このコンテンツを表示するには、JoVEへの購読が必要です。 または、無料トライアルをお申し込みください。

方法論記事

CRISPR/Cas9システムを用いたトリパノソマ・クルジのアマスティゴットステージに遺伝子ノックアウトを直接導入

8.3K 閲覧数

⸱

DOI：

10.3791/59962

⸱

2019年7月31日

 ,  ,  , 
1Biomedical Research Institute, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)

この記事について

サマリー

ここでは、CRISPR/Cas9システムを用いてトリパノノーマ・クルジの細胞外アマスティゴテに遺伝子ノックアウトを導入するプロトコルについて述べた。成長表現型は、アックスアンマスティゴテ培養の細胞カウントまたは宿主細胞侵入後の細胞内アマスティゴテスの増殖のいずれかによって追跡することができる。

要約

トリパノソマ・クルジは、主にラテンアメリカでシャーガス病を引き起こす病原性原虫寄生虫である。T.クルジに対する新しい薬物標的を同定するためには、寄生虫の哺乳動物期における標的遺伝子の本質性を検証することが重要である。T.クルジのアマスティゴットは、宿主細胞内で複製する。したがって、他の発達段階を経ずにノックアウト実験を行うのは困難です。最近、我々のグループは、アマスティゴテのような特性を失うことなく、最大10日間軸を複製することができる成長条件を報告した。この側軸アミスティゴテ培養を用いることで、遺伝子ノックアウトを引き起こすCas9発現アマスティゴテに直接gRNAを導入し、その表現型をアマスティゴテ段階でのみ解析することに成功した。本報告では、インビトロ由来細胞外アマティストを生成し、CRISPR/Cas9媒介ノックアウト実験で軸培養を利用するための詳細なプロトコルについて述べる。ノックアウト・アマスティゴテスの増殖表現型は、軸培養の細胞数、または宿主細胞侵入後の細胞内アマスティゴットの複製によって評価することができる。この方法は、通常、トランスジェニックまたはノックアウト・アマスティゴテの産生に関与する寄生虫段階の分化をバイパスする。時間的軸アマスティゴテ培養の利用は、T.クルジにおけるステージ特異的研究の実験的自由を拡大する可能性を有する。

概要

トリパノソマ・クルジは、主にラテンアメリカ1で流行しているシャーガス病の原因となる薬剤である。T. クルジは、昆虫ベクターと哺乳類の宿主2の間を移動する独特のライフサイクルステージを持っています。T.クルジは、血液を吸うトリアトミンバグの中腸内のエピマスチゴテとして複製し、ヒトまたは動物の宿主に沈着する前に、その後腸内の感染性形而上皮トリポマスティゴに分化する。トリポマスティゴテが咬傷部位または粘膜を通して宿主体内に入ると、寄生虫は宿主細胞に侵入し、アマスティゴテと呼ばれるフラゲラレス丸型に変形する。amastigoteは宿主細胞内で複製し、最終的にはトリポマスティゴテに分化し、宿主細胞から破裂し、別の宿主細胞に感染するために血流に入る。

現在利用可能な化学療法剤、ベンズニダゾールおよびニフルティモックスは、有害な副作用を引き起こし、疾患3の慢性相に効果がないため、T.クルジに対する新規な薬物標的を同定することは大きな関心事である。近年、CRISPR/Cas9システムは、GRNAとCas94を含む別個または単一プラスミドのトランスフェクションによって、Cas9およびその後の安定した発現によって、T.クルジで遺伝子ノックアウトを効果的に行う強力なツールとなっています。gRNA 5、6、7またはgRNA8の転写テンプレートの導入、または予形成されたgRNA/Cas9 RNP複合体7、9のエレクトロポレーションによる。この技術の進歩は、シャーガス病の薬物標的研究を加速することが非常に期待されています。

