תיאר הם פרוטוקולים עבור עריכת הגנום יעיל מאוד של גזע המטפאות מורקיים ומחולל קדמון (HSPC) על ידי מערכת CRISPR/Cas9 כדי לפתח במהירות מערכות מודל העכבר עם המטפאות ספציפיים שינויים גנים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
תיאר הם פרוטוקולים עבור עריכת הגנום יעיל מאוד של גזע המטפאות מורקיים ומחולל קדמון (HSPC) על ידי מערכת CRISPR/Cas9 כדי לפתח במהירות מערכות מודל העכבר עם המטפאות ספציפיים שינויים גנים.
מניפולציה גנים בתאי גזע המטבטיים באמצעות גישות הטרנסגנזה קונבנציונאלי יכול לגזול זמן רב, יקר, ומאתגר. נהנה מהתקדמות בטכנולוגיה לעריכת הגנום, מערכות משלוח וירוסים-מתווכת טרנסגנטית, שיטה יעילה וחסכונית מתוארת כאן כי קובע עכברים שבו הגנים מניפולציות במיוחד בתאי גזע המטפאות. השימוש בווירוסים משמשים כדי להפוך את Cas9-הביטוי השושלת-שלילי בתאי מח עצם עם מדריך RNA (gRNA) מיקוד גנים ספציפיים גן כתבת הקרינה האדומה (RFP), אז תאים אלה הם מושתלים לתוך לC57BL/6 עכברים. עכברים המושתלים עם הבעת וירוס לבטא gRNA לא המיקוד משמשים כפקדים. בתאום מראש של תאי גזע המטבטיים מוערכים על-ידי ניתוח ציטומטלי של דם היקפי של RFP-חיוביים. באמצעות שיטה זו, ~ 90% התמרה של תאים מיאלואיד ו ~ 70% של תאי הלימפה ב 4 שבועות לאחר ההשתלה ניתן להשיג. דנ א גנומית מבודדת מתאי דם RFP-חיוביים, וחלקים של ה-DNA באתר ממוקד מוגברת על ידי PCR כדי לאמת את עריכת הגנום. פרוטוקול זה מספק הערכה של תפוקה גבוהה של גנים המטפאות-רגולציה וניתן להרחיב למגוון מודלים של מחלת העכבר עם מעורבות תא המטפאות.
מחקרים רבים ב המטולוגיה ואימונולוגיה להסתמך על הזמינות של עכברים מהונדסים גנטית, כולל עכברים קונבנציונאלי ומותנה/להקיש החוצה להשתמש בעכבר מערכת ספציפיים מנהלי המערכת כגון Mx1-היצור, ו-מונה, ואחרים . אחת,שתיים, שלוש,ארבע,חמש אסטרטגיות אלה דורשות הקמתה של זנים העכבר החדש, אשר יכול להיות זמן רב והורדה פיננסית. בעוד ההתקדמות המהפכנית בטכנולוגיית עריכת הגנום אפשרו את הדור של זנים העכבר החדש כמה ש3-4 חודשים עם המומחיות הטכנית המתאימה6,7,8,9 , הרבה יותר זמן נדרש כדי להגביר את מושבת העכבר לפני ניסויים רודפים. בנוסף, הליכים אלה יקרים. לדוגמה, מעבדת ג'קסון מפרטת את המחיר הנוכחי של שירותי הדור של עכברים שיצאו לשלב ב-$16,845 לכל מאמץ (כמו בדצמבר 2018). לכן, שיטות חסכוניות יותר ויעילות יותר מאשר גישות קונבנציונאלי מורגניים הינה יתרון רב יותר.
באשכולות באופן קבוע הכולל מרווח קצר הכולל/החלבון CRISPR המשויך החלבונים 9 (CRISPR/Cas9) הטכנולוגיה הובילה לפיתוח כלים חדשים עבור מהירה ויעילה RNA מבוססי, רצף ספציפי הגנום עריכה. התגלתה במקור כמנגנון החיסון בקטריאלי אדפטיבית להרוס את ה-DNA הפתוגן הפולש, crispr/Cas9 מערכת שימש ככלי כדי להגדיל את האפקטיביות של עריכת הגנום בתאים איקריוטית ודגמי בעלי חיים. מספר גישות המועסקים לשדר CRISPR/Cas9 מכונות לתאי גזע המטפאות (כלומר, אלקטרופורציה, נוקלאופיקציה, ליפופה, משלוח נגיפי, ועוד).
