THP-1 הוא קו תאים אנושי שמקורו במונוציטים שבודד מחולה הסובל מלוקמיה חריפה (AML), המציג מאפיינים פנוטיפיים הדומים מאוד לאלה של מונוציטים ראשוניים1. בהשוואה למקרופאגים ראשוניים שמקורם במונוציטים, שאינם מתחלקים ומציגים הן תוחלת חיים מוגבלת והן שונות בין/תוך-תורם בפנוטיפ, ניתן לתרבת תאי THP-1 כמעט לנצח ויש להם התנהגות הומוגנית יותר המעדיפה שחזור תוצאות 2,3,4,5,6 . יש לציין כי ניתן להתמיין בתאי THP-1 לכיוון פנוטיפ דמוי מקרופאגים עם phorbol-12-myristate 13-acetate (PMA), מה שהופך אותם למודל מבחנה בשימוש נרחב לחקירת התגובות של מונוציטים/מקרופאגים לאותות דלקתיים 7,8,9,10,11,12,13 או זיהום על ידי פתוגנים אנושיים רלוונטיים מבחינה קלינית, כולל HIV 14,15,16. האפשרות להנדס גנטית תאי THP-1 מעניינת בתחומי מחקר רבים הקשורים לביולוגיה.
Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeats-CRISPR associated protein 9 (CRISPR-Cas9) הוא מערכת חיסון אדפטיבית פרוקריוטית המבוססת על נוקלאז מונחה RNA כדי לפרק גנומים נגיפיים פולשים, אשר תוכנתה מחדש ככלי להנדסה גנטית17. תהליך עריכת הגנום מתנהל בשלושה שלבים: זיהוי, מחשוף ותיקון. RNA מדריך יחיד (sgRNA) מגייס את נוקלאז Cas9 למיקום גנומי ספציפי באמצעות זיווג בסיסים עם רצף המדריך של 20 bp. נוכחותו של רצף Protospacer Adjacent Motif (PAM) ישירות 3' מרצף המטרה הגנומי של 20 bp מפעילה את ההתפרקות והפיצול בתיווך Cas9 בשני גדילי ה-DNA בין מיקומים 17 ו-18 (3-bp 5' של ה-PAM). שבירת הגדיל הכפול (DSB) המתקבלת מעובדת על ידי שני מסלולי תיקון עיקריים. בהיעדר תבנית תיקון הנושאת הומולוגיה עם הלוקוס הפגום, מסלול הצטרפות הקצה הלא-הומולוגי (NHEJ) הנוטה לשגיאות יציג הכנסות ו/או מחיקות אקראיות של נוקלאוטידים (indels), מה שעלול להוביל למוטציות בשינוי מסגרת ו/או הכנסת קודוני סיום מוקדמים (PTC). בתורו, mRNAs המכילים PTC ממוקדים על ידי פירוק על ידי מסלול דעיכת mRNA בתיווך שטויות (NMD), ובסופו של דבר משבשים את ביטוי/תפקוד החלבון 18,19,20. לחלופין, מסלול התיקון המונחה הומולוגיה (HDR) התלוי בתבנית יכול לפעול ולתקן נאמנה את ה-DSB. מנגנון זה נרתם להשגת עריכה גנטית מדויקת, כולל דפיקות והחלפות בסיסים. ראוי לציין כי מצב מחזור התא הוא גורם חשוב המשפיע על בחירת מסלול תיקון DSB. ואכן, NHEJ פעיל בכל שלבי מחזור התא, בעוד ש-HDR מוגבל בעיקר לשלבי S/G221.
תאי THP-1 גדלים בתרחיף וידועים לשמצה כקשים להעברה עם DNA פלסמיד, הליך שאולי גם משנה את הכדאיות ו/או יכולת ההתמיינות שלהם22,23. התמרה עם וקטורים לנטי-ויראליים מבוססי HIV-1 המקודדים הן את Cas9 והן את ה-sgRNA משמשת לעתים קרובות כדי להפיל (KO) גן מעניין24. שילוב קלטת Cas9/sgRNA בגנום התא מבטיח ביטוי ממושך ו-KO יעיל, אך הוא גם מקור מתמשך להשפעות מחוץ למטרה25. לחלופין, הריבונוקלאופרוטאינים Cas9:sgRNA (RNPs) שהורכבו מראש מועברים על ידי אלקטרופורציה, שיטה הכוללת היווצרות זמנית של נקבוביות הן בפלזמה והן בממברנות הגרעין בעת הפעלת דחפים חשמליים. שימור כדאיות התאים הוא אתגר חשוב בעת נקיטת גישה זו.
כאן, קו תאים THP-1 המבטא ביציבות GFP (THP-1_GFP) הופק כדי לשמש ככלי להקמת פרוטוקול להשגת עריכה יעילה מבוססת CRISPR-Cas9. לאחר תכנון אסטרטגיה להשבתת הגן EGFP באמצעות שלושה sgRNAs בו זמנית (גישה מרובת מדריכים), נקבעה יעילות KO בין מספר תנאי אלקטרופורציה באמצעות ביטוי GFP כקריאה. התפשטות התאים נוטרה במקביל. עריכת גנים אושרה הן על ידי בדיקת T7 endonuclease I (T7EI) והן על ידי ריצוף Sanger, ואחריו ניתוח עם אלגוריתם Inference of CRISPR Edits (ICE)26. פרמטרים שהניבו ירידה של עד 95% בביטוי GFP, כאשר תאי THP-1 התאוששו משיעורי גדילה תקינים לאחר אלקטרופורציה, הופעלו בהצלחה כדי לנטרל גן אנדוגני (SAMHD1) ולייצר שיבוטי THP-1 חד-תאיים.