TALENを介したセーフハーバーAAVS1遺伝子座での遺伝子編集により、ヒトiPS細胞における高効率の導入遺伝子追加が可能になります。このプロトコールでは、TALENおよびドナーベクター導入のためのiPS細胞の調製、iPS細胞のトランスフェクション、およびiPS細胞クローンの選択と単離の手順を説明しています。これにより、GFP遺伝子を標的と組み入れてレポーターラインを作製することができます。
方法論記事
TALENを介したセーフハーバーAAVS1遺伝子座での遺伝子編集により、ヒトiPS細胞における高効率の導入遺伝子追加が可能になります。このプロトコールでは、TALENおよびドナーベクター導入のためのiPS細胞の調製、iPS細胞のトランスフェクション、およびiPS細胞クローンの選択と単離の手順を説明しています。これにより、GFP遺伝子を標的と組み入れてレポーターラインを作製することができます。
標的導入遺伝子の追加は、ウイルスベクターを介したランダムな統合によって引き起こされる遺伝子サイレンシングと挿入突然変異誘発を回避しながら、持続的な遺伝子発現を提供することができます。このプロトコルは、検証済みのオープンソースTALENと遺伝子トラップのようなドナーを利用して導入遺伝子をセーフハーバー遺伝子座に送達することに基づく、ヒトiPS細胞における普遍的で効率的な導入遺伝子標的追加プラットフォームについて説明しています。重要なことは、効果的な遺伝子編集は、遺伝子編集ベクターの送達効率によって速度が制限されるということです。したがって、このプロトコルでは、まずトランスフェクション用のiPS細胞の調製に焦点を当て、高い核送達効率を達成します。iPS細胞を穏やかな細胞解離試薬を用いて単一細胞に解離し、最適化されたプログラムを用いてトランスフェクションすると、>50%の細胞が大きな遺伝子編集ベクターを取り込むように誘導することができます。AAVS1遺伝子座は活性遺伝子(PPP1R12C)のイントロンに位置しているため、スプライシングアクセプター(SA)結合ピューロマイシン耐性遺伝子(PAC)を使用して、ランダムに組み込みのみの細胞とトランスフェクションされていない細胞を除外しながら、標的となるiPS細胞を選択しました。この戦略は、標的クローンを取得する可能性を大幅に高め、他の活性遺伝子標的実験にも使用できます。特定のiPS細胞株に合わせて調整された用量でピューロマイシンを選択してから2週間後、大きな単離されたコロニーを手作業で解剖して小さな断片にすることでクローンをピッキングする準備が整い、さらに拡大し、遺伝的および機能的なスクリーニングを行うために、小さなウェル内の新鮮な培地に移されます。このプロトコールに従うことで、in vivoおよびin vitroイメージングおよび細胞単離に有用な複数のGFPレポーターiPS細胞株を容易に得ることができます。
胚性幹細胞のような多能性幹細胞(iPS細胞)へのヒト体細胞を再プログラムする能力は、最初高橋らによって発見された2007年1に4つの転写因子を発現するレトロウイルスで形質導入したヒト皮膚線維芽細胞(いわゆるダビング山中のOct3因子/ 4、Sox2の、c-Mycの、およびKlf4)の形態、増殖、遺伝子発現、およびエピジェネティックな状態に基づいて、ヒト胚性幹細胞(hESC)と非常に類似であることが示された。決定的に、iPS細胞はまた、3つの胚葉全て1の細胞に分化することができる。性IPSCの増殖能と分化能力は、彼らに非常に魅力的なツールになります。特定の疾患に罹患している患者からの細胞を再プログラミングすることによって、iPS細胞は、in vitro疾患モデル系としての潜在的治療薬としての両方に使用することができる。
後者の目的のために、いくつかの問題がiPS細胞の可能性を最大限前に対処する必要があります臨床設定で実現することができる。 in vitroで培養したhESCおよびiPSCの再プログラミングおよび細胞メンテナンス時異種誘導体の使用の腫瘍形成能、およびin vivoで移植された細胞を追跡する必要性は 、Hentze らによるレビュー、多能性幹細胞の臨床応用(のすべての重要なハードルである。 2)。移植後に関係なく、アプリケーションのサイレンと斑入り抵抗し、視覚的に検出可能なマーカーを伴うだろう分化した細胞を追跡する必要性に理想的なソリューション。外来DNAが安全ハーバー遺伝子座に導入されたときに統合された導入遺伝子の堅牢かつ持続的な表現は、最も容易に達成可能である。つまり、統合されたベクターの十分な転写を可能にするゲノム部位の隣接遺伝子3における発現の摂動を緩和し、同時に一方で。非常によく、その発見以来、特徴付けられているそのようなサイトには、アデノ随伴ウイルスINTEGRですタンパク質ホスファターゼ1調節サブユニット12C(PPP1R12C)遺伝子の第1イントロンにおけるATIONサイト1(AAVS1)、。この遺伝子座は、培養およびインビトロ分化3 に伸長時を統合導入遺伝子の持続的かつ強固な発現を可能にするだけでなく、転写摂動4から周囲の遺伝子を保護するだけでなく、示されている。両方の機能に起因AAVS1部位5に隣接する内因性のクロマチンインスレーターエレメントの存在のためであると考えられている。