כאן, מערכת הנגיף מועסק כדי לשנות את התאים בשל יכולתה להדביק ביעילות Cas9-הבעת הפנים מורה בתאי גזע וחבילה יחד מדריך RNA ביטוי בונה, היזמים, רצפי רגולציה, וגנים לקודד חלבונים של כתב פלורסנט (כלומר, GFP, RFP). באמצעות שיטה זו, vivo gene לשעבר לעריכה של תאי גזע העכבר המטפאות הושג, ואחריו החוקה מוצלחת של מח עצם בעכברים לקרינה לעבר לבידוד10. וקטור לווירוס מועסק עבור מחקר זה מבטא את Cas9 ו GFP הכתב גנים מן היזם ליבה משותפת EF1a עם הכניסה הפנימי ריבוזומזיט במעלה מהגן העיתונאי. רצף ה-RNA המנחה מתבטא מיזם U6 נפרד. מערכת זו משמשת לאחר מכן כדי ליצור מוטציות הכניסה והמחיקה של המועמד השבטיים גנים מנהלי התקן Tet2 ו Dnmt3a10. עם זאת, יעילות התמרה באמצעות שיטה זו נמוכה יחסית (~ 5%-10%) בשל גודל גדול של הוספת וקטור (13 kbp) כי מגביל את היעילות התמרה ומפחית סיכוייו וירוס במהלך הייצור.
במחקרים אחרים, זה הוכח כי גודל גדול יותר של רנ א ויראלי שלילית משפיע על ייצור וירוס ויעילות התמרה. לדוגמה, גידול של 1 kb בגודל ההכנסה מדווח כדי להקטין את ייצור וירוסים על-ידי ~ 50%, ואת יעילות התמרה תפחית ליותר מ 50% בתאי גזע המטפאות11. לכן, זה יתרון כדי להקטין את הגודל של הכנס ויראלי ככל האפשר כדי לשפר את היעילות של המערכת.
הגרעון הזה יכול להתגבר על ידי שימוש בעכברים Cas9 טרנסגניים, שבו החלבון Cas9 מתבטא בצורה חוקתית או inducible בדרך12. העכברים כמובן/Cas9 טוק-in העכבר מבטא Cas9 endonuclease ו-EGFP מן היזם הקאג ב Rosa26 לוקוס באופן מקום. Thus, בונה עם sgRNA תחת השליטה של היזם U6 ו RFP גן העיתונאי תחת השליטה של היזם הליבה EF1a ניתן להעביר באמצעות וקטור הווירוס כדי להשיג את עריכת הגנום. בעזרת מערכת זו, הגנים של תאי גזע המטבטיים נערכו בהצלחה, מראה היעילות של ~ 90% התמרה. כך, פרוטוקול זה מספק שיטה מהירה ואפקטיבית ליצור עכברים שבו מוטציות גנים ממוקדות מוצגים לתוך המערכת המטתית. בעוד המעבדה שלנו היא בעיקר באמצעות סוג זה של טכנולוגיה כדי ללמוד את התפקיד של המטופאות שבטיים בתהליכי מחלות לב וכלי דם13,14,15, זה חל גם על מחקרים של המטולוגית ממאירות16. יתר על כן, פרוטוקול זה ניתן להרחיב לניתוח של איך מוטציות DNA ב HSPC השפעה מחלות אחרות או תהליכים התפתחותיים במערכת המטפאות.
כדי להקים מערכת חזקה וקטורית וקטורי, סיכוייו גבוהה ויראלי מניות ותנאים אופטימיזציה עבור התמרה והשתלת תאים המטפאות נדרשים. בפרוטוקול, הוראות מסופקות על הכנת מניות סיכוייו גבוהה ויראלי בסעיף 1, אופטימיזציה של תנאי התרבות של תאי גזע המטפי מורטין בסעיף 2, שיטות השתלת מח עצם בסעיף 3, והערכה בתיאום מקטע 4.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל ההליכים הכרוכים בנושאי בעלי חיים אושרו על-ידי הוועדה המוסדית לטיפול בבעלי חיים (IACUC) באוניברסיטת וירג.
