November 20th, 2016
ここでは、以前に記載されたシステムを改良するヒト多能性幹細胞(hPSCs)のAAVS1座にRMCEに基づいて、迅速かつ効率的な遺伝子編集方法を報告しています。この技術を用いて、同質遺伝子系統を迅速かつ確実にhPSCsで形質転換媒介性の研究を容易に、適切な比較試験のために生成することができます。
この手順の全体的な目標は、flippase、Recombinase-mediated Cassette Exchangeアプローチ、またはRMCEを使用して、ヒト多能性幹細胞またはヒトPSCのAAVS1で迅速かつ効率的な標的ゲノム編集を行うことです。RMCEは、AAVS1遺伝子座への配列の標的挿入を改善します。これは、過剰発現またはノックダウンによる分子の機能を迅速にテストできるため、幹細胞生物学にとって非常に重要です。この手法の主な利点は、ヒトPSC系統にランダムな組み込みイベントがなく、依然として多能性であり、正常な核型をわずか15日で作成できることです。
この方法は、AAVS1遺伝子座のトランスジェネシスに有用なツールを提供しますが、他のヒト許容遺伝子座にも適用できます。まず、不活化マウス胚性ファイブロブラストまたはiMEFのオンまたはオフで、標準的な手順でヒトPSCマスター細胞株を6つのウェルプレートで培養します。細胞が60%から70%のコンフルエンシープレート薬剤耐性iMEFに達したら、最初に0.1%ゼラチン溶液を使用して12ウェルプレートの必要なウェルをコーティングし、プレートを室温で5分間インキュベートします。
次に、ウェルあたり125,000個のiDR4をプレート化し、iMEF培地で培養物を一晩インキュベートします。翌日、ヒトPSC培養物を10マイクロモルROCKインヒビターを含む新鮮な培地で摂氏37度で1時間プレインキュベートします。その間に、ヒトESCトランスフェクション溶液と細胞解離剤を室温に戻します。
ヌクレオフェクション条件につき1ミリリットルのヌクレオフェクションプレーティング培地を調製します。次に、iDR4培地をウェルから取り出し、室温PBS1ミリリットルを使用して細胞を洗浄し、ヌクレオフェクションプレーティング培地を添加します。めっき媒体のサンプルあたり500マイクロリットルを滅菌済みの1.5ミリリットルチューブに移し、めっきするまで摂氏37度で保存します。
単一細胞懸濁液中のヒトPSCを剥離するには、培地を取り出し、室温のPBSを使用して細胞を洗浄し、フィーダーまたはフィーダーフリーのhPSC培養物にそれぞれ0.05%トリプシンまたはアキュターゼを1ミリリットル加えます。培養物を摂氏37度でインキュベートします。次に、プレートをインキュベーターから慎重に取り外し、細胞が剥がれるのを許さずに、解離剤を吸引し、1ミリリットルのヒトPSC培地を追加します。
泡の形成を避けながら、プレート表面上の培地を穏やかに洗い流すことにより、緩い細胞を解離します。細胞を単一細胞懸濁液に、清潔で滅菌済みの15ミリリットルまたは50ミリリットルのチューブに集めます。次に、1ミリリットルのhESC培地を使用して細胞を洗浄し、同じチューブに集めます。
50マイクロリットルの細胞懸濁液を計数するために取り、残りの細胞を室温で300倍gで5分間遠心分離します。懸濁液が遠心分離されている間に、細胞計数装置で細胞をカウントします。上清を取り除き、室温のPBSを使用して、セルの色を1ミリリットルあたり6番目のセルまで穏やかに再懸濁します。
次に、実験条件ごとに2ミリリットルを移して、滅菌済みの15ミリリットルチューブを洗浄し、遠心分離を繰り返します。サンプルが回転している間に、2.5 μgのフリッパーゼプラスミドを使用して、0:1、2:1、および2:0のドナーフリッパーゼ分子比を持つ3つのクリーンな1.5ミリリットルチューブにプラスミドミックスを調製します。ヌクレオフェクションを続行するには、iDR4プレートとプレーティング培地が入った1.5ミリリットルチューブをインキュベーターから取り出します。
一度に1本のチューブで、ペレットを乱さずに、PBSを慎重にピペットで取り出し、できるだけ多くのバッファーを取り除きます。100マイクロリットルのトランスフェクション溶液を使用して、穏やかにピペッティングしてペレットを再懸濁します。次に、プラスミドミックスが入った1.5ミリリットルのチューブに細胞懸濁液を移し、穏やかに混合します。
細胞DNAミックスをトランスフェクターキュベットに移し、気泡が入らないように注意します。キュベットをヌクレオフェクターデバイスに挿入し、フィーダーで培養した細胞の場合はプログラムA13を、フィーダーフリートランスフェクションの場合はF16を実行します。キュベットを取り外し、キットに含まれている使い捨てのトランスファーピペットを使用して、キュベットに0.5ミリリットルのめっき媒体を優しく、しかしすばやく、1回の動きで追加します。
次に、同様に容量を回収し、iDR4とめっき媒体を含む12ウェルプレートに滴下します。培養皿をインキュベーター内の棚に置き、ゆっくりと前後左右に動かして、細胞懸濁液を均等に分散させます。培地を交換する前に、皿を24時間インキュベートします。
トランスフェクション後2〜3日で選択を開始します。培地を吸引し、1ミリリットルのPBSを使用して細胞を洗浄し、次にピューロマイシン1ミリリットルあたり100ナノグラムのヒトESC培地を追加します。細胞増殖を観察し、それに応じてピューロマイシン濃度を最大250ナノグラム/ミリリットルまで増加させ、ピューロマイシンの選択を7日間続けます。
ピューロマイシン選択で3〜4日後、0.5マイクロモルフィアルリジンまたはFIAUで選択を開始します。媒体は毎日交換し、FIAUは連続して7日以内で維持してください。選択が完了した後、14 日目から 15 日目頃に、耐性のある RMCE コロニーが存在し、新しい RMCE ラインを構成します。
標準的な手順に従って、セルを1:2の比率で分割します。Key 1のウェルを分割する準備ができたら、ビデオの前半で説明したように、特性評価のためにウェルを解離して単一細胞懸濁液にし、細胞を15ミリリットルのチューブに集めます。細胞を室温で300倍gで5分間スピンダウンします。
次に、1ミリリットルのPBSを使用して細胞を再懸濁し、サンプルを2つに分割します。1つはセルストレーナーを使用してフローサイトメトリーを行うためにろ過し、もう1つはテキストプロトコルに従ってDNA分析を行います。flippaseリコンビナーゼとtdT RMCEドナーによるトランスフェクション後、hPSCはiDR4 MEF層上に均一に分布した細胞の小グループを形成し、構成的GFPおよび一過性tdTを発現しました。
ピューロマイシンを使用した正の選択は RMCE ドナーの挿入に有利に働き、次に FIAU を使用した陰の選択は、TK を欠く FRT 媒介組換えイベントのみを選択します。トランスフェクション後6日目頃に、RMCE GFP陰性、tdT陽性細胞の小さなクラスターを同定できます。ここで示したように、GFP陰性、tdT陽性のRMCEコロニーは、RMCEドナーとフリップパーゼの両方が使用されている場合にのみ存在し、フリップパーゼがない場合にはRMCEは発生しません。新たに生成されたRMCE株(ピューロマイシン耐性およびFIAU耐性RMCEコロニー)を非クローン細胞集団に組み合わせたフローサイトメトリーの特性評価により、細胞の100%がRMCE GFP陰性、tdT陽性の表現型であることが確認されました。
hPSCでレコーダー活性のないRMCEドナーを使用した場合、細胞の100%がGFP陰性です。ここに示す非クローナル RMCE ラインの PCR 特性評価は、完全なカセット交換と、使用された選択プログラムが RMCE ドナーとフリップパーゼ発現ベクターの両方に対してランダムなインテグレーションフリーラインを生成することを示しています。要約すると、このRMCE法は、標的ヌクレアーゼと比較して、定義された遺伝子座のhPSCでの遺伝子編集を大幅に簡素化します。
一度習得すれば、このテクニックは15日で完了することができます。したがって、RMCEは非常に高速な遺伝子編集ツールであり、同質遺伝子の設定での比較研究を可能にします。この手順を使用する場合は、トランスフェクション効率を30%以上にすること、および適切なコアストレージ選択剤をプリフォームすることが重要です。
このビデオを見れば、ヒトPSCのAAVS1遺伝子座でRMCEを実行する方法と、組換えラインの特性評価方法について十分に理解できるはずです。
この記事では、ヒト多能性幹細胞(hPSCs)のAAVS1遺伝子座における組換え酵素を介するカセット交換(RMCE)を用いた迅速かつ効率的な遺伝子編集方法を紹介します。この技術により、同遺伝子株の生成が可能となり、トランスジェニックを介した研究が容易になります。
Rapid generation of isogenic human pluripotent stem cell lines enables reliable comparative studies and reduces time-to-insight in target validation workflows. Recombinase-mediated cassette exchange (RMCE) at the AAVS1 locus provides a scalable, integration-free approach for functional genomics and phenotypic screening. This method supports early discovery by delivering characterized transgenic lines in 15 days with high efficiency, accelerating lead identification and mechanistic de-risking.
RMCE fits within the discovery continuum from target validation to lead identification, providing a rapid method to generate engineered hPSCs for functional screening and mechanistic studies.