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La costruzione di librerie di plasmidi a livello di genoma a partire dalle risorse disponibili è la base e il prerequisito per l'impiego della genomica funzionale per sezionare i processi biologici. Gli attuali metodi di clonazione ad alto rendimento, inclusi i sistemi di clonazione Gateway, In-Fusion, Creator e Univector, richiedono l'amplificazione PCR dei frammenti di DNA target 1,2,3,4,5. Questo prerequisito comporta flussi di lavoro di elaborazione specifici per frammenti che comprendono più operazioni standardizzate, tra cui, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, la progettazione di primer per oligonucleotidi, la purificazione del gel e la convalida della sequenza attraverso il sequenziamento. Di conseguenza, la costruzione di librerie di plasmidi a livello di genoma (ad esempio, librerie di sovraespressione cDNA/ORF) è diventata laboriosa e dispendiosa in termini di tempo, impedendo l'avanzamento della genomica funzionale.
In precedenza, abbiamo sviluppato CRISPRmass, un metodo di clonaggio ad alto rendimento progettato per integrare specifici frammenti di DNA (ad esempio, il modulo UAS) in più plasmidi che condividono dorsali vettoriali identiche6. Utilizzando CRISPRmass, abbiamo costruito più di 5.500 plasmidi UAS-cDNA/ORF basati su GAL4/UAS da una libreria di cDNA/ORF di Drosophila , la Drosophila Genomics Resource Center (DGRC) Gold Collection6. Tuttavia, CRISPRmass non ha la capacità di trasferire frammenti di DNA tra vettori, limitando la sua applicazione nel clonaggio ad alto rendimento.
Per affrontare queste limitazioni, abbiamo sviluppato la clonazione shuttle basata su CRISPR (CRISPRshuttle), un nuovo metodo ad alto rendimento che facilita il trasferimento di più frammenti di DNA bersaglio ai vettori di destinazione dai plasmidi donatori7. Questo processo richiede solo due reazioni sequenziali in provetta, eludendo così il requisito per la manipolazione specifica del frammento di bersagli discreti di DNA7.
Il protocollo CRISPRshuttle prevede due reazioni sequenziali in provetta (Figura 1). In primo luogo, le sequenze vettoriali condivise dei plasmidi del donatore vengono scisse da Cas9/sgRNA per rilasciare frammenti di DNA bersaglio. Questi frammenti vengono poi trasferiti nella cassetta CRISPRshuttle di un vettore compatibile con CRISPRshuttle tramite l'assemblaggio Gibson per generare i plasmidi finali. Una cassetta CRISPRshuttle comprende una sequenza di backbone vettoriale di ~20-40 bp che fiancheggia le estremità 5' e 3' dei frammenti di DNA provenienti da plasmidi donatori e uno o due siti di riconoscimento di enzimi di restrizione unici situati tra queste sequenze fiancheggianti. Un vettore compatibile con CRISPRshuttle viene costruito inserendo una cassetta CRISPRshuttle in un vettore di destinazione, che viene successivamente linearizzato digerendo i siti di restrizione all'interno della cassetta. Il vettore di destinazione deve portare un gene di resistenza agli antibiotici distinto da quelli dei plasmidi donatori; Se identico, il gene di resistenza deve essere sostituito con uno distinto prima dell'uso.
Qui, presentiamo un protocollo dettagliato che utilizza CRISPRshuttle per costruire una libreria di plasmidi UAS-cDNA/ORF. Questo processo prevede il trasferimento di ORF umane dalla CCSB-Broad Lentiviral Expression Library al vettore di transgenesi di Drosophila pBID-UASC 8,9. CRISPRshuttle semplifica la costruzione di librerie di plasmidi a livello di genoma, facilitando così gli studi di genomica funzionale.