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Methodenartikel

Generieren von CRISPR / Cas9 Mediated monoallelic Löschungen Enhancer-Funktion in embryonalen Stammzellen der Maus zu studieren

12.6K Aufrufe

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DOI:

10.3791/53552

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2. April 2016

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In diesem Artikel

Zusammenfassung

Die experimentelle Validierung der Enhancer-Aktivität erfolgt am besten durch eine Funktionsverlustanalyse. Hier wird ein effizientes Protokoll vorgestellt, das die CRISPR/Cas9-vermittelte Deletion verwendet, um die allelspezifische Regulation der Gentranskription in F1-ES-Zellen zu untersuchen, die ein Hybridgenom (Mus musculus129 x Mus castaneus) enthalten.

Zusammenfassung

Enhancer steuern die Zellidentität, indem sie die gewebespezifische Genexpression positions- und orientierungsunabhängig regulieren. Diese Enhancer befinden sich oft distal vom regulierten Gen in intergenen Regionen oder sogar im Körper eines anderen Gens. Die positionsunabhängige Natur der Enhancer-Aktivität macht es schwierig, Enhancer mit den Genen in Einklang zu bringen, die sie regulieren. Die Deletion einer Enhancer-Region liefert einen direkten Beweis für die Enhancer-Aktivität und ist der Goldstandard, um die Rolle eines Enhancers bei der endogenen Gentranskription aufzudecken. Herkömmliche homologe rekombinationsbasierte Deletionsmethoden wurden durch die jüngsten Fortschritte in der Genome-Editing-Technologie übertroffen, die schnelle und präzise lokalisierte Veränderungen an den Genomen zahlreicher Modellorganismen ermöglichen. Die CRISPR/Cas9-vermittelte Genomeditierung kann verwendet werden, um das Genom in vielen Zelltypen und Organismen schnell und kostengünstig zu manipulieren, da Cas9 durch eine Leit-RNA aus einem maßgeschneiderten Expressionsplasmid leicht auf das Genom ausgerichtet werden kann. Die homozygote Deletion essentieller genregulatorischer Elemente könnte zur Letalität führen oder den zellulären Phänotyp verändern, während die monoallelische Deletion von Transkriptionsverstärkern die Untersuchung der cis-Regulation der Genexpression ohne dieses verwirrende Problem ermöglicht. Hier wird ein Protokoll für die CRISPR/Cas9-vermittelte Deletion in embryonalen Stammzellen (ES) der Maus (Mus musculus129 x Mus castaneus) vorgestellt. Die monoallelische Deletion, das Screening und die Expressionsanalyse werden durch Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNP) zwischen den beiden Allelen erleichtert, die in diesen Zellen durchschnittlich alle 125 bp auftreten.

Einleitung

Transkriptions - Regulationselemente sind entscheidend für die räumlich-zeitliche Feinabstimmung der Genexpression während der Entwicklung 1 und Modifikation dieser Elemente in Krankheits 2 aufgrund aberrant Genexpression führen kann. Viele krankheitsassoziierten Regionen durch genomweite Assoziationsstudien identifiziert sind in nicht-kodierenden Regionen und verfügen über Funktionen von Transkriptionsverstärker 3-4. Identifizieren Enhancer und passender sie mit den Genen regulieren sie ist kompliziert , da sie oft mehrere Kilobasen entfernt von den Genen liegen sie regulieren und kann 5-6 in einer gewebespezifischen Weise....

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Protokoll

1. Planen und Bauen der gRNA

  1. Transkriptions Enhancer-Regionen verwenden zwei gRNAs, ein 5 'und ein 3' der Region von Interesse zu löschen. Verwenden Sie die Maus UCSC Genom - Browser Spur durch das Labor Zhang generierte eindeutige gRNA Sequenzen (http://www.genome-engineering.org 15) zu identifizieren. Überprüfen Next diese gRNAs und ihren benachbarten PAM für SNPs und indels mit Online - Tools vom Sanger Institute (www.sanger.ac.uk/sanger/Mouse_SnpViewer/rel-1211) 27-28 zur Verfügung gestellt. Um beide Allele mit gleicher Effizienz abzielen, vermeiden gRNA / PAM-Sequenzen, die einen SNP oder indel enthalten.
    1. Während....