薬剤開発を進めるためには、哺乳類宿主における寄生虫の複製段階であるT.クルジのアマスティゴテにおける標的遺伝子または薬剤候補化合物の有効性を検証することが重要である。しかし、閉塞性宿主細胞が存在するため、アマスティゴットを直接操作することはできないため、これは困難な作業です。リーシュマニアでは、T.クルジに密接に関連する原虫寄生虫、アックスアンスアミゴット培養法が開発され、薬物スクリーニングアッセイ10、11、12、および、 13.アックスアマスティゴテスと細胞内アマスチゴテス14との間の化合物に対する感受性にはいくつかの不一致があるものの、それでもアックス培養を維持する能力は、リーシュマニア15、16の臨床的に関連する段階の基礎生物学。T.クルジの場合、自然発生する細胞外アマスティゴテス(EA)17の存在に関する文献とEA 17、18、19のインビトロ産生何十年も前のことださらに、EAは、トリポスチゴテのそれよりも少ないが、感染能力20を有することが知られており、近年、アマスティゴット宿主侵入のメカニズムが解明されている(Bonfim-Melo et al.21によるレビュー)。しかし、リーシュマニアとは異なり、EAはT.クルジの実験ツールとして利用されていなかった。意味。

最近、我々のグループは、T.クルジのEAを一時的な軸文化22として利用することを提案した。T.クルシトゥラフエン株のアマスティゴテスは、アマスティゴット様特性の大きな劣化または損失なしに最大10日間、37°CでLIT培地中の宿主細胞を含まない複製が可能です。宿主フリー成長期間中、EAは、従来のエレクトロポレーション、トリパノシダル化合物による薬物滴定アッセイ、およびCRISPR/Cas9媒介ノックアウトに続いて成長表現型モニタリングを行い、外因性遺伝子発現に成功しました。本報告では、インビトロ由来EAを生成し、ノックアウト実験でアックスアンマスタゴテを利用するための詳細なプロトコルについて述べた。

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

プロトコル

注:実験フロー全体の概要を図 1に示します。

figure-protocol-1
図1:EAを用いたノックアウト実験の概要組織培養由来トリポスチゴテスは、EAに収穫され、EAに分化される. gRNAは、エレクトロポレーションによってCas9発現のアマスティゴテスにトランスフェクトされ、ノックアウトアマスティゴテスの成長表現型は、アックスレプリケーションまたはによって評価される宿主細胞侵入後の細胞内複製。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

1. 寄生虫培養製剤

  1. トリパノソマクルシのトゥラフエン株は、このレポート全体を通じて使用されます。LIT培地におけるT.クルジ










アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

結果

スイムアウト手順によるトリポマスティゴットの分離

スイムアウト手順によって古いEAを汚染から新鮮なトリポスチゴテスを収穫するには、細胞ペレットを少なくとも1時間インキュベートする必要があります。図2B)。この特定の実験では、最初の混合物におけるトリポマスティゴテの割合は38%であり、泳ぎ後の割合は任意の時点で98%を超えていた。コンフルエント共培養の2つのT-75フラスコから、このスイムアウトプロトコルにより、純粋なトリポマスティゴテの3-4 x 107細胞を日常的に得る。

アックス培養としてのノックアウト・アマスティゴットの成長モニタリング

T.クルジの他の発達段階とは異なり、フラペラレスのアマスティゴットは実質的に静的である。したがって、PIを使用して染色すると、生きているアマスティゴットと死んだものを...

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

ディスカッション

我々は、T.クルジアマスティゴテスのアックスカルバチカルが、GRNAをCas9発現EAに直接エレクトロポレートすることにより、CRISPR/Cas9媒介遺伝子ノックアウトで利用できることを実証した。このようにして、amastigote期に特異的に標的遺伝子の本質性は、他の発達段階を経ることなく評価することができる。

アマスティゴットトランスフェクションのもう一つの有益な側面は、多数の標的遺伝子の試験における利便性である。Cas9発現T.クルジと宿主哺乳動物細胞の共培養が確立されると、組織由来トリポマチゴテスをEAに変換し、gRNAをトランスフェクトしてノックアウト・アマスティゴテスを得るのに数日しかかからない。gRNAは、各標的遺伝子に合わせて調整する必要がある唯一の材料ですが、合成gRNAは多くのメーカーから入手可能ですので、単に購入することができます。標的遺伝子のステージ特異的本質を分析する別の方法は、誘導性ノックアウトシステム32を確立するであろう。その場合、プラスミドのトランスフェクション効...

