本方案描述了一种通过转录调控实现目的基因在人类基因组中稳定整合的方法 睡美人 系统。缺陷型慢病毒载体整合的制备 体外 报告了人类细胞的转导以及对转导细胞的分子检测。
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本方案描述了一种通过转录调控实现目的基因在人类基因组中稳定整合的方法 睡美人 系统。缺陷型慢病毒载体整合的制备 体外 报告了人类细胞的转导以及对转导细胞的分子检测。
的 睡美人 (SB)转座子是一种非病毒整合系统,在基因转移和功能基因组学中已证明具有显著功效。为优化SB转座子系统,本研究采用转录调控的高活性转座酶(SB100X)和基于T2的转座子。通常,转座酶和转座子通过质粒转染瞬时提供,SB100X的表达由组成型启动子驱动。本文描述了一种高效递送SB组分至对多种物理和化学转染方法具有抗性的哺乳动物细胞的方法,可调控SB100X的表达,并实现目的基因(GOI)的稳定整合 "剪切并粘贴" SB 机制。高活性转座酶的表达由 Tet-ON 系统严格调控,该系统自1992年以来被广泛用于控制基因表达。目的基因两侧为 T2 转座子的反向重复序列(IR)。SB 的两个组分均被包装至整合缺陷型慢病毒载体中,这些载体在 HEK293T 细胞中瞬时产生。人类细胞,包括细胞系或来自人体组织的原代细胞, 体外 使用病毒载体进行瞬时转导。当在培养基中加入多西环素(dox,四环素类似物)后,可精确调控转座酶的表达水平,从而实现目的基因在受处理细胞基因组中的长期稳定整合。该方法高效,适用于细胞系(如 HeLa 细胞)和原代细胞(如人原代角质形成细胞),因此是基因工程和治疗性基因转移的重要工具。
超活性SB100X转座酶与基于T2的转座子联用已应用于临床前基因治疗1,2,3、基因组修饰4,5以及诱导性多能干细胞(iPSC)重编程6,7。通常,SB组分通过质粒转染瞬时提供,并由强组成型启动子驱动转座酶的表达。然而,尽管转染技术已有改进,该双组分系统的递送在许多应用中仍具挑战性,因此开发新的递送方案日益受到关注。除质粒8和mRNA9的转染方法外,过去还提出了基于腺病毒10,11、腺相关病毒(AAV)12、杆状病毒13、γ-逆转录病毒14和慢病毒载体15的病毒递送方法。值得注意的是,所选系统必须确保SB组分的瞬时递送,且病毒载体本身不发生整合。然而,转座酶的持续表达因存在转座子不可控再跳跃的风险而引发安全性担忧。
因此,通过优化的Tet-ON系统对SB100X进行转录调控是首要挑战。该系统采用一种改良的Tet响应型启动子,其通过将原先开发的最小巨细胞病毒(CMV)启动子替换为单纯疱疹病毒-1型(HSV-1)胸苷激酶(TK)基因的最小启动子(-81)而获得16,克隆至 SB100X cDNA 上游(pTetOTKSB100X)。突变型反向四环素转录激活因子 rtTA2s-M217 在另一个质粒(pCCL-PGKrtTA2)中克隆的强组成型启动子(磷酸甘油酸激酶启动子,PGK)的调控下表达S-M2)。当加入培养基时,多西环素(dox)会结合rtTA2s-M2调节剂并锚定四环素启动子复合物,从而实现对SB100X表达的严格调控18.
