Utilizar un editor eficiente con un sitio de prueba fácilmente accesible, como el editor base ABE8e con el sitio de control HEK3, puede a menudo resultar en eficiencias de edición superiores al 90% si el sistema de entrega es adecuado para las celdas utilizadas en el experimento. Pueden producirse menores eficiencias de edición si existen problemas con el ARN m, el ARN guía, el sitio objetivo o las condiciones de entrega que hacen que cualquiera sea menos adecuado para la edición. Utilizar variantes de Cas9 que acceden a secuencias PAM más versátiles pero las vinculan menos de forma estrecha, o dirigir editores a nucleótidos que están fuera de su ventana ideal de edición, puede reducir la eficiencia de edición. Los ARNm editores generados por IVT exitosos suelen aparecer como una sola banda predominante con un mínimo difuminamiento o productos de degradación de bajo peso molecular, lo que indica una alta integridad de transcritos adecuada para la electroporación posterior (Figura 2).
Tras la electroporación del ARNm editor y ARN guía sintético, la mayoría de las células se recuperan en 24–48 horas y mantienen su morfología típica con programas de electroporación adecuados (Figuras 3–4). Las condiciones de electroporación deben adaptarse al tipo específico de celda, ya que diferentes tampones pueden dar resultados muy distintos. El Centro de Conocimiento Online de Lonza hace recomendaciones para códigos de tampón y electroporación para tipos celulares comunes, y Lonza ofrece kits de optimización separados para líneas celulares y celdas primarias. La comparación empírica de los buffers puede ayudar a identificar condiciones óptimas para una entrega eficiente. Los programas inadecuados pueden llevar a la falta de entrega o ser altamente tóxicos para las células (perder más del 50% o impedir la continuación del ciclo celular). Los experimentos de optimización representativa demostraron diferencias sustanciales en los resultados de edición a través de las condiciones de electroporación, con algunos programas que ofrecieron altas eficiencias de edición mientras que otros produjeron una edición mínima, lo que subraya la importancia de la optimización empírica para cada tipo de célula (Figura 3–4).
En iPSCs, fibroblastos y LCLs, se utiliza secuenciación dirigida de amplicones seguida de análisis CRISPResso2 para cuantificar la eficiencia de edición y los subproductos (Figura 4). Aquí se muestra la edición de bases de adenina del locus de prueba HEK3 (Figura 4), que resultó en las conversiones de nucleótidos previstas con bajas frecuencias indel en las muestras analizadas. El análisis CRISPResso2 permite la visualización de alelos editados y no editados en el locus objetivo y facilita la cuantificación de conversiones nucleótidicas previstas, frecuencias indel y otros subproductos de edición, proporcionando una evaluación exhaustiva de los resultados de la edición (Figura 5). La eficiencia de edición se cuantifica midiendo la frecuencia de esta sustitución precisa de un solo nucleótido en el sitio objetivo. El locus HEK3 se utiliza como locus de modelo debido a su perfil de edición bien caracterizado y su reproducibilidad en sistemas experimentales, lo que permite una evaluación robusta del rendimiento de edición base bajo diferentes condiciones. Recomendamos probar esta guía como control positivo en células humanas al optimizar nuevos procedimientos de edición. La edición de bases suele enriquecerse para conversiones de nucleótidos previstas con bajas frecuencias index, mientras que la edición prime produce una mezcla de ediciones precisas y subproductos de bajafrecuencia 3,12. Las eficiencias de edición variaron según las condiciones, observándose diferencias claras entre tipos celulares y programas de electroporación (Figuras 3-4). Estas variaciones probablemente reflejan diferencias en la absorción celular, viabilidad y actividad de reparación del ADN, así como la influencia de los parámetros de electroporación en la eficiencia de la entrega. En conjunto, estos hallazgos destacan la importancia de optimizar los ajustes de electroporación específicos por tipo celular para lograr resultados de edición consistentes y máximos.

Figura 1. Preparación del ARNm editor mediante transcripción in vitro.