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

開示事項

著者は開示する利益相反を持っていない。

謝辞

この作品は、JSPS KAKENHI助成金番号18K15141からY.Tまで一部サポートされました。

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
20%ホルマリン溶液富士フイルム和光純薬068-03863固定細胞
25cm2 ダブルシールキャップ 培養フラスコAGCテクノグラス3100-025
75 cm2 ダブルシールキャップ 培養フラスコAGCテクノグラス3110-075
オールインワン蛍光顕微鏡キーエンスBZ-X710
Alt-R CRISPR-Cas9 crRNA (コントロール用)IDTカスタムメイドターゲット配列 = GGACGGCACCTTCATCTACAAGG
Alt-R CRISPR-Cas9 crRNA (TcCGM1用)IDTカスタムメイドターゲット配列 = TAGCCGCGATGGAGAGTTTATGG
Alt-R CRISPR-Cas9 crRNA (TcPAR1用)IDTカスタムメイドターゲット配列 = CGTGGAGAACGCCATTGCCACGG
Alt-R CRISPR-Cas9 tracrRNAIDT1072532crRNAでアニールする
Amaxa Nucleofector deviceLONZAAAN-1001エレクトロポレーション
基本的な寄生虫 Nucleofector Kit 2LONZAVMI-1021エレクトロポレーション
BSASigma-AldrichA3294in vitro amastigogenesis
Burker-Turk使い捨て血球計算盤Watson177-212C細胞計数用
コスター 12ウェルクリアTC処理マルチウェルプレートコーニング3513
DMEM富士フイルム和光純薬044-29765培地
ウシ胎児血清 定義ハイクロンSH30070.03使用前に熱不活性化
G-418 硫酸塩溶液富士フイルム和光純薬077-06433形質転換剤
ヘミンクロリドの選択Sigma-AldrichH-5533LIT medium の成分
Hoechst 33342Thermo Fisher ScientificH3570staining of nuclei
肝臓注入ブロス、DifcoBecton Dickinson226920LIT培地の成分
MES富士フイルム和光 Pure Chemical349-01623in vitro amastigogenesis PBS用培地の成分
(–)富士フイルム和光純薬166-23555
ヨウ化プロピジウムSigma-AldrichP4864-10ML死細胞染色
RPMI 1646Sigma-AldrichR8758メタサイクロジェネシス培地
培地の成分