単に過去10年間のゲノムエンジニアリングツールの進歩は著しく、任意の細胞型で遺伝子操作を達成することができる容易さと効率性を促進した。初期の成功した実験では、ESCは6,7に遺伝子ターゲッティングを達成するために導入された供与体と内因性相同組換え(HR)の非常に低レベルの依拠が、このようなジンクフィンガーヌクレアーゼ(ZFNは)、有意と、部位特異的ヌクレアーゼの使用ficantlyような実験8,9の効率を大幅に増加している二本鎖DNA切断の生成を介して相同組換えを誘導する。効率的なサイト固有のデザイナーヌクレアーゼに植物病原性キサントモナス属の転写活性化因子のようなエフェクター(テイルズ)および原核クラスタ化され、定期的にinterspaced短い回文反復(CRISPR)/ Cas9システムの両方の再利用は、多能性幹細胞でアクセス可能な遺伝子ターゲティングを行っていると実用的な方法論10-13。
最近の論文は、TALEヌクレアーゼ(TALENs)14を用いてヒトiPS細胞でAAVS1セーフハーバー座への緑色蛍光レポーターカセットの安定した組み込みのための効率的な方法を説明した。これらの標的性IPSCは、このような有用性のための強力な証拠を提供しても、心筋梗塞(MI)のマウスモデルへの心筋細胞移植に向け分化後に蛍光を維持安定した蛍光多能性幹細胞14。標的コロニーを得るために、遺伝子トラップ法は、スプライシングアクセプター(SA)は、図2(a)の自己切断ペプチド配列は、内因性PPP1R12Cプロモーターの制御下のピューロマイシン-N-アセチルトランスフェラーゼ(PAC)の遺伝子を配置し、前記使用された。したがって、AAVS1遺伝子座にDNA供与体を取り込んだだけiPS細胞は、彼らがピューロマイシン耐性に基づいて選択可能なレンダリング、PACを表現。 ( 図1、15)。このプロトコルは、AAVS1-GFP iPS細胞を生成する手順は、上のベースの性IPSCを選択、AAVS1セーフハーバー座に4.2キロバイトのDNA断片を統合するTALENsでiPS細胞をトランスフェクトするプロセスを含む、最近の論文14、および9.8キロバイトドナーで報告詳細をピューロマイシン耐性、およびクローン増殖のためにコロニーを選ぶ。本明細書に記載の技術は、多くのゲノム工学実験に適用することができる。
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1.基底膜マトリックスの調製とプラスチック製品の塗装
E8媒体の調製
性IPSCの3.解凍
4.メンテナンスとiPS細胞のルーチン継代
TansfectionのためのMEFとiPS細胞の5準備
6.ジェントル細胞解離試薬トリートメントND性IPSCのトランスフェクションは、エレクトロポレーションシステムを使用して
目標とされたiPS細胞の7マイシン選択
8.コロニーをピッキングし、ターゲットiPS細胞の拡大
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プロトコルの可視化は、iPS細胞がNutriStemのいずれかのためE8緑色または青色で強調異なる培地で培養している期間に、 図2に設けられている。それは、高品質のiPS細胞をトランスフェクトすることが重要である。定期的なメンテナンスを通じて培養皿を調べ、IPSC培養は玉石様の形態( 図3A)を有する、主に個別のコロニーが含まれていることを確認します。分化した細胞は、培養の10%以上を占めるべきではない。 pMaxに-GFPでのトランスフェクションは、一般的に、その小さなサイズに達成可能な最大効率を表すようにiPS細胞のトランスフェクション能力は、小さなpMaxに-GFPベクター( 図4A-B)を用いて評価し、最適化されています。例えば、我々はpMaxに-GFP( 図4B)と68.6パーセントのトランスフェクション効率を達成した。 AAVS1セーフハーバーをターゲットに、iPS細胞は、穏やかな、単一細胞解離試薬を用いて継代されるとAAVS1-TALENsとAAVS1-でトランスフェクトするCAG-EGF...