Resumen esquemático de la generación de mRNA del editor. (Paso 1) Preparación de la plantilla de plásmido que contiene la secuencia codificadora del editor y el promotor T7. (Paso 2) Amplificación por PCR para generar una plantilla lineal de ADN. (Paso 3) Transcripción in vitro utilizando ARN polimerasa T7 para sintetizar ARNm capturado. (Paso 4) Purificación de ARNm para eliminar ADN molde, enzimas y nucleótidos libres. El ARNm cubierto resultante es adecuado para su entrega posterior a células de mamíferos mediante electroporación o nanopartícula lipídica. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Figura 2. Imagen de ejemplo de electroforesis en gel de ARNm
Imagen electroforesis de tres ARNm editores genómicos que se ejecutan sobre un gel de agarosa al 1% usando tinción de oro SYBR. La escalera de ARNSSss de NEB se muestra a la izquierda con marcadores de tamaño indicados por su longitud. La ausencia de manchas sustanciales o bandas pequeñas indica que estos ARNm son de calidad adecuada. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Figura 3. Optimización de las condiciones de electroporación para la edición genómica en células madre pluripotentes inducidas (iPSC).
Se muestran las eficiencias de edición obtenidas bajo diferentes condiciones de electroporación en iPSC. Las celdas se electroporaban utilizando múltiples buffers y combinaciones de programas, incluyendo el buffer CB-150 P4, buffer CD-118 P3, buffer DN-100 P3, buffer DC-100 P3, todos en el dispositivo de nucleofección Lonza 4D. La edición se evaluó utilizando el dispositivo de electroporación Neón con parámetros (1600 V, 20 ms, 1 pulso). La eficiencia de edición se cuantificó mediante un análisis de secuenciación dirigido del lugar editado. N=1 por muestra. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Figura 4. Optimización de las condiciones de electroporación para la edición genómica en fibroblastos.
Eficiencia de edición tras electroporación utilizando diferentes programas de nucleofección. Los fibroblastos fueron electroporados utilizando múltiples programas de Lonza Nucleofector (CA-137, CM-138, DS-150, EH-100, EN-150, EO-114 y FF-113), y los resultados de edición se cuantificaron mediante secuenciación dirigida. Se muestran resultados para dos réplicas (P2, P3). Se incluye un control negativo sin entrega por parte del editor. La comparación de códigos de electroporación destaca diferencias en la eficiencia de edición entre los entornos de electroporación, permitiendo identificar parámetros óptimos para la edición del genoma de fibroblastos. N=1 por muestra. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Figura 5. Caracterización de los resultados de la edición genómica en el locus objetivo.
Salida de la tabla de frecuencias aleladas de CRISPResso2, que muestra la abundancia relativa de alelos editados y no editados que rodean la región objetivo del ARNsg, determinada por análisis de secuenciación de alto rendimiento tras la edición. Las anotaciones rojas indican la ventana de edición de la base y el polimorfismo heterocigoto preexistente presente en la línea celular utilizada. La secuencia del espaciador de ARN guía está subrayada en gris. La "posición de corte predicha" mostrada por una línea de puntos se desplaza respecto a la posición típica de "PAM menos 3" para SpCas9 debido a la modificación del "wc" del centro de la ventana en nuestro archivo de análisis (ejemplo en la Tabla 8). Esto no desplaza realmente la ubicación de la cindidura predicha, pero la salida se muestra de esta manera para indicar que se evaluarán los indels que rodean la línea punteada dentro de una ventana de 20 nucleótidos, capturando tanto los indels centrados en el verdadero sitio de la muela como los centrados en los nucleótidos desaminados. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
Tabla 1. Editores y secuencias utilizadas en este estudio
Columna 1: Editores genómicos disponibles en AddGene para transcripción in vitro. Nombres e identificadores de Addgenes para plásmidos disponibles que sean susceptibles de transcripción in vitro según lo descrito en este protocolo. Columna 2: Secuencias de espaciadores de ARN guía utilizados en este estudio. Por favor, haz clic aquí para descargar esta tabla.
Tabla 2. Reactivos de PCR para la amplificación de la plantilla de plásmidos de ARNm.
La lista de reactivos y componentes de reacción utilizados para la amplificación por PCR de la plantilla de plásmidos para generar ADN lineal para aplicaciones posteriores, así como la secuencia de los cebadores de transcripción directa y inversa. Por favor, haz clic aquí para descargar esta tabla.
