жүйе GAL4 BD және егешқұйрықтың NF κB P65 белсендіру доменін қолданады. Екеуі де OpIE2 промоторының бақылауында.

Қарым-қатынас үшін маңызды реттіліктерді анықтау

Плазмидтердегі сәйкес ДНК негіздерінің жұптарын мутациялау арқылы белгілі бір аминқышқылдарын өзгерту, осы аминқышқылдарының өзара әрекеттесуді сақтаудағы маңыздылығын анықтауға мүмкіндік береді. UAS-қа енгізілген қажетті мақсатты тізбекті селекциялық генмен пайдалану және ZFP кітапханасын жасау үшін тиісті аминқышқыл тізбектерін кездейсоқ өзгерту арқылы, қажетті қасиеттері бар ДНК ZFP өзара әрекеттесуін қамтитын жасушаларды іріктеуге болады. Әрбір ZFP әдетте 3-4 негіз жұбын ғана таниды, сондықтан UAS-тан тыс жерлерді тануын болдырмау үшін, кездейсоқ ZFP тұрақты реттіліктегі тағы екі ZFP-ден тұратын "эшафолдқа" (қалыпқа) гендік инженериялық жолмен енгізіледі. Осылайша, UAS ZFP таңдалған тізбекке қосымша, тұрақты эшафолдтың мақсатты тізбегін де қамтиды. немесе биоинформатикалық техникалар қолданылады. Соңғысы өзара әрекеттесетін белоктардың бір уақытта экспрессияланатынын, олардың ортақ белгілері бар екенін (мысалы, гендік онтологияға жазылулары немесе белгілі бір желілік топологиялары), басқа түрлерде гомологты өзара әрекеттесулердің болатынын тексеруге мүмкіндік береді.