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Ergebnisse

Das hier beschriebene Protokoll verwendet Zellen F1 ES cis -Regelung der Genexpression in monoallelic Enhancer deletiert Zellen zu untersuchen CRISPR / Cas9 Genom Bearbeitung (Figur 1) erzeugt. Die gRNA und Allel-spezifische Primer-Design für die Genotypisierung und der Genexpression sind die Schlüsselfaktoren in diesem Ansatz. Jedes Allel-spezifische Primer-Set muss von qPCR validiert werden Allel-Spezifität zu bestätigen. Allelspezifischen Primer , die nur ihr.......

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Diskussion

CRISPR / Cas9 vermittelte Genome Editing-Technologie bietet eine einfache, schnelle und kostengünstige Methode für die Genommodifikation. Die Methode, die hier detailliert zu erzeugen und monoallelic Enhancer Deletion für die funktionelle Charakterisierung Enhancer nimmt in F1 Mauszellen Vorteil von SNPs analysieren. Die Vorteile dieser Art von Ansatz sind: 1) monoallelic Enhancer Deletionen produzieren keine Verwechselung Wirkungen , die auftreten , wenn ein kritischer Enhancer aus beiden Allelen deletiert ist, dh<.......

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Offenlegungen

Die Autoren haben JoVE Politik über Interessenkonflikte und haben keine Konflikte lesen offen zu legen.

Danksagungen

Wir möchten uns bei allen Mitgliedern des Mitchell-Labors für hilfreiche Diskussionen bedanken. Diese Arbeit wurde von den Canadian Institutes of Health Research, der Canada Foundation for Innovation und dem Ministerium für Forschung und Innovation von Ontario unterstützt (Betriebs- und Infrastrukturzuschüsse im Besitz von JAM).

....

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Phusion High-Fidelity DNA-PolymeraseNEBM0530SHigh-Fidelity-DNA-Polymerase für die gRNA-Assemblierung
Gibson Assembly Master MixNEBE2611L
gRNA_Cloning VectorAddgene41824In diesen Vektor wird eine Zielsequenz kloniert, um das gRNA-Plasmid
pCas9_GFPAddgene44719Codon-optimiertes SpCas9 und EGFP zu erzeugen Co-Expressions-Plasmid
AflIINEBR0520S
EcoRINEBR3101S
Neon-Transfektionssystem 100 & micro; L KitLife TechnologiesMPK10096Microporator Transfektionstechnologie
prepGEMZyGEMPT10500Reagenz zur genomischen DNA-Extraktion
Nucleo Spin Gel & PCR-AufreinigungMacherey-Nagel740609.5
Hochgeschwindigkeits-Plasmid-Mini-KitGeneaidPD300
Maxi-Plasmid-Kit Endotoxin-frei GeneaidPME25
SYBR Select Mix für CFXLife Technologies4472942qPCR-Reagenz
iScript cDNA-SynthesekitBio-rad170-8891Reverse Transkriptionsreagenz
0,25% Trypsin mit EDTALife Technologies25200072
PBS ohne Ca/Mg2+SigmaD8537
0,5 M EDTABioshopEDT111.500
HBSSLife Technologies14175095
1 M HEPESLife Technologies13630080 BSA-Fraktion
V (7,5%)Life Technologies15260037
Max Efficiency DH5α kompetente ZellenInvitrogen18258012
FBSES-Zellen qualifiziertFBS wird zuvor in ES-Zellen der Maus auf Pluripotenz getestet
DMSOSigmaD2650
GlutamaxInvitrogen35050
DMEMLife Technologies11960069
Pencillin/StreptomycinInvitrogen15140
NatriumpyruvatInvitrogen11360
Nicht essentiell aminosäureInvitrogen11140
β-mercaptoethanolSigmaM7522
96-Well-PlatteSarstedt83.3924
DichtbandSarstedt95.1994
CoolCell LXBiocisionBCS-405alkoholfreier Zellgefrierbehälter
CHIR99021Biovision1748-5Inhibitor für F1 ES-Zellkultur
PD0325901Invivogeninh-pd32Inhibitor für F1 ES-Zellkultur
LIFChemiconInhibitor für F1 ES-Zellkultur
: , , , , , , , , ESG1107

Referenzen

  1. Sagai, T., Hosoya, M., Mizushina, Y., Tamura, M., Shiroishi, T. Elimination of a long-range cis-regulatory module causes complete loss of limb-specific Shh expression and truncation of the mouse limb. Development. 132 (4), 797-803 (2005).
  2. Kleinjan, D. A., Lettice, L. A.

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Nachdrucke und Genehmigungen

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