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Der Aufbau genomweiter Plasmidbibliotheken aus verfügbaren Ressourcen ist die Grundlage und Voraussetzung für den Einsatz der funktionellen Genomik zur Aufklärung biologischer Prozesse. Aktuelle Hochdurchsatz-Klonierungsmethoden, einschließlich Gateway-, In-Fusion-, Creator- und Univector-Klonierungssysteme, erfordern eine PCR-Amplifikation der Ziel-DNA-Fragmente 1,2,3,4,5. Diese Voraussetzung beinhaltet fragmentspezifische Verarbeitungsabläufe, die mehrere standardisierte Vorgänge umfassen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf das Design von Oligonukleotid-Primern, die Gelaufreinigung und die Sequenzvalidierung durch Sequenzierung. Infolgedessen ist die Erstellung genomweiter Plasmidbibliotheken (z. B. cDNA/ORF-Überexpressionsbibliotheken) arbeits- und zeitaufwändig geworden, was die Weiterentwicklung der funktionellen Genomik behindert.
Zuvor haben wir CRISPRmass entwickelt, eine Hochdurchsatz-Klonierungsmethode, die entwickelt wurde, um spezifische DNA-Fragmente (z. B. das UAS-Modul) in mehrere Plasmide zu integrieren, die identische Vektorrückgrate haben6. Mit Hilfe von CRISPRmass haben wir mehr als 5.500 GAL4/UAS-basierte UAS-cDNA/ORF-Plasmide aus einer Drosophila cDNA/ORF-Bibliothek, dem Drosophila Genomics Resource Center (DGRC) Gold Collection6, konstruiert. CRISPRmass ist jedoch nicht in der Lage, DNA-Fragmente zwischen Vektoren zu übertragen, was seine Anwendung bei der Klonierung mit hohem Durchsatz einschränkt.
Um diese Einschränkungen zu beheben, haben wir die CRISPR-basierte Shuttle-Klonierung (CRISPRshuttle) entwickelt, eine neuartige Hochdurchsatzmethode, die den Transfer mehrerer Ziel-DNA-Fragmente auf Zielvektoren aus Donorplasmiden ermöglicht7. Dieser Prozess erfordert nur zwei aufeinanderfolgende Reagenzglasreaktionen, wodurch die Anforderung einer fragmentspezifischen Handhabung diskreter DNA-Ziele umgangenwird 7.
Das CRISPRshuttle-Protokoll umfasst zwei aufeinanderfolgende Reagenzglasreaktionen (Abbildung 1). Zunächst werden gemeinsam genutzte Vektor-Rückgratsequenzen von Spenderplasmiden durch Cas9/sgRNA gespalten, um Ziel-DNA-Fragmente freizusetzen. Diese Fragmente werden dann über die Gibson-Assemblierung auf die CRISPRshuttle-Kassette eines CRISPRshuttle-kompatiblen Vektors übertragen, um die endgültigen Plasmide zu erzeugen. Eine CRISPRshuttle-Kassette besteht aus einer ~20-40 bp Vektor-Rückgratsequenz, die die 5'- und 3'-Enden der DNA-Fragmente flankiert, die von Donorplasmiden stammen, und einer oder zwei einzigartigen Restriktionsenzym-Erkennungsstellen, die sich zwischen diesen flankierenden Sequenzen befinden. Ein CRISPRshuttle-kompatibler Vektor wird konstruiert, indem eine CRISPRshuttle-Kassette in einen Zielvektor eingefügt wird, der anschließend durch Verdauen der Restriktionsstellen innerhalb der Kassette linearisiert wird. Der Zielvektor muss ein Antibiotikaresistenzgen tragen, das sich von denen in Spenderplasmiden unterscheidet. Wenn es identisch ist, muss das Resistenzgen vor der Verwendung durch ein anderes ersetzt werden.
Hier stellen wir ein detailliertes Protokoll vor, das CRISPRshuttle zum Aufbau einer UAS-cDNA/ORF-Plasmidbibliothek verwendet. Dieser Prozess beinhaltet die Übertragung humaner ORFs aus der CCSB-Broad Lentiviral Expression Library in den Drosophila-Transgenese-Vektor pBID-UASC 8,9. CRISPRshuttle vereinfacht den Aufbau genomweiter Plasmidbibliotheken und erleichtert so funktionelle Genomikstudien.