Un flux de travail de microinjection CRISPR/Cas9 pour le marquage fluorescent endogène dans la lignée germinale de Caenorhabditis elegans afin d’obtenir des lignées de knock-in homozygotes pour une analyse in vivo de la localisation des protéines.
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Un flux de travail de microinjection CRISPR/Cas9 pour le marquage fluorescent endogène dans la lignée germinale de Caenorhabditis elegans afin d’obtenir des lignées de knock-in homozygotes pour une analyse in vivo de la localisation des protéines.
La localisation des protéines dans la lignée germinale de Caenorhabditis elegans (C. elegans) est centrale pour interpréter la fonction génique lors de la gamétogenèse, mais les approches transgéniques conventionnelles produisent souvent une expression variable et peuvent être réduites au silence dans les cellules germinales. Ici, un flux de travail pratique CRISPR/Cas9 insérant une étiquette fluorescente dans un locus endogène est décrit, permettant la génération d’allèles knock-in stables qui rapportent la distribution des protéines sous régulation native. Le protocole couvre les étapes clés de la procédure : choisir une stratégie de marquage adaptée à la protéine cible, délivrer des réactifs CRISPR par microinjection gonadiale dans de jeunes hermaphrodites adultes, et récupérer les animaux injectés pour le dépistage. Les candidats knock-in sont identifiés par génotypage basé sur PCR sur deux générations afin d’isoler les vers homozygotes et de vérifier l’allèle modifié. Enfin, la microscopie confocale est utilisée pour vérifier la fluorescence germinale et évaluer la localisation subcellulaire in vivo. Le flux de travail est conçu pour être reproductible et largement applicable aux gènes enrichis en lignées germinales, offrant une voie simple pour établir des souches homozygotes marquées pour des analyses développementales et biologiques cellulaires.
Caenorhabditis elegans (C. elegans) est un modèle bien établi pour étudier le développement reproductif et la gamétogenèse, en raison de son cycle de vie court, de son corps transparent et de sa grande facilité génétique1. C. elegans existe principalement sous forme d’hermaphrodites autofécondants, dont la gonade subit d’abord la spermatogenèse, puis passe à l’oogenèse. Ce mode reproducteur simplifie le maintien de la souche et facilite l’obtention de lignéeshomozygotes 2. La transcriptomique spatiale récente a considérablement élargi la liste des gènes enrichis dans la gonade et a révélé des schémas d’expression spécifiques au sexe prononcés dans le système reproducteur chez C. elegans3. Plus récemment, le séquençage à ARN unicellulaire a permis la reconstruction des trajectoires de développement des cellules germinales et l’inférence des réseaux régulateurs des gènes régissant laspermatogenèse 4. Ensemble, ces ensembles de données génèrent des listes riches de candidats, mais l’interprétation fonctionnelle nécessite souvent d’observer le comportement des protéines in vivo — spécifiquement, définir quand et où les protéines correspondantes se localisent et comment leurs schémas évoluent au cours du développement de la lignée germinale.
La transgenèse conventionnelle chez C. elegans repose souvent sur la microinjection gonadale d’ADN plasmidique, ce qui génère facilement des réseaux extrachromosomiquesmulti-copies 5. Cependant, dans la lignée germinale, ces réseaux sont souvent fortement réduits au silence, un mécanisme qui est censé aider à maintenir l’intégrité germinale en restreignant l’expression de l’ADN répétitif, préservant ainsi la fonction germinale et la stabilité de l’information génétique à travers lesgénérations 6, 7. En conséquence, les constructions d’expression des transgènes facilement exprimées dans les tissus somatiques peuvent être faibles ou incohérentes dans la lignée germinale. Même lorsque l’expression est détectable, les effets du nombre de copies et les éléments régulateurs modifiés peuvent modifier la dose et le timing des protéines, pouvant potentiellement dérouter les conclusions sur la localisation et la dynamique natives. Pour répondre à ces limitations, le bombardement de microparticules et l’insertion à une seule copie médiée par Mos1 (MosSCI) sont largement utilisés pour générer des raies transgéniques intégrées à faible ou simplecopie 8,9,10. Ces approches peuvent améliorer l’expression dans la lignée germinale, mais elles diffèrent en coût, en capacité et en leur capacité à reproduire la régulation endogène. L’édition du génome CRISPR/Cas9 offre une voie plus directe en insérant une balise fluorescente au niveau du locus endogène via une réparation dirigée par l’homologie, générant ainsi des allèles knock-in stables qui rapportent la localisation et la dynamique des protéines sous contrôle régulateurnatif 11,12,13,14.
