אנו מתארים גישה מסתגלת מאוד לשימוש באבלציה גנטית בתיווך קומפלקס ריבונוקלאופרוטאין CRISPR-Cas9 בתאי CD4 T נאיביים של עכברים כדי לחקור את תפקוד הגנים בהתמיינות תאי CD4 T.
מאמר שיטה
אנו מתארים גישה מסתגלת מאוד לשימוש באבלציה גנטית בתיווך קומפלקס ריבונוקלאופרוטאין CRISPR-Cas9 בתאי CD4 T נאיביים של עכברים כדי לחקור את תפקוד הגנים בהתמיינות תאי CD4 T.
הנגישות הנרחבת של טכנולוגיית CRISPR-Cas9 הפכה את מיקוד הגנים בתאים ראשוניים לשיטה שגרתית להערכת תפקוד הגנים בתאי T. בהתחשב בעלות ובזמינות המוגבלת של זני עכברים נוקאאוט (KO), בדיקת השערות ראשוניות הכוללות תפקוד גנים בתאי T יכולה להיות מונעת שימוש במודלים של בעלי חיים ממוקדי גנים. עם זאת, באמצעות משאבים זמינים מסחרית, כולל RNA מנחה (gRNAs) שתוכננו מראש, חוקרים יכולים ליצור בנוחות תאי T נאיביים ממוקדי גנים שניתן להשתמש בהם למחקרי הפעלה והתמיינות של תאי T.
כאן אנו מתארים פרוטוקול לשימוש בקומפלקסים ריבונוקלאופרוטאין CRISPR-Cas9 (RNPs) המועברים על ידי נוקלאופקציה כדי ליצור ביעילות תאי CD4 T נאיביים של עכברי KO שניתן להשתמש בהם כדי להעריך את תפקוד הגנים בהתמיינות תאי CD4 T, במבחנה. בידוד של תאי CD4 T נאיביים מאיברי לימפה משניים של עכבר, ואחריו נוקלאופקציה עם קומפלקסים Cas9-gRNA מבטיח שהגן KO מתחיל לפני הפעלת תאי T במורד הזרם, ומציע יתרון אסטרטגי על פני אספקת gRNA בתיווך רטרו-ויראלי, הדורש בדרך כלל הפעלה מוקדמת של תאי T, ומונע הערכת השפעות בתאי T נאיביים. יתר על כן, שיטה מבוססת נוקלאופקציה זו עוקפת בעיות התפתחותיות פוטנציאליות הקשורות לבעלי חיים בגן KO.
לאחר אספקת Cas9-gRNA, אנו מתארים פרוטוקולים לחקר התמיינות תאי CD4 T לשושלות Th1, Th2, Th17 ו-Treg באמצעות קיטוב במבחנה . בנוסף, פרוטוקול זה ניתן להתאמה לשימוש בתאי CD4 או CD8 T ממוקדי גנים עבור יישומים רבים במורד הזרם, כולל מחקרי הפעלת תאי T אחרים במבחנה ומחקרי העברה מאמצת in vivo. השימוש בשיטות CRISPR-Cas9 ייעל את יכולתנו להעריך את תפקוד הגנים בתאי T ומאפשר KO שגרתי של גנים רבים מעניינים, ושחרר חוקרים ממגבלות הקשורות לחקר חיות KO גנטיות.
השימוש בטכנולוגיות מבוססות CRISPR שינה את יכולתנו לתפעל רצפי DNA גנומיים, ושיפר מאוד את יכולתנו לחקור את תפקוד הגנים באינספור מערכות ביולוגיות. ביחס לתאי CD4 T, הופיעו שיטות המשתמשות בקומפלקסים של ריבונוקלאופרוטאין (RNP) CRISPR-Cas9, המאפשרות נוק-אאוט יעיל של גנים (KO) בתאי T נאיביים ראשוניים שניתן להשתמש בהם למחקרי מבחנה ו-in vivo 1,2,3,4. זיהוי גנים משוערים חדשים המווסתים את התמיינות תאי CD4 T מונע לעתים קרובות על ידי ניתוחים טרנסקריפטומיים ואפיגנומיים, ויוצר מטרות חדשות שעבורן יכולים להיות מעט משאבים או קשים להשגה לחקירה, במיוחד אם הגן משפיע על רקמות מרובות ועשוי לדרוש הערכה באמצעות עכברים ממוקדי גנים מותנים. מיקוד גנים באמצעות התמרה רטרו-ויראלית של gRNAs 5,6 שימש להערכת תפקוד הגנים בתאי T, אך דורש הפעלת תאי T לזיהום רטרו-ויראלי, ולא ניתן להשתמש בו כדי למקד גנים בתאי T נאיביים. CRISPR-Cas9 המסופק על ידי נוקלאופקציה בתאי T נאיביים מציע כלי חלופי זול ומהיר יחסית לאימות וחקירה של גנים חדשים מעניינים לפני השקעה במודלים של עכברים גוזלי זמן ויקרים.
