Le système CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)/Cas (associé à CRISPR), associé à d’autres outils d’édition du génome, a révolutionné la manipulation du génome humain au cours des dernières années1-7. Les principaux composants du système CRISPR/Cas9 sont l’ARN guide unique (ARNsg) et Cas9. Cas9 est une endonucléase d’ADN de type II guidée par l’ARN. Il possède deux domaines de nucléases, HNH et RuvC, qui sont responsables de la fabrication de cassures double brin de l’ADN (DSB) dans une région génomique spécifique à côté d’un motif adjacent protospacer (PAM)7-10. Un ARNsg a une fonction combinée de celle de l’ARNcr et de l’ARNtracr, deux molécules d’ARN de l’immunité adaptative identifiées chez les bactéries (comme Streptococcus pyogenes) et les archées pour lutter contre l’invasion de l’ADN des sources exogènes9-11. Lorsqu’il est conçu de manière appropriée et co-introduit dans les cellules de mammifères, l’ARNsg reconnaît la séquence PAM, établit des paires de bases avec le brin complémentaire de l’ADN cible, et guide et transactive Cas9 pour qu’il clive les deux brins d’ADN immédiatement en amont de PAM7. Par la suite, une recombinaison dirigée homologue (HDR, en présence d’un vecteur cible) ou une jonction d’extrémité non homologue (NHEJ) se produira pour réparer les DSB. Des transgènes tels que des ADNc, des cassettes rapporteures ou des fragments résistants aux antibiotiques peuvent être intégrés, et des lignées transgéniques ou knockin peuvent être fabriquées.
Bien que le système CRISPR/Cas9 soit très efficace et relativement spécifique, des activités indésirables hors cible ont été signalées12-15. Pour minimiser les événements hors cible, les nickases Cas9 (Cas9n) ont également été conçues9,10,14,16,17. Cas9n (Cas9 D10A ou Cas9 H840A) est une enzyme Cas9 avec des mutations au niveau de l’un des deux domaines de la nucléase, qui ne provoque qu’une entaille au niveau d’un brin d’ADN. Pour réaliser un clivage aux deux brins, deux ARNsg sont conçus pour guider une paire de nickases, qui coupent séparément aux loci voisins des deux brins d’ADN différents. La stratégie de « double entaille » nécessite une conception plus stricte que la plate-forme Cas9 conventionnelle, et offre à la fois une efficacité élevée et une spécificité élevée pour les expériences d’édition de gènes.
Ce manuscrit décrit un protocole permettant de générer un rapporteur de cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC) spécifiques à la lignée à l’aide de la recombinaison homologue assistée par le système CRISPR/Cas. Les étapes permettant d’obtenir les composants nécessaires à la fabrication de lignées neuronales rapporteures à l’aide de l’édition du génome médiée par le système CRISPR/Cas sont décrites, en mettant l’accent sur la construction de vecteurs cibles et d’ARNsg. Ce protocole a été répété avec succès dans plusieurs lignées d’hiPSC, y compris celles dérivées d’individus sains et de patients atteints de maladies du SNC. Les gènes ciblés dans notre laboratoire comprennent OLIG2, HB9 (MNX1), NEUROG2, SOX1, ALDH1L1 et SOD1. L’efficacité de ciblage de la recombinaison homologue médiée par le système CRISPR/Cas dans les hiPSC varie de 20 à 40 %, ce qui est cohérent avec les rapports précédents1,18,19. Par rapport à une efficacité typique de 1 à 2 % dans les expériences conventionnelles de ciblage génique, l’efficacité du ciblage est considérablement améliorée.