Ici, un flux de travail pratique pour le marquage endogène fluorescent médié par CRISPR/Cas9 chez C. elegans est décrit, appliqué à des gènes sélectionnés sur la base de schémas d’expression enrichis par la lignée germinale rapportés. Le protocole décrit la sélection de cibles, la conception d’ARN de type et guide du donneur, la microinjection gonadique et le dépistage en aval pour isoler les lignées knock-in homozygotes, suivies d’une validation par génotypage. Cette approche est largement applicable aux gènes exprimés par la lignée germinale à travers les stades de développement et permet des analyses quantitatives de la localisation et de la dynamique des protéines in vivo. Ce flux de travail offre une stratégie pratique pour le marquage des gènes exprimés dans la lignée germinale et pour analyser la localisation et la dynamique des protéines in vivo sous contrôle réglementaire natif.
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Toutes les expériences impliquant Caenorhabditis elegans ont été menées conformément aux directives institutionnelles pour le soin et l’utilisation des organismes de laboratoire à l’Université normale de Pékin.

Figure 1 : Aperçu du marquage endogène fluorescent médié par CRISPR/Cas9 chez C. elegans. Flux de travail schématique illustrant les principales étapes de la génération et de la validation par knock-in fluorescent endogène. À l’étape de conception et de construction, un gène cible enrichi par la lignée germinale et un site d’insertion sont sélectionnés, pDD162 est utilisé comme plasmide CRISPR/Cas9 pour l’expression de Cas9 et guide de l’ARN, et pPD95.75 est utilisé comme colonne dorsale du donneur dans lequel le label fluorescent (par exemple, GFP) et les bras d’homologie gauche et droit sont sous-clonés. Au stade de microinjection, le mélange d’injection CRISPR/Cas9 (incluant le plasmide gRNA/Cas9, le gabarit donneur et les marqueurs de co-injection) est injecté dans la gonade des jeunes hermaphrodites, suivi d’une récupération sur des plaques ensemencées. Lors de la phase de validation, les progéniture positives au marqueur sont sélectionnées pour le génotypage en aval, incluant l’identification par PCR des événements knock-in et la confirmation par séquençage ADN, et les lignées knock-in réussies sont ensuite examinées par microscopie à fluorescence pour évaluer l’expression germinale et la localisation subcellulaire de la protéine marquée. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
1. Sélectionner un gène cible enrichi en lignée germinale
2. Concevoir le modèle d’ARN guide et de donneur
3. Préparez le mélange d’injection
| Composant | Fonction | Concentration de travail (ng/μL) |
| pDD162 | Plasmide CRISPR/Cas9 (expression de Cas9 et gRNA) | 50-100 |
| Plasmide donneur (dorsale pPD95.75) | Modèle donneur HDR portant une étiquette fluorescente flanquée de bras d’homologie de ~1 kb | 50-100 |
| pRF4 | Marceur de co-injection (phénotype du rouleau) | 50-100 |
| pPD122.11 | Marqueur de co-injection (expression GFP) | 5-10 |
| Stérile ddH2O | Passer au dernier volume | – |
Tableau 1 : Composition du mélange d’injection et fonctions plasmidiques. Le mélange d’injection contient le plasmide d’expression CRISPR, le plasmide donneur, pRF4 et pPD122.11 aux concentrations indiquées, pour un volume total de 10 μL.
4. Chargez et préparez l’aiguille d’injection
5. Préparer les vers pour l’injection
REMARQUE : Préparez les plaques de milieu de croissance nématode (NGM) et le tampon M9 comme décritprécédemment 17. Maintenir les vers sur des plaques ensemées d’Escherichia coli OP50 (dorénavant OP50) et effectuer des injections en arrière-plan N2.
6. Effectuer une microinjection gonadiale

Figure 2 : Localisation du syncytium gonade distal pour microinjection chez le jeune adulte C. eleganshermaphrodites. (A) Image en champ clair à faible grossissement d’un jeune adulte hermaphrodite monté. Les deux bras gonades sont visibles ; Le site d’injection est indiqué pour un bras (flèche) comme exemple représentatif. La région encapsulée marque la zone représentée à un grossissement plus élevé dans le panneau B. (B) Vue DIC à plus grand grossissement de la gonade distale correspondant à la région encapsulée du panneau A. La flèche indique la position d’injection dans le syncytium gonadique distal, où le mélange d’injection est délivré. Barres d’échelle : 100 μm (A) et 20 μm (B). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
7. Filtrer les candidats F1 pour identifier les lignes knock-in-positives
8. Criblage de la progéniture F2 pour isoler les lignées de knock-in homozygotes et confirmer l’intégration
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Suivant le protocole, les jeunes hermaphrodites adultes ont été microinjectés gonadalement avec un plasmide CRISPR/Cas9 (pDD162), un donneur de plasmides codant pour une étiquette knock-in GFP flanquée d’environ 1 ko de bras d’homologie (pPD95.75), et des marqueurs de co-injection (pRF4 et pPD122.11). Un gène cible enrichi en lignée germinale a été utilisé comme exemple représentatif pour générer un allèle knock-in homozygote stable qui rapporte la localisation des protéines sous contrôl...