בפרוטוקול שלנו המתואר כאן, עריכת גנים בתיווך CRISPR-Cas9 מתבצעת באמצעות חלבון Cas9 רקומביננטי המורכב עם מולקולות RNA מנחה (gRNA) המועברות לתאי CD4 T נאיביים באמצעות נוקלופקציה. ה-gRNA מורכב משני רכיבים נפרדים, RNA CRISPR מפעיל טרנס-מפעיל (tracrRNA) ו-CRISPR RNA (crRNA). מבחינה פונקציונלית, רצפים שמקורם ב-tracrRNA מקלים על שיוך ה-gRNA עם Cas9, בעוד שרצפי ה-crRNA מכילים ספציפיות לאזורי ה-DNA המעניינים. קומפלקסים של Cas9-gRNA מתווכים שבירות DNA דו-גדילי ממוקדות (dsDNA), כאשר gRNAs מתווכים את ספציפיות הרצף של פעילות אנדונוקלאז Cas9 7,8. המחשוף בתיווך Cas9 של dsDNA מוביל להשבתת גנים, באמצעות יצירת מוטציות אינדל בעקבות הצטרפות קצה לא הומולוגית בתאי מטרה9. בפרוטוקול זה, אנו ממליצים להשתמש במספר gRNAs המכוונים לגנים מעניינים כדי להבטיח KO חזק בתאי CD4 T נאיביים.
תאי CD4 T מסייעים הם שחקני מפתח במערכת החיסון, והם מנחים את התגובות החיסוניות באמצעות ייצור של מגוון ציטוקינים המווסתים את התפקוד של סוגים רבים של תאי חיסון. עם גירוי דרך קולטן תאי T (TCR) בנוכחות ציטוקינים ספציפיים, תאי CD4 T נאיביים יכולים להתמיין לשושלות נפרדות של תאי T מסייעי T (Th) CD4, כולל Th1, Th2, Th17 ותאי T רגולטוריים (Treg)10,11,12. הגדרת שושלות תאי CD4 T מובחנות אלה היא הביטוי של גורמי שעתוק ספציפיים המגדירים שושלת (TFs) וציטוקינים (איור 1). ניתן למדל התמיינות תאי CD4 T באמצעות קיטוב במבחנה 13,14,15, תוך שימוש בתאי CD4 T נאיביים המופעלים דרך ה-TCR בנוכחות ציטוקינים מקדמי שושלת ונוגדנים חוסמים המונעים אימוץ שושלת לא הולם.
שילוב של מיקוד גן CRISPR-Cas9 בתאי CD4 T נאיביים עם קיטוב תאי CD4 T במבחנה מציע מערכת חזקה להערכת תפקוד הגנים בתאים אלה (איור 2). בהתחשב בזמינות הנרחבת של ריאגנטים להערכת התמיינות CD4 על ידי זרימה ציטומטרית, ניתן לחקור בקלות היבטים מרכזיים של התמיינות תאי CD4 T, כולל ביטוי TF וייצור ציטוקינים, באמצעות הפרוטוקולים המתוארים כאן. זיהוי גנים חדשים המווסתים את תפקוד תאי CD4 T משפר את הבנתנו את התאים הללו, ושיטות CRISPR-Cas9 בשילוב עם קיטוב במבחנה מציעות שיטה חזקה להערכת תפקוד הגנים לפני התחייבות למודלים של עכברי KO של גנים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
עבור כל ההליכים המתוארים כאן, השתמשנו בעכברי C57/BL6J מסוג פרא (WT). עכברים הוחזקו וטופלו בתנאים ספציפיים נטולי פתוגנים (SPF) בהתאם להנחיות של NIAID (פרוטוקול LISB-22E) וועדות הטיפול והשימוש בבעלי חיים ב-NIH (Animal Welfare Assurance #A-4149-01).
