אימות ניסיוני של פעילות משפר ניגש בצורה הטובה ביותר על ידי ניתוח אובדן תפקוד. מוצג כאן פרוטוקול יעיל המשתמש במחיקה בתיווך CRISPR/Cas9 כדי לחקור ויסות ספציפי לאלל של שעתוק גנים בתאי F1 ES המכילים גנום היברידי (Mus musculus129 x Mus castaneus).
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
אימות ניסיוני של פעילות משפר ניגש בצורה הטובה ביותר על ידי ניתוח אובדן תפקוד. מוצג כאן פרוטוקול יעיל המשתמש במחיקה בתיווך CRISPR/Cas9 כדי לחקור ויסות ספציפי לאלל של שעתוק גנים בתאי F1 ES המכילים גנום היברידי (Mus musculus129 x Mus castaneus).
משפרים שולטים בזהות התא על ידי ויסות ביטוי גנים ספציפיים לרקמה באופן בלתי תלוי במיקום ובאוריינטציה. משפרים אלה ממוקמים לעתים קרובות רחוק מהגן המווסת באזורים בין-גניים או אפילו בתוך גופו של גן אחר. האופי הבלתי תלוי במיקום של פעילות המשפר מקשה על התאמת משפרים לגנים שהם מווסתים. מחיקת אזור משפר מספקת ראיות ישירות לפעילות משפר והיא תקן הזהב לחשיפת תפקידו של משפר בשעתוק גנים אנדוגני. שיטות מחיקה קונבנציונליות המבוססות על רקומבינציה הומולוגית עלו על ההתקדמות האחרונה בטכנולוגיית עריכת הגנום המאפשרות שינויים מהירים ומדויקים בגנום של אורגניזמים מודלים רבים. ניתן להשתמש בעריכת גנום בתיווך CRISPR/Cas9 כדי לתפעל את הגנום בסוגי תאים ואורגניזמים רבים במהירות ובחסכון, בשל הקלות שבה ניתן למקד את Cas9 לגנום על ידי RNA מנחה מפלסמיד ביטוי מותאם אישית. מחיקה הומוזיגוטית של אלמנטים חיוניים לוויסות גנים עלולה להוביל לקטלניות או לשנות את הפנוטיפ התאי, בעוד שמחיקה מונואללית של משפרי שעתוק מאפשרת לחקור את ויסות סיס של ביטוי גנים ללא נושא מבלבל זה. מוצג כאן פרוטוקול למחיקה בתיווך CRISPR/Cas9 בתאי גזע עוברי (ES) של עכבר F1 (Mus musculus129 x Mus castaneus). מחיקה, סינון וניתוח ביטוי מונואלליים מתאפשרים על ידי פולימורפיזמים של נוקלאוטידים בודדים (SNP) בין שני האללים המתרחשים בממוצע כל 125 bp בתאים אלה.
גורמי רגולטוריים תעתיק הם קריטיים עבור כוונון במרחב ובזמן קנס של ביטוי גנים במהלך התפתחות 1 ושינוי של אלמנטים אלו יכולים לגרום למחלות בשל ביטוי 2 גנים סוטים. אזורים רבים הקשורים מחלה שזוהו על ידי מחקרי עמותה רחבים הגנום נמצאים באזורים ללא קידוד ויש להם תכונות של משפרי תעתיק 3-4. זיהוי משפר והתאמתי עם הגנים שהם מווסתים מסובכים כפי שהם בדרך כלל ממוקמים כמה kilobases מן הגנים שהם מווסתים ועשויים להיות מופעלים באופן רקמות ספציפיות 5-6. תחזיות Enhancer מבוססים בדרך כלל על סימני שינוי היסטון, מתחמי-cohesin מתווך ומחייבת של שעתוק סוג תא ספציפי גורמי 7-10. אימות של משפר חזוי לרוב נעשתה באמצעות assay וקטוריות שבו משפרים מפעיל ביטוי של גן כתב 11-12. נתונים אלה מספקים נמידע aluable מהפוטנציאל רגולטוריות של רצפים משפרים משוערים אבל לא חושף את תפקידם בהקשר הגנומי אנדוגני שלהם או לזהות את הגנים שהם מווסתים. הגנום עריכה משמש ככלי רב עוצמה כדי לחקור את הפונקציה של גורמים רגולטוריים תעתיק בהקשר אנדוגני שלהם על ידי ניתוח הפסד של פונקציה.
התקדמות עריכת הגנום, כלומר מערכת עריכת הגנום CRISPR / Cas9, לסייע בחקירת פונקציה הגנום. מערכת CRISPR / Cas9 קלה לשימוש להתאמה למערכות ביולוגיות רבות. החלבון Cas9 הוא ממוקד לאתר מסוים בגנום ידי RNA מדריך (gRNA) 13. המתחם SpCas9 / gRNA סורק את הגנום רצף גנומי היעד שלה אשר חייב להיות 5 'כדי מוטיב הסמוך protospacer (PAM) רצף, NGG 14-15. זיווג מאגר של gRNA למטרתה, 20 נוקלאוטידים (NT) רצף משלים gRNA, יפעיל פעילות nuclease SpCas9 וכתוצאה מכך doublדואר גדיל Break (DSB) 3 נ"ב במעלה הזרם של רצף PAM. סגולי מושג באמצעות זיווג בסיס שלם באזור הזרע gRNA, 6-12 nt סמוך PAM; לעומת זאת, חוסר התאמה 5 'של הזרע בדרך כלל נסבלים 16-17. הציג DSB ניתן לתיקון או עד הסוף שאינו הומולוגי שהצטרף (NHEJ) תיקון דנ"א או תיקון מכוון הומולוגיה (HDR) תיקון דנ"א mechanisms.NHEJ יוצר לעתים קרובות כניסה / מחיקה (indels) של כמה נ"ב באתר היעד שיכול לשבש מסגרת הקריאה הפתוחה (ORF) של גן. כדי ליצור מחיקות גדולות בגנום שני gRNAs, אשר לאגף את האזור של עניין, ניתן להשתמש 18-19. גישה זו שימושית במיוחד עבור המחקר של משפרי תעתיק התקבצו לאזורים מלאי לוקוס או-משפרי סופר אשר שגודלם עולים על משפר קונבנציונלי 9,18,20-22.
מחיקות Monoallelic הם מודל ערך ללימוד -regulation cis של שעתוק. הנצפה צ'אנגדואר ברמת תמליל לאחר מחיקת monoallelic של משפר וקושר לתפקיד משפר כי ויסות גנים ללא תופעות הבלבול שעלול להתרחש כאשר שעתוק של שני אללים מושפע ההשפיע כושר הסלולר פוטנציאלי. הערכת ביטוי מופחת קשה אולם ללא היכולת להבחין בין נמחק מן אלל הסוג הבר. יתר על כן, genotyping מחיקות בכל אלל ללא היכולת להבחין בין שני אללים הוא מאתגר, במיוחד עבור מחיקות גדולות של> 10 kb עד 1 Mb 23 שבו קשה להגביר את האזור סוג בר כולו על ידי PCR. השימוש בתאי גזע עובריים F1 שנוצר על ידי מעבר Mus musculus 129 עם Mus castaneus מאפשר שני אללים כדי להיות מובחן על ידי אלל ספציפי PCR 18,24. הגנום ההיברידי בתאים אלו, מסייע הקרנה מחיקה ספציפית אלל וניתוח ביטוי. בממוצע יש SNP כל נ"ב 125 בין שני אלה הגנוםמתן, גמישות בעיצוב פריימר לביטוי גנוטיפ מנתח. הנוכחות של SNP אחד יכול להשפיע על טמפרטורת ההתכה פריימר (מ T), ולמקד סגוליות PCR כמותי בזמן אמת (qPCR) הגברה המאפשר אפליה של שני אללים 25. יתר על כן חוסר התאמה בתוך הסוף '3 של פריימר משפיעה מאוד על היכולת של DNA פולימרז להאריך מן פריימר למנוע הגברה של יעד אלל הרצוי 26. כמתואר בפרוטוקול הבא הוא השימוש בתאי גזע עוברי F1 עבור מחיקות משפרות ספציפית אלל של יותר מ 1 kb וניתוח ביטוי שלאחר מכן באמצעות מערכת עריכת הגנום CRISPR / Cas9 (איור 1).

איור 1. מחיקת Enhancer באמצעות CRISPR / Cas9 ללמוד ציס -regulation של ביטוי גנים. (א) בתאי גזע עובריים F1 שנוצר על ידי הכלאה בין Mus musculus 129 Mus castaneus משמשים כדי לאפשר למחיקה ספציפית אלל. (ב) שני RNAs המדריך (gRNA) משמש כדי לעורר מחיקת Cas9 בתיווך גדולה של האזור משפר. (ג) קובע פריימר ומשמשים לזיהוי מונו גדול ומחיקות דו-אללים. פריימרים הכתומים הם פריימרים בפנים, פריימרים הסגול הם פריימרים מחוץ ואת פריימרים הירוקים הם פריימרים איגוף gRNA. (ד) שינויים בביטוי הגנים מנוטרים באמצעות qPCR אלל ספציפי. RFU מציין יחידות קרינה יחסיות. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. תכנון והקמת gRNA
2. Transfection
הערה:Electroporation היא שיטה יעילה של transfecting פלסמידים לתוך בתאי גזע עובריים. השיטה המתוארת כאן משתמשת בטכנולוגית transfection microporator.
3. FACS מיון תאים transfected
4. Culturing המשובטים עבור Genotyping, ניתוח ביטוי מניות תא הקפאה
עיצוב 5. אלל ספציפי פריימר
6. Genotyping את המחיקה
7. ביטוי ניתוח עם פריימרים ספציפיים אלל
8. הכנת מאגר הקפאה עבור אחסון לטווח ארוך של בתאי גזע עובריים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הפרוטוקול המתואר כאן משתמש בתאי F1 ES ללמוד -regulation cis של ביטוי גנים בתאים נמחקו משפרים monoallelic שנוצרו באמצעות CRISPR / עריכת הגנום Cas9 (איור 1). GRNA ועיצוב פריימר ספציפי אלל עבור genotyping ביטוי גנים הם גורמי המפתח בגישה זו. כל קבוצת פריימר אלל ספציפי חייבת להיות מאומתת על ידי qPCR כדי לאשר סגולי אלל. פריימרים אלל ספציפי כי להגביר רק יעד הדנ"א הגנומי שלהם הם אידיאליים (איור 2). באופן אידי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
עריכת טכנולוגיה הגנום בתיווך CRISPR / Cas9 מספק שיטה פשוטה, מהירה וזולה עבור שינוי הגנום. השיטה המפורטת כאן כדי ליצור ולנתח מחיקה משפר monoallelic לאפיון משפר תפקודי מנצלת SNPs בתאי עכבר F1. היתרונות של סוג זה של גישה הם: 1) מחיקות משפרים monoallelic אינן מייצרות תופעות בלבול המתרחשות כאשר משפר קריטי נמחק אללים שניהם, כלומר, הפחתה גדולה רמות החלבון של הגן המוסדר המוביל לתא קטלני או שינה פנוטיפ; 2) האם התדירות של מחיקת monoallelic נמוכה קבלת מחיקה הומוזיגוטים היא פחות סביר...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים קראו מדיניות של יופיטר על ניגוד העניינים ואין להם קונפליקטים לחשוף.
ברצוננו להודות לכל חברי מעבדת מיטשל על הדיונים המועילים. עבודה זו נתמכה על ידי המכונים הקנדיים לחקר הבריאות, הקרן הקנדית לחדשנות ומשרד המחקר והחדשנות של אונטריו (מענקי תפעול ותשתיות המוחזקים על ידי JAM).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| פולימראז DNA בנאמנות גבוהה של Phusion | NEB | M0530S | פולימראז בנאמנות גבוהה המשמש בהרכבת gRNA |
| Gibson Assembly Master Mix | NEB | E2611L gRNA_Cloning | |
| Vector | Addgene | 41824 | רצף יעד משובט לתוך וקטור זה כדי ליצור את הפלסמיד gRNA |
| pCas9_GFP | Addgene | 44719 | SpCas9 ו-EGFP מותאם לקודון פלסמיד ביטוי משותף |
| AflII | NEB | R0520S | |
| EcoRI | NEB | R3101S | |
| מערכת טרנספקציה ניאון 100 ומיקרו; L Kit | Life Technologies | MPK10096 | Microporator Transfection Technology |
| prepGEM | ZyGEM | PT10500 | מגיב מיצוי DNA גנומי |
| Nucleo Spin Gel & PCR ניקוי | Macherey-Nagel | 740609.5 | |
| ערכת מיני פלסמיד במהירות גבוהה | Geneaid | PD300 | |
| Maxi פלסמיד ערכת אנדוטוקסין חינם | Geneaid | PME25 | |
| SYBR בחר תערובת עבור CFX | Life Technologies | 4472942 | qPCR ריאגנט |
| iScript cDNA ערכת סינתזה | Bio-rad | 170-8891 | מגיב שעתוק הפוך |
| 0.25% טריפסין עם EDTA | Life Technologies | 25200072 | |
| PBS ללא Ca/Mg2+ | Sigma | D8537 | |
| 0.5 M EDTA | Bioshop | EDT111.500 | |
| HBSS | Life Technologies | 14175095 | |
| 1 M HEPES | Life Technologies | 13630080 | |
| BSA fraction V (7.5%) | Life Technologies | 15260037 | |
| יעילות מקסימלית DH5 α תאים מוכשרים | Invitrogen | 18258012 | |
| FBS | תא ES מוסמך | FBS נתון לבדיקות קודמות בתאי ES של עכברים לפלוריפוטנטיות | |
| DMSO | Sigma | D2650 | |
| Glutamax | Invitrogen | 35050 | |
| DMEM | Life Technologies | 11960069 | |
| Pencillin/Streptomycin | Invitrogen | 15140 | |
| נתרן פירובט | Invitrogen | 11360 | |
| לא חיוני חומצה אמינו-חומצה | Invitrogen | 11140 | |
| β-mercaptoethanol | Sigma | M7522 | |
| צלחת 96 בארות | Sarstedt | 83.3924 | |
| סרט איטום | Sarstedt | 95.1994 | |
| CoolCell | LX Biocision | BCS-405 | מיכל הקפאת תאים ללא אלכוהול |
| CHIR99021 | Biovision | 1748-5 | מעכב לתרבית תאי F1 ES |
| PD0325901 | Invivogen | inh-pd32 | לתרבית תאי F1 ES |
| LIF | Chemicon | ESG1107 | לתרבית תאי F1 ES |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.