• Keine Ergebnisse gefunden

DNA  amount

II.4. W ORKING WITH   DNA   AND   RNA

II.4.5. A PPLICATION  OF  POLYMERASE  CHAIN   REACTION   (PCR)

Polymerase chain reactions (PCRs) are a potent tool to detect, analyze, amplify, and modify  specific DNA sequences in vitro by amplification reactions using DNA polymerases. Within  this thesis, PCRs were used for different purposes, such as cloning, mutagenesis, transcript  analysis,  and  sequencing.  All  cycling  reactions,  covering  denaturation,  annealing,  and  elongation steps, were conducted with a RoboCycler 96 (Stratagene) PCR machine. 

AM P L I F I C A T I O N O F DNA SE QU E N C E S F O R C L O N I N G  

The amplification of DNA sequences necessary for cloning was performed in 50 μl reactions  using the Phusion High‐Fidelity DNA Polymerase (NEB). Due to its 3’5’‐exonuclease  activity, the Phusion DNA polymerase possesses proof‐reading activity and enables high  accuracy within the DNA amplification. The reactions contained either 20‐300 ng of plasmid  DNA or 50‐70 ng of cDNA as template, dNTPs in a final concentration of 200 μM each, the  respective forward (FW, for) and reverse (RV, rev) primers in a final concentration of 200 nM  each, and 1 U of the Phusion High‐Fidelity DNA Polymerase (NEB) in 1x Phusion HF Buffer  (NEB). The DNA was amplified in 38 cycles running the PCR program listed in Table II‐5.  

Table II‐5: PCR program using the Phusion High‐Fidelity DNA Polymerase. 

98 °C  30‐60 sec 98 °C  20‐30 sec

38 cycles TM+3 °C  30‐45 sec

72 °C  30 sec/kb 72 °C  5 min

TM, highest salt adjusted melting temperature of primers (given by Metabion). 

The PCR products were either immediately employed for downstream processes (analysis,  purification, cloning) or stored at ‐20 °C. 

SI T ES PE C I F I C M U T A G E N E S I S OF P L A S M I D DNA 

Two different set‐ups were used for site‐specific single nucleotide exchanges in the coding  sequences in plasmids. In both cases, the mutation was generated by the amplification of  complete plasmids via PCR. For this, complementary primer pairs carrying the mutation in  the middle of the sequence were used.  

To insert a mutation in the Ensembl AKR1B15‐201 (ENST00000423958.1) transcript sequence  encoding for AKR1B15.1 which results in the AKR1B15.1 S8R mutant, a protocol derived  from Sawano & Miyawaki [217] was followed. The 50 μl reactions contained 50 ng of the  wild type plasmid DNA template, dNTPs in a final concentration of 200 μM each, the  5’‐phosphorylated mutagenesis primer pair # 2680 and # 2681 in a final concentration of  300 nM each, as well as 1 U of the Phusion High‐Fidelity DNA Polymerase (NEB), necessary  for the amplification of the plasmid DNA strand after primer annealing, and 20 U of the Taq  DNA Ligase (NEB), necessary for the ring closure of plasmid DNA. In order to provide  optimal buffer conditions, the reactions were carried out in a mixture of 0.5x Phusion HF  Buffer (NEB) and 0.5x Taq DNA Ligase Buffer (NEB). The PCR program applied for the  amplification of mutated plasmids is shown in Table II‐6. 

Table II‐6: PCR program for site‐specific mutagenesis of AKR1B15.1  according to Sawano & Miyawaki [217]. 

65 °C  5 min 98 °C  2 min 98 °C  30 sec

17 cycles 62 °C  30 sec

65 °C  5.5 min 72 °C  7 min  

Subsequently, 20 U of DpnI (NEB) were added to the mutagenesis reactions and the reactions  were incubated at 37 °C for 90 min. In doing so, DpnI digested the methylated wild type  plasmid DNA template which was originally purified from in E. coli.  

After the DpnI treatment, potentially arisen strand breaks in the mutated plasmids were  repaired by two PCR cycles [Table II‐7]. 

Table II‐7: PCR program for strand break repair after mutagenesis. 

98 °C  2 min 98 °C  30 sec

2 cycles  60 °C  1 min

72 °C  7 min  

Finally, 10 μl of the mutagenesis reactions were transformed into chemically competent  E. coli DH5alpha (see II.1.2). 