参考文献

  1. World Health Organization. (WHO) Fact sheet: Chagas disease (American trypanosomiasis). , [updated 2017 Mar; cited 2017 Aug], at http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs340/en/ (2017).
  2. Clayton, J. Chagas disease 101. Nature. 465 (n7301_supp), S4-S5 (2010).
  3. Apt, W. Current and developing therapeutic agents in the treatment of Chagas disease. Drug Design, Development and Therapy. 4, 243-253 (2010).
  4. Lander, N., Li, Z. H. H., Niyogi, S., Docampo, R. CRISPR/Cas9-induced disruption of paraflagellar rod protein 1 and 2 genes in Trypanosoma cruzi reveals their role in flagellar attachment. mBio. 6 (4), e01012(2015).
  5. Peng, D., Kurup, S. P., Yao, P. Y., Minning, T. A., Tarleton, R. L. CRISPR-Cas9-mediated single-gene and gene family disruption in Trypanosoma cruzi. mBio. 6 (1), e02097-e02114 (2015).
  6. Romagnoli, B. A. A., Picchi, G. F. A., Hiraiwa, P. M., Borges, B. S., Alves, L. R., Goldenberg, S. Improvements in the CRISPR/Cas9 system for high efficiency gene disruption in Trypanosoma cruzi. Acta Tropica. 178, 190-195 (2018).
  7. Burle-Caldas, G. A., Soares-Simões, M., Lemos-Pechnicki, L., DaRocha, W. D., Teixeira, S. M. R. Assessment of two CRISPR-Cas9 genome editing protocols for rapid generation of Trypanosoma cruzi gene knockout mutants. International Journal for Parasitology. 48 (8), 591-596 (2018).
  8. Costa, F. C. Expanding the toolbox for Trypanosoma cruzi: A parasite line incorporating a bioluminescence-fluorescence dual reporter and streamlined CRISPR/Cas9 functionality for rapid in vivo localisation and phenotyping. PLoS Neglected Tropical Diseases. 12 (4), e0006388(2018).
  9. Soares Medeiros, L. C. High-Efficiency Genome Editing in Protozoan Parasites Using CRISPR-Cas9 Ribonucleoproteins. mBio. 8 (6), (2017).
  10. Callahan, H. L., Portal, A. C., Devereaux, R., Grogl, M. An axenic amastigote system for drug screening. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 41 (4), 818-822 (1997).
  11. Bates, P. A. Axenic culture of Leishmania amastigotes. Parasitology Today. 9 (4), 143-146 (1993).
  12. Ravinder, R., Bhaskar, B., Gangwar, S., Goyal, N. Development of luciferase expressing Leishmania donovani axenic amastigotes as primary model for in vitro screening of antileishmanial compounds. Current Microbiology. 65 (6), 696-700 (2012).
  13. Nühs, A. Development and Validation of a Novel Leishmania donovani Screening Cascade for High-Throughput Screening Using a Novel Axenic Assay with High Predictivity of Leishmanicidal Intracellular Activity. PLoS Neglected Tropical Diseases. 9 (9), 1-17 (2015).
  14. De Rycker, M. Comparison of a high-throughput high-content intracellular Leishmania donovani assay with an axenic amastigote assay. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 57 (7), 2913-2922 (2013).
  15. Rochette, A., Raymond, F., Corbeil, J., Ouellette, M., Papadopoulou, B. Whole-genome comparative RNA expression profiling of axenic and intracellular amastigote forms of Leishmania infantum. Molecular and Biochemical Parasitology. 165 (1), 32-47 (2009).
  16. Pescher, P., Blisnick, T., Bastin, P., Späth, G. F. Quantitative proteome profiling informs on phenotypic traits that adapt Leishmania donovani for axenic and intracellular proliferation. Cellular Microbiology. 13 (7), 978-991 (2011).
  17. Andrews, N. W., Hong, K. S. U., Robbins, E. S., Nussenzweig, V. Stage-specific surface antigens expressed during the morphogenesis of vertebrate forms of Trypanosoma cruzi. Experimental Parasitology. 64 (3), 474-484 (1987).
  18. Pan, S. C. Trypanosoma cruzi: intracellular stages grown in a cell-free medium at 37 C. Experimental Parasitology. 45 (2), 215-224 (1978).