1. שיקולים לפני שמתחילים
2. בידוד תאי CD4 T נאיבי
הערה: ניתן לבודד תאי CD4 T נאיביים באמצעות בידוד מגנטי או באמצעות מיון תאים. הטוהר המתקבל מבידוד מגנטי הוא בדרך כלל 97%, וכדאיות התאים גבוהה מאוד, בעוד שמיון אלקטרוני יכול לשפר את טוהר התאים על חשבון כדאיות התא. הפרוטוקול המתואר כאן ישתמש בבידוד מגנטי אך ניתן להתאים אותו לכל אחד מהתרחישים. ודא שעמודות ה-LS מוכנות כראוי (טבלת חומרים).
3. היווצרות קומפלקס Cas9-gRNA
הערה: הכן בקרה שלילית ומלאי crRNA ספציפי לגנים. אנו מתארים שימוש ב-crRNA ייחודי אחד לתנאי בקרה שליליים ושלושה crRNAs ייחודיים לתנאי מיקוד גנים. שימוש בשלושה crRNAs נפרדים בו זמנית מבטיח KO של הגנים המעניינים.
4. נוקלאופקציה - אבלציה גנטית בתיווך Cas9-gRNA
5. בידוד תאים מציגי אנטיגן (APC)
הערה: ודא שמגיב המיטומיצין הוכן שישמש לטיפול ב-APCs לאחר בידוד (טבלת חומרים). קרא את פרוטוקול המיקרו-חרוזים נגד FITC של היצרן לפני שתתחיל וודא שעמודות ה-LS מוכנות כראוי (טבלת חומרים).
6. התמיינות תאי CD4 T
הערה: פרוטוקול זה מוגדר לתרבית תאים בפורמט צלחת של 48 בארות - 2 × 105 CD4 נאיבי + 1 × 106 APC לבאר - יחס של 1:5. התאים מתורבתים במדיית IMDM מלאה. כאן, נספק תנאים להתמיינות של תאי Th1, Th2, Th17 ו-Treg CD4 T; עם זאת, ניתן לבחור תנאי שושלת בודדים בהתאם למיקוד המשתמש.
7. הערכת ההשפעה של אבלציה גנטית בהתמיינות תאי CD4 T
הערה: עבור כל שלבי הצביעה, הכינו תערובת מאסטר של נוגדנים שנוספו בדילול המתאים למאגר הצביעה הנדרש. נעשה שימוש בנפח של 50 מיקרוליטר של קוקטייל הנוגדנים/חוצץ לכל דגימה. התאם נוגדנים ספציפיים המשמשים על סמך הניסוי. על המשתמשים לבחור לוחות נוגדנים הרלוונטיים לניסויים הספציפיים שלהם; כאן אנו מספקים תבנית שבעזרתה ניתן לגשת לכך בהקשר של הגנים הממוקדים כאן.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כדי לאמת שאוכלוסייה טהורה של תאי CD4 T נאיביים הושגה באמצעות הפרוטוקול שלנו (סעיף 2), השתמשנו בזרימה ציטומטרית כדי לזהות תאים אלה לפני ואחרי בידוד מגנטי. באמצעות הגישה שלנו, השגנו אוכלוסייה טהורה ביותר של CD4+TCRb+CD25-CD44-CD62L+ תאי CD4 T נאיביים לאחר בידוד (איור 3A). יתר על כן, כדי לאשר כי קומפלקסים של Cas9-gRNA עברו בהצלחה גרעין לתאי CD4 T נאיביים (סעיף 4), ביצענו זרימה ציטומטרית על תאים שטופלו ב-Cas...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
שילוב פרוטוקולים להעברת קומפלקסים של CRISPR-Cas9 לתאי CD4 T נאיביים עם שיטות לחקר התמיינות תאי CD4 T מספק כלי חזק לחקר גנים חדשים המווסתים את הביולוגיה של תאי CD4 T. כאן, אנו מספקים מדריך מקיף לשימוש בריאגנטים Cas9 ו-gRNA זמינים מסחרית שפשוט לעבוד איתם. אספקה בתיווך נוקלאופקציה של קומפלקסים Cas9-gRNA לתאי CD4 T נאיביים מספקת עריכת גנים יעילה ביותר, ומאפשרת נוקאאוט כמעט מוחלט של גנים מעניינים. בנוסף, ניתוח זרימה ציטומטרית של תאי CD4 T מקוטבים במבחנה מאפשר בחינה מקיפה של התמיינות ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי אינטרסים להצהיר עליהם.