第二个主要挑战源于多种物理和化学方法在人类原代细胞中的转染效率较低。为了高效地将转座酶递送至对转染具有抗性的细胞,将SB100X和rtTA2s-M2表达盒分别包装到两种整合缺陷型慢病毒载体(IDLVs)19中:IDLVTKSB和IDLVrtTA2s-M2。这些病毒载体在HEK293T细胞中以第三代载体形式瞬时产生20,并使用水疱性口炎病毒(Vesicular Stomatitis Virus, VSV-G)的糖蛋白G进行假型化,从而赋予其广泛的感染谱。病毒颗粒通过超速离心浓缩,并通过HIV-1 Gag p24免疫捕获法测定滴度。在转导细胞系和原代细胞时,将病毒颗粒与polybrene形成复合物,并在有或无多西环素(dox)的情况下与靶细胞共孵育。通过定量RT-PCR(qRT-PCR)18检测转导细胞中SB100X表达的药物依赖性激活情况。
一旦证实了Tet调控的SB100X表达,目的基因(例如绿色荧光蛋白,GFP)向靶细胞基因组的转座过程将遵循Bak和Mikkelsen所清晰图示的分子事件21。需要构建第三种携带目的基因表达盒的IDLV载体,该表达盒克隆于T2转座子IR序列之间(IDLVT2),并如上所述进行包装。最后,这三种IDLV载体可高效转导人细胞(例如原代角质形成细胞)in vitro,并在多西环素存在条件下实现目的基因的整合18。
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1. 使用的质粒
注意:质粒 pCCL-PGKrtTA2S-M2 由意大利摩德纳和雷焦艾米利亚大学(摩德纳)的 Zappavigna 教授惠赠。携带高活性转座酶编码序列 的 pCMVSB100X 质粒和 pT2/BH 转座子质粒分别由德国朗根保罗·埃尔利希研究所的 Ivics Z. 教授和德国柏林马克斯·德尔布吕克分子医学中心的 Izvak Z. 教授惠赠。
2. 病毒载体生产
注意:根据机构的规章制度,所有病毒载体均在生物安全二级(BSL2)防护级别的生物危害通风柜中制备。
3. 人类细胞系(例如 HeLa 细胞)的转导
注意:HeLa 细胞在添加了 10% 胎牛血清、100 U/mL 青霉素-链霉素和 2 mM 谷氨酰胺的杜尔贝科改良伊格尔培养基(Dulbecco's modified Eagle's medium)中培养。表 1 总结了本实验方案中使用的所有载体,并提供了每个载体的说明。通过转导 HeLa 细胞,可在两种 IDLV 载体的最佳剂量组合下验证 SB 转座酶的转录调控。IDLV 剂量的变化可能与载体颗粒滴度及靶细胞类型相关。
4. 人类原代细胞(例如角质形成细胞)的转导
注意:将人原代角质形成细胞接种于致死性照射的3T3-J2细胞(饲养层)上23,该细胞系由Yan Barrandon(瑞士洛桑联邦理工学院,EPFL)惠赠。
5. 转导原代角质形成细胞的流式细胞荧光分析
注意:使用配备蓝色激光器(488 nm)、红色激光器(633 nm)以及用于检测 GFP 和 APC 荧光的滤光片的流式细胞仪(参见材料表)。
6. 半定量 RT-PCR
注意:使用 PCR 梯度热循环仪。
7. 定量反转录PCR(qRT-PCR)
注意:使用商用序列检测系统。甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)的PCR引物和6-羧基荧光素(FAM)探针均购自商业供应商。
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使用此处介绍的程序,可构建三种携带受调控SB组分(SB100X、rtTA2)的IDLV载体S-M2 和 T2-GFP 转座子)被包装并用于在人细胞中高效递送并严格调控SB系统。 图1A 展示了一个方案 体外 转导HeLa细胞,该操作旨在评估两种IDLV载体以最佳剂量组合对SB转座酶的转录调控(已在报道中提及) 表 2)。通过qRT-PCR检测SB100X的转录调控图1B)并相对于关闭状态(IDLVTKSB单独处理,RQ=1)以相对定量(RQ)值表示。在转导的HeLa细胞中,加入多西环素(+dox)后SB100X的表达量达到背景水平(IDLVTKSB)的8倍激活效果。值得注意的是,在未添加多西环素的情况下共转导的HeLa细胞中,转座酶的表达水平与关闭状态相当,表明rtTA2对TetTK启动子具有严格的调控能力。sM2 调节剂
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本文介绍一种通过Sleeping Beauty介导的转座技术,将目的基因(GOI)稳定整合到靶细胞基因组中的广泛应用方法。尽管SB系统最初旨在提供一种非病毒的基因组编辑手段,但高效递送整合工具(转座酶和T2转座子)仍是必要前提。因此,近年来为在难以转染的原代细胞中应用SB系统,研究者采用了病毒载体递送SB组分10,12,15。然而,迄今为止所使用的病毒载体均未解决转座酶持续表达的问题,而持续表达可能导致转座子不可控地再次跳跃,带来潜在风险。
为了转录调控转座酶的表达,我们采用了改良的Tet-ON系统16。在多西环素(dox)存在的情况下,rtTA2s-M2调节因子与融合了TetO元件的最小TK启动子结合,可在背景水平之上实现对转座酶激活的精细调控(无dox时为关闭状态)。该调控效果依赖于适当的IDLVs(IDL...
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作者无任何利益冲突需要披露。
我们感谢意大利摩德纳和雷焦艾米利亚大学摩德纳分校的 Zappavigna 教授为我们提供 pCCL-PGKrtTA2S-M2 质粒。同时感谢德国兰根保罗·埃尔利希研究所的 Z. Ivics 教授和德国柏林马克斯·德尔布吕克分子医学中心的 Z. Izvak 教授提供 pCMVSB100X 和 pT2/BH 质粒。本工作由 DEBRA 国际组织和意大利大学与研究部资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 杜尔贝科’s 改良的 Eagle’含4.5 g/L葡萄糖、不含L-谷氨酰胺的s培养基 | Lonza | BE12-614F | 细胞培养基 |
| HyClone 胎牛血清(美国),已鉴定 | GE Healthcare Life Sciences | SH30071.03 | 用于生产慢病毒颗粒的血清采用 HEK293T 细胞培养。 |
| 青霉素 10,000 UI/ml,链霉素 10,000 UI/ml | Lonza | DE17-602E | 细胞培养基试剂 |
| L-谷氨酰胺 200 mM | Lonza | BE17-605E | 细胞培养基试剂 |
| 氯化钠(NaCl) | Sigma-Aldrich | S7653 | 用于制备2倍浓度HBS缓冲液的试剂。 |
| HEPES缓冲液,生理盐水中1M储备液 | Lonza | BE17-737E | HBS 2X 配制用试剂。 |
| Na₂HPO₄·2H₂O2HPO4·2H2O),99.5% | 默克 | 106580 | 用于制备2倍浓度HBS缓冲液的试剂。 |
| 盐酸 - ACS 级试剂 37% (HCl) | Sigma-Aldrich | 320331 | 用于制备2倍浓度HBS缓冲液的试剂。 |
| 注射用无菌水 | Fresenius Kabi | - | 用于制备2倍浓度HBS缓冲液的试剂。 |
| 0.45 µm PESS 滤膜 | Whatman | 10462100 | 用于去除病毒上清液中细胞碎片的滤器。 |
| Polyallomer Beckman 离心管 | 贝克曼库尔特 | 326823 | 用于通过超速离心浓缩IDLV载体的离心管 |
| 不含 Ca、Mg 的 1× PBS | Lonza | BE17-516F | 用于细胞洗涤和慢病毒颗粒重悬的缓冲液 |
| 牛血清白蛋白(BSA) | Sigma-Aldrich | A2153 | (可选)用于慢病毒颗粒重悬的缓冲液 |
| HIV-1 Gag p24 免疫捕获试剂盒 | Perkin Elmer | NEK50001KT | 用于IDLV颗粒滴定的试剂盒 |
| Polybrene | Sigma-Aldrich | 107689 | 提高转导效率的试剂 |
| 胰蛋白酶(10倍浓度)2.5%(溶于不含钙、镁的HBSS中) | GIBCO | BE17-160E | 用于解离HeLa细胞的试剂(储存液,需稀释)。 |
| 乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA) | 100938B | AnalaR BDH | 用于配制胰蛋白酶工作液的试剂。 |
| 0.5% 胰蛋白酶-EDTA,无酚红(10倍浓缩液) | GIBCO | 15400-054 | 用于解离角质形成细胞的试剂(储存液,需稀释)。 |
| 新西兰来源的供体牛血清 | GIBCO | 16030-074 | 中国台湾小鼠3T3-J2细胞培养(饲养层)用血清 |
| 火腿’s F12 培养基 | GIBCO | 21765 | 角质形成细胞培养基 |
| 胎牛血清 | Lonza | DE14-801F | 海拉细胞培养基用血清 |
| 胎牛血清,经鉴定,澳洲来源 | GIBCO | 10099-141 | 人原代角质形成细胞培养基用血清 |
| 牛胰腺来源的胰岛素 | Sigma-Aldrich | I5500 | 角质形成细胞生长试剂 |
| 腺嘌呤 | VWR | 1152-25 | 角质形成细胞生长试剂 |
| 氢化可的松 | VWR | 3867-1 | 角质形成细胞生长试剂 |
| 霍乱弧菌霍乱毒素 | Sigma-Aldrich | C8052 | 角质形成细胞生长试剂 |
| 三碘甲状腺原氨酸 | Sigma-Aldrich | T5516 | 角质形成细胞生长试剂 |
| 人表皮生长因子 | Austral Biological | GF-010-9 | 角质形成细胞生长试剂 |
| 小鼠单克隆APC标记抗饲养层抗体 | Miltenyi Biotech | 130-096-099 | 标记饲养层。 |
| RNeasy Plus Mini Kit | Qiagen | 74134 | RNA纯化试剂盒 |
| SuperScript III 逆转录酶 | Life Technologies | 18080051 | 逆转录试剂盒 |
| 脱氧核苷酸混合物,10 mM(dNTP) | Sigma-Aldrich | D7295 | 半定量PCR试剂 |
| UltraPure 无 DNase/RNase 灭菌蒸馏水 | (任意) | - | 用于半定量 PCR 和 qRT-PCR 的试剂。 |
| GoTaq G2 Hot Start 聚合酶 | Promega | M740B | Taq 聚合酶 |
| 琼脂糖,用于分子生物学 | Sigma-Aldrich | A9539 | 琼脂糖凝胶电泳试剂 |
| UltraPure TBE 缓冲液,10X | Invitrogen | 15581028 | 琼脂糖凝胶电泳试剂,使用去离子水稀释至1X浓度。 |
| 溴化乙锭 | Sigma-Aldrich | E1510 | 琼脂糖凝胶电泳试剂 |
| 多西环素 | Sigma-Aldrich | D-9891 | 用于在HeLa细胞和角质形成细胞中诱导转座酶表达的药物 |
| TaqMan Universal PCR Master Mix | Applied Biosystem | 4304437 | 包含引物和探针的TaqMan通用PCR主混合液 |
| 15 mL 高透明度聚丙烯离心管,锥形底,带圆顶密封螺旋盖,无菌 | Falcon Corning | 352096 | 用于细胞收集和载体稀释制备的试管。 |
| 150 mm 细胞培养皿(经TC处理,带20 mm网格),无菌 | Falcon Corning | 353025 | 用于病毒生产的细胞培养皿 |
| 6孔透明平底TC处理细胞培养板,带盖,独立包装,无菌 | Falcon Corning | 353046 | 用于HeLa细胞和人原代角质形成细胞转导的细胞培养板 |
| 安全锁微量离心管,体积 1.5 mL | Eppendorf | 0030 120.086 | 用于稀释液配制的试管。 |
| Safe-Lock 微量离心管,体积 2 mL | Eppendorf | 0030 120.094 | 用于稀释液配制的试管。 |
| 0.2 ml PCR管,带平盖,无RNase、DNase、DNA和PCR抑制剂 | (任意) | - | 用于半定量 PCR 的试管 |
| MicroAmp 快速光学 96 孔反应板(带条形码),0.1 mL | 应用生物系统公司 | 4346906 | 用于qRT-PCR的96孔板 |
| 5 mL 圆底聚苯乙烯管,无盖 | BD Falcon | 352052 | 用于流式细胞术检测的试管。 |
| 一次性血清移液管,聚苯乙烯材质,独立包装,无菌(不同规格) | (任意) | - | 用于无菌组织培养的移液器 |
| 滤器小贴士,无菌且无RNase、DNase、DNA和内毒素(不同规格) | (任意) | - | 用于无菌组织培养和分子生物学应用的滤芯吸头。 |
| pH计 | (任意) | - | 用于测量 HBS 2X pH 的设备 |
| PCR热循环仪 | (任意) | - | 半定量 PCR 仪器设备 |
| 琼脂糖凝胶电泳设备 | (任意) | - | 用于半定量 PCR 的琼脂糖凝胶电泳设备 |
| BD FACS Canto II 2LSR 4/2 | BD | - | 流式细胞仪 |
| 7900HT Fast 实时荧光定量 PCR 系统 | 应用生物系统 | 7900HT | qRT-PCR 仪器设备 |
| 用于细胞培养应用的台式离心机,带微孔板桶,带制冷功能,适用于高效样品处理。 | (任意) | - | 用于细胞培养处理和离心感染的离心机。 |
| Optima L-90K 超速离心机配备 SW32TI 转子 | 贝克曼库尔特 | - | 用于慢病毒颗粒生产的超速离心机 |
| 细胞培养和分子生物学实验室设备(例如,适用于 BSL2 级材料操作的 II 级生物安全柜、细胞培养孵育箱、冰箱和冷冻柜(+4 °C、-20 °C 和 -80 °C)) °C,-20 °C,-80 °C)、微量移液器和移液辅助器)。 | |||
| 根据研究所规定,特别是在慢病毒颗粒制备和转导过程中,需穿戴防护实验服、手套和面部防护装备。 |
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