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(1)効率的にトランスフェクションにより性IPSCにTALENとドナープラスミドを提供する:AAVS1セーフハーバーの成功の世代のための最も重要なステップは、人間のiPS細胞であるターゲット(2)トランスフェクション後、トランスフェクションとメッキ密度の前に単一細胞にiPS細胞の解離を最適化する。 (3)用量およびIPSCラインの成長に基づく薬剤選択の時間を最適化する。 (4)を慎重に解剖し、目標とコロニーピッキング/ウェル新しいプレートに移す。 Hockemeyerの論文10で使用される類似の方法と比較して、このプロトコルは、で使用されるiPS細胞の数を減らすのに役立っている、オープンソースのAAVS1-TALENs、異なるIPSC解離試薬およびTALENsドナーベクターを送達するための別のトランスフェクションデバイスのペアを使用高いトランスフェクションを達成し、効率化を目標としながら実験。
ヒトiPS細胞における高効率の遺伝子編集を実現するためには、まず、遺伝子電子取引の配信を最適化することが不可欠である配送方法および試薬急性細胞死のバランスを取りながら...
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著者は、彼らが競合する経済的利益を持っていないことを宣言。
この研究は、国立関節炎・筋骨格・皮膚疾患研究所のNIH共通基金および学内研究プログラムの支援を受けました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| マトリゲル成長因子減少(GFR)基底膜マトリックス、* LDEVフリー、10 ml | Corning | 354230 | -20°Cで保存。 |
| DMEM/F-12 | Life Technologies | 11320-033 | 4°Cで保管 |
| Costar 6 Well Clear TC-Treated Multiple Well Plates | Corning | 3506 | |
| Essential 8 Medium | Life Technologies | A1517001 | 4°Cで基礎培地を保管し、-20°Cでサプリメントを保管します。 |
| Y-27632 二塩酸塩 | トクリス | 1254 | 室温で保存H2Oに溶解したら、-20°Cで保存してください。 |
| 塩化ナトリウム | Sigma | S5886-500G | |
| UltraPure 0.5 M EDTA, pH 8.0 | Life Technologies | 15575-020 | |
| DPBS, no calcium, no magnesium | Life Technologies | 14190-250 | |
| 100 mm TC-Treated Culture Dish | Corning | 430167 | |
| DR4 MEF 2M IRR - Academic | GlobalStem | GSC-6204G | 液体窒素で保存してください。 |
| DMEM、高グルコース、ピルビン酸 | ライフテクノロジー | ズ11995-040 | 4°Cで保管。 |
| 定義された胎児ウシ血清、米国原産 | HyClone | SH30070.03 | -20 °C. 4°Cで解凍C一晩とアリコート。アリコートを-20°Cで保管します。必要な場合までC。 |
| MEM 非必須アミノ酸溶液 (100X) | Life Technologies | 11140-050 | °Cで保存 |
| 4D-Nucleofector コアユニット | ロンザ | AAF-1001B | エレクトロポレーションシステム |
| 4D-Nucleofector Xユニットの一部 | エレクトロ | ポレーションシステム | AAF-1001X |
| 時に、プライマリセル溶液を取り出し、サプリメントを取り出して4°Cで保存します。 | |||
| StemPro Accutase Cell Dissociation Reagent | Life Technologies | A1110501 | -20°Cで保存し、4°Cで一晩解凍します。Cと37°Cでアリコートを温めます。使用前のCウォーターバス。 |
| NutriStem XF/FF 培養培地 | Stemgent | 01-0005 | -20°Cで保存 4°Cで一晩解凍;C |
| AAVS1 TALENs (pZT-AAVS1-L1 and pZT-AAVS1-R1) | Addgene | 52637 and 52638< | |
| AAVS1-CAG-EGFP Homologous Recombination donor | Addgene | 22212 | |
| Puromycin Dihydrochloride | Life Technologies | A11138-03 | -20°Cで保存します。ddH2Oで1 mg/mlの作業用アリコートを準備します。 |
| 使い捨てホウケイ酸ガラスパスツールピペットフィ | ッシャーサイエンティフィ | 13-678-20A | |
| ソーバルレジェンドXTR(冷蔵)、120 V 60 Hz | サーモサイエンティフィック | 75-004-521 | |
| TX-750 4 × 750 mlスイングバケットローター | モサイエンティフィック | 75003607 | |
| トリパンブルー溶液、0.4% | ライフテクノロジー | ズ15250-061 |
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