מחקר זה נתמך על ידי תוכנית המחקר הפנימי של NIAID, NIH.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 0.5 M EDTA, pH = 8.0 | IPM Scientific | 11005-016 | |
| 16% Paraformaldehyde, PFA | Electron Microscopy Sciences | 15710 | לדלל עם PBS כדי ליצור תמיסה מקבעת של 4% PFA |
| 1x eBioscience Buffer (1x מאגר פרמיביליזציה) | Thermo Fisher Scientific | 00-5523-00 | השתמש במאגר חדירות מהערכה כדי ליצור תמיסה 1x |
| 1x PBS, pH = 7.4 | איכות ביולוגי | 114-058-101 | |
| 2-מרקפטואתנול (1000x) | Gibco | 21985-023 | |
| יחידת ליבת נוקלאופקטור 4D | Lonza | AAF-1003B | |
| 4D Nucleofector X Unit | Lonza | AAF-1003X | |
| 60 מ"מ | צלחת פלקון | 353002 | |
| 70 ומיקרו; m מסננת רשת ניילון | Fisherbrand | 22363548 | |
| ACK Lysing Buffer | Gibco | A10492-01 | |
| Amaxa P3 תא ראשוני 4D-Nucleofector X Kit | Lonza | V4XP-3032 | ערכה זו כוללת: P3 תמיסת תאים ראשונית, תוסף 1 ורצועות נוקלאוקובט 16 בארות |
| מיקרו-חרוזים נגד FITC | Miltenyi Biotec | 130-048-701 | עקוב אחר פרוטוקול Miltenyi Anti-FITC Microbeads |
| CD28 נגד עכבר (37.51) | bioXcell | BE0015-1 | ראה טבלה 1 לריכוז |
| מלאי נגד עכבר CD3e (145-2C11) | bioXcell | BE0001-1 | ראה טבלה 1 לריכוז |
| מלאי נגד עכברים IFNγ (XMG1.2) | bioXcell | BE0055 | ראה טבלה 1 לריכוז מלאי |
| נגד עכבר IL-12p40 (C17.8) | bioXcell | BE0051 | ראה טבלה 1 לריכוז מלאי |
| נגד עכבר IL-4 (11B11) | bioXcell | BE0045 | ראה טבלה 1 לריכוז מלאי |
| BioLite 48-well Mutlidish | Thermo Fisher Scientific | 130187 | |
| בקר סרום אלבומין | Science | A3059 | |
| Cas9 אנזים | IDT | 1081059 | Alt-R S.p. Cas9 Nuclease V3 (10 מ"ג/מ"ל) - מכיל רצף לוקליזציה גרעינית |
| IMDM מלא + IL-7 Media | IMDM מלא עם 5 ננוגרם/מ"ל IL-7 | ||
| מדיה | IMDM מלאה IMDM+GlutMAX, 10% FBS, 1% L-גלוטמין, 1% עט/סטרפטוק, 0.1% | ||
| BME | מדיה RPMI מלאהRPMI-1640, 10% FBS, 1% L-גלוטמין, 1% עט/סטרפטוק, 0.1% | ||
| BME CRISPick | https://portals.broadinstitute.org/gppx/crispick/public | ||
| crRNA רצוי | IDT | משומש שתוכנן מראש מאתר IDT: https://www.idtdna.com/site/order/designtool/index/CRISPR_PREDESIGN | |
| eBioscience FOXP3/סט מאגר צביעה של גורם שעתוק | Thermo Fisher Scientific | 00-5523-00 | הערכה מכילה שלושה ריאגנטים: תרכיז קיבוע/פרמביליזציה (4x), מדלל קיבוע/פרמביליזציה, ומאגר פרמיביליזציה (10x) |
| מאגר | 1x PBS, 1% FBS, 1 מ"מ EDTA | ||
| סרום בקר עוברי (FBS) | VWR Seradigm Life Science | 97068-085 | יש לנטרל את החום לפני השימוש (לחמם עד 56&00 מעלות; C למשך 45 דקות) |
| FITC נגד עכבר CD4 (RM4-5) | Biolegend | 100510 | 1/200 דילול (ריכוז מלאי 0.5 מ"ג/מ"ל) |