  19. Tomlinson, S., Vandekerckhove, F., Frevert, U., Nussenzweig, V. The induction of Trypanosoma cruzi trypomastigote to amastigote transformation by low pH. Parasitology. 110 (05), 547(1995).
  20. Ley, V., Andrews, N. W., Robbins, E. S., Nussenzweig, V. Amastigotes of Trypanosoma cruzi sustain an infective cycle in mammalian cells. Journal of Experimental Medicine. 168 (0022-1007 (Print)), 649-659 (1988).
  21. Bonfim-Melo, A., Ferreira, E. R., Florentino, P. T. V., Mortara, R. A. Amastigote Synapse: The Tricks of Trypanosoma cruzi Extracellular Amastigotes. Frontiers in Microbiology. 9, 1341(2018).
  22. Takagi, Y., Akutsu, Y., Doi, M., Furukawa, K. Utilization of proliferable extracellular amastigotes for transient gene expression, drug sensitivity assay, and CRISPR/Cas9-mediated gene knockout in Trypanosoma cruzi. PLOS Neglected Tropical Diseases. 13 (1), e0007088(2019).
  23. Fernandes, J. F., Castellani, O. Growth characteristics and chemical composition of Trypanosoma cruzi. Experimental Parasitology. 18 (2), 195-202 (1966).
  24. Oberholzer, M., Lopez, M. A., Ralston, K. S., Hill, K. L. Approaches for Functional Analysis of Flagellar Proteins in African Trypanosomes. Methods in Cell Biology. 93, 21-57 (2009).
  25. van den Hoff, M. J. B., Moorman, A. F. M., Lamers, W. H. Electroporation in ‘intracellular’ buffer increases cell survival. Nucleic Acids Research. 20 (11), 2902-2902 (1992).
  26. Pacheco-Lugo, L., Díaz-Olmos, Y., Sáenz-García, J., Probst, C. M., DaRocha, W. D. Effective gene delivery to Trypanosoma cruzi epimastigotes through nucleofection. Parasitology International. 66 (3), 236-239 (2017).
  27. Coughlin, B. C., Teixeira, S. M., Kirchhoff, L. V., Donelson, J. E. Amastin mRNA abundance in Trypanosoma cruzi is controlled by a 3’-untranslated region position-dependent cis-element and an untranslated region-binding protein. The Journal of Biological Chemistry. 275 (16), 12051-1260 (2000).
  28. Shaw, A. K., Kalem, M. C., Zimmer, S. L. Mitochondrial Gene Expression Is Responsive to Starvation Stress and Developmental Transition in Trypanosoma cruzi. mSphere. 1 (2), (2016).
  29. Chao, D., Dusanic, D. G. Comparative studies of the isolation of metacyclic trypomastigotes of Trypanosoma cruzi by DEAE ion exchange chromatography. Zhonghua Minguo wei sheng wu ji mian yi xue za zhi (Chinese Journal of Microbiology and Immunology). 17 (3), 146-152 (1984).
  30. Nogueira, N., Bianco, C., Cohn, Z. Studies on the selective lysis and purification of Trypanosoma cruzi. The Journal of Experimental Medicine. 142 (1), 224-229 (1975).
  31. Minning, T. A., Weatherly, D. B., Atwood, J., Orlando, R., Tarleton, R. L., Tarleton, R. L. The steady-state transcriptome of the four major life-cycle stages of Trypanosoma cruzi. BMC Genomics. 10, 370(2009).
  32. Rico, E., Jeacock, L., Kovářová, J., Horn, D. Inducible high-efficiency CRISPR-Cas9-targeted gene editing and precision base editing in African trypanosomes. Scientific Reports. 8 (1), 7960(2018).
  33. Fu, Y. High-frequency off-target mutagenesis induced by CRISPR-Cas nucleases in human cells. Nature Biotechnology. 31 (9), 822-826 (2013).
  34. Kim, S., Kim, D., Cho, S. W., Kim, J., Kim, J. S. Highly efficient RNA-guided genome editing in human cells via delivery of purified Cas9 ribonucleoproteins. Genome Research. 24 (6), 1012-1019 (2014).
  35. Chiurillo, M. A., Lander, N., Bertolini, M. S., Storey, M., Vercesi, A. E., Docampo, R. Different roles of mitochondrial calcium uniporter complex subunits in growth and infectivity of Trypanosoma cruzi. mBio. 8 (3), e00574-e00617 (2017).

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

再版と許可

タグ

CRISPR Cas9RNA
CRISPR/Cas9システムを用いたトリパノソマ・クルジのアマスティゴットステージに遺伝子ノックアウトを直接導入
お問い合わせ
図書館への推薦

プライバシー

利用規約

ポリシー

著作権 © 2026 MyJoVE Corporation. 無断転載を禁じます。