1. יצירה וטיהור של חלקיקי וירוס
הערה: לאחר חלקיקי וירוס המכילים את מדריך מיטבי RNA ניתן לייצר על ידי הפרוטוקולים המפורטים המסופקים על ידי Addgene: < https://media.addgene.org/cms/files/Zhang_lab_LentiCRISPR_library_protocol.pdf) >. שיטות מיטוב להכנה גבוהה ולאחסון של וירוסים, נדונים במקום אחר17,18. בקצרה, הנגיף מופק על ידי שיתוף משותף של וקטור בינוני וקטורי psPAX2, ו-pMD2. G לתוך התאים HEK 293T. התרבות הסופרנטאנט נאסף ב-48 h לאחר ההעברה ומרוכז על ידי מעבר-החצייה. סיכוייו של הנגיף נקבע על-ידי שיטת המבוסס על qpcr הזמינה באופן מסחרי. הליך זה צריך להתבצע בקבינט השני של מחלקת הבטיחות.
2. בידוד והתמרה של שושלת היוחסין-תאים שליליים מתוך מח עצם העכבר (איור 1A)
הערה: בדרך כלל, כדי לבודד מספיק תאים, זוגות של הטיה, femurs, ו humeri הם קוצרים מכל עכבר. ניתן גם לקצור את עצמות האגן והשדרה כמקור לתאים שליליים.
3. השתלת תאים שעברו התמרה לעכברים שעברו הקרינה
4. הערכת כימנות של דם היקפי
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
באמצעות הפרוטוקול המתואר לעיל, כ 0.8-1.0 x 108 תאים מח עצם לכל עכבר הושגו. מספר שושלת היוחסין-תאים שליליים שאנו משיגים הוא כ 3 x 106 תאים לכל עכבר. בדרך כלל, התשואה של שושלת מח העצם-תאים שליליים הוא 4%-5% מזה של תאים גרעיניים מח העצם הכולל.
כימריזם של תאי התמרה (RFP-חיובי) מוערך על ידי הסיילנסות של דם היקפי (איור 2A,B). בלאד מבודד מווריד רטרו-מסלולית וסמנים מתא...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
היתרון של פרוטוקול זה הוא יצירת מודלים בעלי חיים מחסה מוטציות ספציפיות בתאי המטפאות באופן מהיר וחסכוני מאוד בהשוואה לגישות העכבר הקונבנציונלי הטרנסגניים. נמצא כי מתודולוגיה זו מאפשרת את הדור של עכברים עם תא המטפאות מניפולציות גנים בתוך חודש 1. בפרוטוקול זה קיימים מספר שלבים קריטיים המחייבים שיקולים נוספים.
הקרנת רצף gRNA
מומלץ לבדוק gRNAs ב מבחנה כדי להעריך את יעילות העריכה לפני התנהלות בניסויים vivo. היעילות של gRNAs נבדק באמצעות תא ללא שעתוק מבחנה...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
. למחברים אין מה לגלות
S. S. היה נתמך על ידי האגודה האמריקנית לצדק בתר-דוקטורט 17POST33670076. ק. ו. נתמך על ידי NIH מענקים R01 HL138014, R01 HL141256, ו R01 HL139819.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| RPMI בינוני 1640 (1X) | Gibco | 11875-093 | |
| סולפאמתוקסזול בינוני והזרקת טרימתופרים | TEVA | 0703-9526-01 | |
| 1/2 סמ"ק מזרק אינסולין במינון נמוך | EXELINT | 26028 | אספקה |
| כללית 293T תאי | ATCC | CRL-3216-- | קו תאים |
| APC-אנטי-עכבר Ly6C (Clone AL-21) | BD Biosciences | 560599 | נוגדנים |
| APC-Cy7-anti-mouse CD45R (RA3-6B2) | BD Biosciences | 552094 | נוגדנים |
| BD Luer-Lok מזרקים חד פעמיים, 10 מ"ל | BD | 309604 | אספקה כללית |
| BD Microtainer צינורות איסוף דם, K2EDTA הוסיף | BD Bioscience | 365974 | אספקה כללית |
| BD מחט Precisionglide, 18 גרם | BD | 305195 | אספקה כללית |