| FITC נגד עכבר CD8 ואלפא; (53-6.7) | Biolegend | 100706 | דילול 1/200 (ריכוז מלאי של 0.5 מ"ג/מ"ל) |
| Golgi Stop | BD Biosciences | 51-2092KZ | דילול 1/2000 |
| IMDM (1x) + GlutMAX-1 Media | Gibco | 31980-030 | |
| מלח סידן יונומיצין מ-Streptomyces conglobatus (1 מ"ג/מ"ל) | Sigma Aldrich | 10634 | ריכוז סופי מומלץ של 500 ננוגרם/מ"ל |
| L-גלוטמין 200 מ"מ (פי 100) | Gibco | 25030-081 | |
| עמודות LS | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
| MACS Buffer | 1x PBS, 0.5% BSA, 1 mM EDTA, מסנן מעוקר | ||
| מיטומיצין C (0.5 מ"ג/מ"ל) | Millipore Sigma | M4287-2MG | |
| עכבר Naï ve ערכת בידוד תאי CD4 T | Miltenyi Biotec | 130-104-453 | עקוב אחר Miltenyi Naï ve פרוטוקול בידוד תאי CD4 T. ערכה זו כוללת Naï ve קוקטייל נוגדנים ביוטין תאי T CD4+, מיקרו-חרוזים אנטי-ביוטין ומיקרו-חרוזים CD44 |
| בקרה שלילית crRNA | IDT | 1072544 אלטרנטיבה לעיצוב בקרה שלילית משלו | |
| מאגר דופלקס ללא נוקלאז | IDT | 1072570 | |
| רצועות צינור PCR | ארה"ב Scientific | 1402-2700 | |
| פניצילין סטרפטומיצין | Gibco | 15140-023 | |
| פורבול 12-מיריסטט 13-אצטט, PMA (100 ומיקרו; גרם/מ"ל) | Sigma Aldrich | P8139 | ריכוז סופי מומלץ של 50 ננוגרם/מ"ל |
| ProSeries צינורות צנטריפוגה בעלי ביצועים גבוהים 15 מ"ל | אלקלי מדעי | PS5600 | 15 מ"ל צינורות חרוטיים |
| רקומביננטיים אנושיים (h) IL-2 | Peprotech | 200-02 | ראה טבלה 1 לריכוז מלאי |
| רקומביננטי אנושי TGF-b1 (נגזר HEK293) | Peprotech | 100-21 | ראה טבלה 1 למלאי ריכוז |
| עכברים רקומביננטי IL-12p70 | Peprotech | 210-12 | ראה טבלה 1 עבור ריכוז מלאי |
| עכברים רקומביננטיים IL-4 | Peprotech | 214-14 | ראה טבלה 1 עבור ריכוז מלאי |
| עכברים רקומביננטיים IL-6 | Peprotech | 216-16 | ראה טבלה 1 עבור ריכוז מלאי |
| עכברים רקומביננטיים IL-7 | Peprotech | 217-17 | הכן ב 100 ng/mL |
| RPMI 1640 Media | Gibco | 21870-076 | |
| Thermal Cycler | Applied Biosystems | 4375786 | אנו משתמשים במודל זה של thermocycler, אולם כל ציוד דומה יעבוד היטב בפרוטוקול זה |
| tracrRNA Atto550 label | IDT | 1075928 | מאפשר זיהוי של קומפלקסים של Cas9-gRNA לאחר nuceloefection באמצעות פלואורסנטיות Atto550 כקריאה. אנו ממליצים על מגיב זה במידת האפשר. |
| Triton-X Buffer | 1x PBS, 0.5% TritonX-100, 0.1% BSA | ||
| TritonX-100 | BioRad | 161-0407 | |
| tracrRNA ללא תווית | IDT | 1072534 | אפשרות tracrRNA חסכונית יותר, אך אינה מאפשרת הערכה של יעילות הנוסלופיקציה של קומפלקסי Cas9-gRNA |
| Veriti Thermal Cycler, 96-well Fast | Thermo Fisher Scientific | 4375305 | אנו משתמשים במודל זה של thermocycler, אולם כל ציוד דומה יעבוד היטב בפרוטוקול זה |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה