在系统生物学中,要阐明控制发育、生理和病理的基因调控网络仍然是一个重大挑战。转录因子与基因组调控区域的相互作用构成了对基因的一级调控。与Gateway技术相兼容的酵母单杂交(Y1H)测试使得科学家能确定与感兴趣的DNA序列相结合的所有转录因子,但却不能描述基因组尺度上的调控网络。最近,John S Reece-Hoyes等人开发了增强型的酵母单杂交(eY1H)测试,以辅助在模式生物中进行全基因组的以基因为主导的基因调控网络图谱绘制 [1] 。
基因表达是通过转录因子与基因组调控区域间序列特异性的相互作用来控制的。为了理解基因组尺度上基因表达的调控网络,必须要确定每个基因的调控牵涉到了哪些转录因子以及这些转录因子在何种发育、生理和病理条件下发挥了功能。因此,知道哪些转录因子与哪些基因组调控区域发生相互作用是十分关键的。
用于检测转录因子和DNA之间相互作用的传统方法可以分为两组,即以转录因子为主导的和以基因为主导的方法。在前一组方法中,染色质免疫沉淀是一个典型方法。它的目标是转录因子,可以确定与这一转录因子相互作用的基因组区域。相反,在像Y1H测试这种以基因为主导的方法中,可以确定与感兴趣的基因组区域发生相互作用的所有转录因子。然而,两种方法都有局限性。没有一种方法能达到产生基因组尺度和蛋白质组尺度数据量所需的产量。
为了解决这一问题,Reece-Hoyes等人基于Y1H测试开发了一种新的eY1H流程。Y1H测试涉及到两种主要的成份:“DNA诱饵”和“捕获蛋白”。DNA诱饵通常位于LacZ和HIS3两个Y1H报告基因的上游。每个DNA诱饵-报告基因结构被整合到酵母基因组的一个固定位点,从而产生“DNA诱饵株”。另一个能表达与酵母Gal4转录因子活性结构域(Gal4-AD)相融合的捕获蛋白的酵母株再与DNA诱饵株进行交配。当捕获蛋白与启动子结合时,Gal4-AD就能激活报告基因的表达。在eY1H流程中,Reece-Hoyes等人通过改进测试条件以及与一种新的携带有高拷贝捕获蛋白表达载体的捕获株进行交配来增加覆盖率。能容纳1,536个克隆的机械平台也被用于增加产量。另外也制备了一种新的酵母株以便于能更有效地整合DNA诱饵。此外,在eY1H测试中,为了减少假阳性和假阴性,使用了每种捕获蛋白均有相同四份的转录因子“四重阵列”,每个DNA诱饵-捕获蛋白的组合都要被测试四次。将DNA诱饵酵母株与转录因子四重阵列杂交并选出双倍体后,每个四重阵列板上的酵母被转到一个读出板上。经过7天的孵育,每块板都能得到一张图片,用于记录那些由于LacZ报告基因激活所形成的蓝色菌落。
作为演示,Reece-Hoyes等人使用了865种 C. elegans蛋白作为捕获蛋白源。它包括了834种转录因子和31种非传统DNA结合蛋白。为了测试eY1H测试的灵敏度和重复性,两个C. elegans基因启动子(Pcog-1和Pvha-15)均被筛选了四次。所有相互作用中有89%在一次筛选中都被发现了,而单次筛选所发现的相互作用中有90%可以在另一次筛选中得到重复。在评价eY1H测试的覆盖率时,Reece-Hoyes等人将eY1H测试中Pvha-15的结果与那些之前报道过的相互作用进行了比较。在被eY1H测试和其它方法测试到的77个相互作用中,有27个能被eY1H和另一种其它的方法所发现,有26个只在eY1H测试中被检测到,另有24个没有被eY1H测试检测到。对于那些只在eY1H测试中检测到的相互作用,ChIP数据确认了其中的一部分。至于那些没有被ChIP数据确认的,除了可能是ChIP的假阳性结果外,也可能是由于Y1H自身的局限性所导致的。Reece-Hoyes等人还用了50种之前分析过的C. elegans DNA诱饵株来评价eY1H测试的产量。所有50种DNA诱饵株在单个eY1H批次中都被筛选了一次。共检测到了769个eY1H相互作用,涉及到48种DNA诱饵和160种转录因子。此外,Reece-Hoyes等人还设计了一种被称之为SpotOn的程序来用于自动化的eY1H定量。
eY1H测试为以基因为主导的基因调控网络图谱绘制提供了一个强有力的工具。对于50种DNA诱饵,使用文库筛选的话通常需要约两年的时间来确定与其相关的相互作用。而使用eY1H测试的话只需要13天。该方法可以极大地方便大规模的全基因组研究。
然而,由长开放阅读框编码或表达水平极低的转录因子可能在cDNA文库中覆盖不到。一些看到的eY1H相互作用也有可能只是由于较高的捕获蛋白表达水平所导致的。因此,需要做更多的工作来克服这些缺点。
- Reece-Hoyes J, Diallo A, Lajoie B, Kent A, Shrestha S, Kadreppa S, et al. Enhanced yeast one-hybrid assays for high-throughput gene-centered regulatory network mapping. Nat Methods. 2011;8:1059-64 PMID 22037705
- 来邦网
- 人才平台
- 英文来邦