For  the  mutagenesis  of  the  N‐terminal  sequence  in  AKR1B10  fused  to  AcGFP  the  QuikChange Lightning Site‐Directed Mutagenesis Kit (Agilent) was used. According to the  manufacturer’s instructions, 50 ng of the wild type pAcGFP‐AKR1B10 (Met1‐Ala38) plasmid  DNA template, the respective mutagenesis primer pair (# 2919 + # 2920 or # 2921 + # 2922) in  a final concentration of 200 nM each, 1 μl of the provided dNTP mix, as well as 1.5 μl of the  QuikSolution reagent were mixed in 50 μl 1x reaction buffer before 1 μl of the QuikChange  Lightning Enzyme was added. The mutagenesis was carried out using the slightly modified 

Colony screen PCRs served for the identification of potentially “positive E. coli clones” 

resulting from cloning reactions and were performed in 22 μl reactions. 20 μl of a master  mix, containing dNTPs in a final concentration of 200 μM each, the respective forward and  reverse primer pair in a final concentration of 250 nM each, and 0.5 μl of a lab‐made Taq  polymerase in 1.1x Standard Taq buffer, were added to 2 μl of the colony screen cultures. The  amplification was conducted with 30 cycles using the PCR program listed in Table II‐9. 

Afterwards, PCR products were analyzed via agarose gel electrophoresis [II.4.6]. 

DE T E CT I O N O F AKR1B15 T R A N S C R I P T S IN CDNA S A M P L E S  

In order to determine the abundance  of  AKR1B15  splice  variants (Ensembl transcripts  AKR1B15‐001 [ENST00000457545.2] and AKR1B15‐201 [ENST00000423958.1]; referred to as  AKR1B15.2 and AKR1B15.1, respectively) in comparison to that of the AKR1B10 transcript      in different human tissues as well as cell lines, semi‐quantitative end‐point RT‐PCR was  carried out. The 20 μl reactions included 50 ng of the respective cDNA sample, dNTPs in         a  final  concentration  of  200 μM  each,  the  transcript  specific  primer  pairs  [Table II‐10,  Figure III‐1, VI.4] in a final concentration of 250 nM each, and 1.25 U of the commercial  available DreamTaq DNA Polymerase (Thermo Scientific) in 1x DreamTaq Green Buffer  (Thermo Scientific). The amplification  of  human GAPDH (hGAPDH) served as  control  [Table II‐10].  

 

Table II‐10: Transcript specific primer pairs used for semi‐quantitative RT‐PCR. 

transcript  primer pair  TM  product size    AKR1B15.2  AKR1B15.2‐TK‐FW (# 2715) 

The PCR programs applied for the amplification of the human AKR1B15 and AKR1B10  transcripts (hAKR1B’s) or hGAPDH are listed in Table II‐11. 

The  PCR products  were  analyzed  by  gel  electrophoresis  using  2.5 %  agarose  gels.  In  addition, the specificity of AKR1B15 primer pairs was verified by Sanger sequencing of the  respective PCR products. 

SE Q U E N C I N G O F DNA 

The sequencing of plasmid DNA was conducted in‐house. To enable the in‐house DNA  sequence analysis according to Sanger [218, 219], sequencing PCR reactions were set up with  the BigDye3.1 Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit (Applied Biosystems). For this, 1 μl of  plasmid DNA (≥ 150 ng/μl) or 2 μl of plasmid DNA (≤ 150 ng/μl) were mixed with 1 μl of the  respective primer (10 μM), 1 μl of 5x Buffer (Applied Biosystems), 1 μl of BigDye Terminator  v3.1 Ready Reaction Mix (Applied Biosystems), and MilliQ‐H2O to a reach final volume of  5 μl. Afterwards, the PCR program listed in Table II‐12 was applied resulting in single‐

stranded fluorophore‐labeled DNA amplicons.  

The PCR products were purified via the Montage SEQ96 Sequencing Reaction Cleanup Kit  (Merck Millipore) according to the manufacturer’s instructions and, finally, analyzed by an  ABI 3730 DNA Analyzer (Applied Biosystems).  

II.4.6. A

NALYSIS OR PURIFICATION OF 

DNA

 VIA        AGAROSE GEL ELECTROPHORESIS

 

PCR products and restriction digestions of DNA were analyzed or separated for downstream  purification by agarose gel electrophoresis. For this, the DNA samples were mixed with        an appropriate volume of 6x loading‐dye and loaded on agarose gels containing either  0.025 ‰ (v/v) Midori Green Advance DNA stain (Nippon Genetics) or 0.1 ‰ (v/v) ethidium  bromide solution (500 μg/ml, Sigma‐Aldrich). Depending on the size of DNA fragments and  purpose, 1‐2.5 % (w/v) agarose in 1x TBE buffer gels were applied [Table II‐13].  

 

Table II‐13: Percentages, application, and run time of agarose gels.  

agarose gel  fragment / purpose  run time   

1 % 

The gels were run in a (Mini‐)Sub‐Cell GT (Bio‐Rad) horizontal electrophoresis chamber  filled with 1x TBE buffer at 100 mA for 20‐60 min. Afterwards, the separated DNA was  visualized upon UV illumination using a Bio‐Vision Gel Documentation system (PeqLab).  

When DNA was purified via agarose gels, only 70 % UV‐light intensity were used for the  visualization of DNA bands. Appropriate bands were cut from the gel and the gel slices  subjected to the “Purification of linear DNA” [II.4.7] using the Wizard SV Gel and PCR  Clean‐Up System (Promega).