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Ce flux de travail est conçu pour générer des lignées d’entrée stables, homozygotes, dans lesquelles une marque fluorescente est insérée au lieu endogène pour signaler la localisation des protéines sous contrôle réglementairenatif 5,6,7,8,9,10. En pratique, le succès est mieux jugé par une ch...
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Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Ce travail a été soutenu par des subventions du Programme national clé de recherche et développement de Chine (2023YFA1801100 à L.M.), de la Natural Science Foundation of China (32400698 à P.W., 32270774 à L.M.).
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Agar | Beijing Lablead Biotech Co., Ltd. | QZ02 | Composant pour la préparation de plaques d'agar NGM |
| Agarose | NOVON | ZZ14011 | Préparation de tampons d'agarose à 2% |
| Souche Caenorhabditis elegans N2 | Caenorhabditis Genetics Center (CGC) | Souche de fond pour l'injection | |
| Centrifugeuse | Eppendorf | 5425 | Clarifier le mélange d'injection |
| Cholesterol | Beijing Chemical Reagents Company | 57-88-5 | Composant pour la préparation de plaques d'agar NGM |
| Plasmid de marqueur de co-injection rol-6 (su1006) (pRF4) | Guangshuo Ou Lab | Marqueur roller pour enrichir les candidats | |
| Microscope confocal | ZEISS | LSM880 + Airyscan | Valider l'expression/localisation GFP |
| Di-Potassium hydrogen phosphate (K2HPO4) | Sinapharm | CAS: 7758-11-4 | Composant pour la préparation de plaques d'agar NGM |
| Di-Sodium hydrogen phosphate (Na2HPO4) | Sinapharm | CAS: 7558-79-4 | Composant pour la préparation du tampon M9 |
| Ladder d'ADN | Mei5 Biotechnology, Co., Ltd. | MF288-01 | Référence de taille pour les gels d'agarose |
| Armature de plasmide donneuse (pPD95.75) | Addgene | 1494 | Armature pour la construction du donneur HDR |
| Système d'électrophorèse | Beijing Liuyi Biotechnology Co., Ltd. | 112-0630 | Séparation des amplicons PCR sur les gels d'agarose pour le criblage des jonctions et le génotypage de zygosité |
| Souche Escherichia coli OP50 | Caenorhabditis Genetics Center (CGC) | Source de nourriture pour les vers | |
| Plasmid de marqueur de co-injection fluorescent (pPD122.11) | Fire Lab | Co-marqueur GFP pour enrichir les candidats | |
| Stéréomicroscope fluorescent | SOPTOP | SZX12-HT | Détection des vers vivants pour les marqueurs de co-injection fluorescents |
| GelRed Nucleic Acid Gel Stain | Mei5 Biotechnology, Co., Ltd. | MF079-plus-01 | Visualisation des bandes d'ADN |
| Capillaires en verre | World Precision Instruments | 1B100F-4 | Utilisés avec un tireur de pointe pour fabriquer des aiguilles d'injection |
| Huile halocarbone 700 | Sigma-Aldrich | H8898-50ML | Prévenir la dessiccation pendant l'injection |
| Incubateur | Wuhan Ruihua Instrument & Equipment Co., Ltd. | HP400S | Maintenir les vers à une température standard |
| Sulfate de magnésium (MgSO4) | Sinapharm | CAS: 7487-88-9 | Composant pour la préparation de plaques d'agar NGM et de tampon M9 |
| Pipettes microcapillaires | KIMBLE | 71900-50 | Chauffées et cassées pour créer un outil de chargement |
| Unité de microinjecteur | Eppendorf | FemtoJet 4i | Délivrer des impulsions de pression contrôlées du mélange d'injection dans la gonade distale via une aiguille de microinjection (commandée par pédale) |
| Verres de couverture de microscope | Fisherbrand | 12545A 22×30-1 | Préparation de tampons d'agarose à 2% pour le montage et l'immobilisation des vers pendant la microinjection; Ouvrir les pointes des aiguilles d'injection contre le bord du porte-objet |
| Microscope pour microinjection | ZEISS | Axio Observer.A1 | Microscope d'injection |
| Tireur de pointe | Sutter Instrument Company | Modèle P97 | Transformer les capillaires en verre en aiguilles d'injection |
| Thermocycleur PCR | Bio-Rad | C1000 Touch Thermal Cycler | Amplification PCR |
| pDD162 (Peft-3::Cas9 + Empty sgRNA) | Addgene | 47549 | Expression de Cas9 + sgRNA |
| Peptone | Gibco | 308723 | Composant pour la préparation de plaques d'agar NGM |
| Diphosphate de potassium (KH2PO4) | Sinapharm | CAS: 7778-77-0 | Composant pour la préparation de plaques d'agar NGM et de tampon M9 |
| Chlorure de sodium (NaCl) | Sinapharm | CAS: 7647-14-5 | Composant pour la préparation de plaques d'agar NGM et de tampon M9 |
| Stéréomicroscope | Motic | K400L | Choisir et monter les vers sur des tampons d'agarose et effectuer les étapes de récupération post-injection |
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