| BD מחט Precisionglide, 22 ג' | BD | 305155 | אספקה כללית |
| BV510-אנטי עכבר CD8a (שיבוט 53-6.7) | Biolegend | 100752 | נוגדנים |
| BV711-אנטי-עכבר CD3e (שיבוט 145-2C11) | Biolegend | 100349 | נוגדנים |
| קולגן מעור עגל | סיגמא-אולדריץ' | 9007-34-5 | אספקה כללית |
| קורנינג קוסטאר אולטרה-נמוך מצורף מרובה בארות צלחת, 6 בארות | Millipore Sigma | CLS3471 | אספקה כללית |
| CRISPR/Cas9 עכברים דפוקים | במעבדת ג'קסון | 028555 | עכבר |
| DietGel 76A | Clear H2O | 70-01-5022 | אספקה כללית |
| Dulbecco' s Modified Eagle' s בינוני (DMEM) - גלוקוז גבוה | סיגמא אולדריץ | ' D6429 | בינוני |
| eBioscience 1X RBC מאגר ליזה | תרמו פישר מדעי | 00-4333-57 | תמיסה |
| פלקון 100 מ"מ צלחת תרבית תאים מטופלת TC | מדעי החיים | 353003 | אספקה כללית |
| פלקון 5 מ"ל מבחנה פוליסטירן תחתון עגול | החיים | 352054 | אספקה כללית |
| פלקון 50 מ"ל חרוטי צינורות צנטריפוגה | פישר סיינטיפיק | 352098 | אספקה כללית |
| Falcon 6 Well Clear Flat Bottom TC-Assisted Multiwell Cell Culture Plate | מדעי החיים | 353046 | אספקה כללית |
| פישרברנד מיקרוהמטוקריט צינורות נימיים תרמו | פישר סיינטיפיק | 22-362566 | אספקה כללית |
| פישרברנד מסנני תאים סטריליים, 70 μ m | פישר סיינטיפיק | 22363548 | אספקה כללית |
| FITC-anti-mouse CD4 (Clone RM4-5) | Invitrogen | 11-0042-85 | מאגר |
| קיבוע | BD Bioscience | 554655 | Solution |
| Guide-it Compete sgRNA מערכות סינון Clontech | 632636 | Kit | |
| Isothesia (Isoflurane) תמיסת הנרי | שיין | 29404 | |
| פתרון Lenti-X qRT-PCR ערכת טיטרציה | ערכת Takara | 631235 | |
| שושלת ערכת דלדול תאים, עכבר | Miltenyi Biotec | 130-090-858 | ערכת |
| Millex-HV יחידת מסנן מזרק, 0.45 מ"מ | Millipore Sigma | SLHV004SL אספקה | |
| כללית PBS pH7.4 (1X) | Gibco | 10010023 | |
| PE-Cy7-anti-mouse CD115 (Clone AFS98) | eBioscience | 25-1152-82 | נוגדנים |
| PEI MAX | Polysciences | 24765-1 | תמיסה |
| תערובת פניצילין-סטרפטומיצין | לונזה | 17-602F | תמיסת |
| PerCP-Cy5.5-anti-mouse Ly6G (Clone 1A8) | BD Biosciences | 560602 | נוגדנים |
| pLKO5.sgRNA.EFS.tRFP | Addgene | 57823 | פלסמיד |
| pMG2D | Addgene | 12259 | פלסמיד |
| זיהום פוליברן/מגיב טרנספקציה | סיגמא אולדריץ' | TR-1003-G | תמיסת |
| צינורות צנטריפוגה פוליפרופילן | BECKMAN COULTER | 326823 | אספקה כללית |
| psPAX2 | Addgene | 12260 | פלסמיד |
| RadDisk – מכרסם Irradiator דיסק | Braintree מדעי | IRD-P M | אספקה כללית |
| עכבר רקומביננטי SCF | Peprotech | 250-03 | פתרון |
| עכבר, רקומביננטי TPO | פפרוטק | 315-14 | פתרון |
| StemSpan SFEM | STEMCELL Technologies | 09600 | |
| פתרון TOPO TA ערכת שיבוט לריצוף עם One Shot TOP10 מוכשר כימית E.coli | Thermo fisher Scientific | K457501 ערכת | |
| Zombie Aqua Fixable Viability Kit | BioLegend | 423102 | Solution |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.