Tabla 3. Condiciones de ciclo de PCR para la amplificación de la plantilla de ARNm.
Esta tabla muestra las condiciones de termociclo utilizadas para la amplificación por PCR de la plantilla de ARNm a partir del ADN plasmídico antes de las aplicaciones posteriores. Por favor, haz clic aquí para descargar esta tabla.
Tabla 4. Reactivos utilizados para reacciones in vitro . Transcripción (TVI).
Esta tabla enumera los reactivos y componentes de reacción utilizados para la transcripción in vitro para sintetizar ARNm del editor a partir de la plantilla lineal de ADN. Una secuencia de plantilla de ejemplo (ABE8e) se muestra con elementos codificados por colores. Por favor, haz clic aquí para descargar esta tabla.
Tabla 5. Guía de resolución de problemas para los pasos clave en el flujo de trabajo de edición del genoma.
Esta tabla resume cuestiones técnicas comunes que pueden surgir durante la preparación del ARNm del editor mediante transcripción in vitro (IVT) y análisis de secuenciación MiSeq. Para cada paso del flujo de trabajo, se proporcionan posibles problemas, posibles causas y soluciones recomendadas para ayudar a optimizar la eficiencia de la edición y asegurar la detección precisa de los resultados de edición. Por favor, haz clic aquí para descargar esta tabla.
Tabla 6. Programas óptimos de electroporación para diferentes tipos celulares de mamíferos.
Esta tabla enumera los códigos de programa de electroporación y las condiciones del tampón utilizadas para la entrega eficiente de ARNm editor y para guiar ARN hacia diferentes tipos celulares de mamíferos. Se probaron los parámetros de electroporación listados para identificar condiciones que maximizan la eficiencia de la edición genómica manteniendo la viabilidad celular. El mismo programa puede no funcionar para cada línea celular o fuente de células primarias, por lo que se recomienda probar alternativas de esta lista si la edición inicialmente no tiene éxito. Por favor, haz clic aquí para descargar esta tabla.
Tabla 7. Parámetros de análisis CRISPResso2 para la cuantificación de resultados de edición genómica.
La primera pestaña muestra un ejemplo del diseño de cebador HTS1 utilizado para amplificar el locus objetivo. La segunda pestaña ofrece un ejemplo de los manuales de indexación utilizados durante la preparación de la biblioteca. La tercera pestaña ilustra un ejemplo de la disposición de indexación utilizada para asignar índices únicos a cada muestra durante la secuenciación. La cuarta pestaña contiene un archivo batch de entrada de ejemplo para análisis CRISPResso2, y la quinta pestaña proporciona un ejemplo adicional de archivo Batch de entrada para análisis CRISPResso2. Cabe señalar que el centro de la ventana "wc" se ajusta para los editores de bases para facilitar la detección de indels centrados en las bases desaminadas, además de los centrados en el corte o sitio de corte o corte de nucleasa. Por favor, haz clic aquí para descargar esta tabla.
Mesa 8. Reactivos PCR1 (Tab 1) y PCR2 (Tab 2) para la preparación de la biblioteca MiSeq.
Esta tabla enumera los reactivos y componentes de reacción utilizados en la Pestaña 1 (PCR1) para amplificar los loci genómicos objetivo y en la Pestaña 2 (PCR2) para incorporar secuencias índice específicas de muestra y adaptadores de secuenciación Illumina, generando bibliotecas listas para secuenciación para el análisis MiSeq. Por favor, haz clic aquí para descargar esta tabla.
Tabla 9. PCR1 (Tab 1) y PCR2 (Tab 2) para la preparación de la biblioteca MiSeq.
Esta tabla enumera las condiciones de termociclo utilizadas en la Pestaña 1 (PCR1) para amplificar las regiones genómicas objetivo y en la Pestaña 2 (PCR2) para incorporar secuencias índice específicas de muestra y adaptadores de secuenciación Illumina, generando bibliotecas listas para secuenciación para el análisis MiSeq. Por favor, haz clic aquí para descargar esta tabla.