당사는 DNA 단편의 PCR 증폭 없이 벡터 간에 관심 DNA 단편을 전달할 수 있는 고처리량 클로닝 방법인 CRISPR 기반 셔틀 클로닝(CRISPRshuttle 클로닝)을 위한 프로토콜에 대해 설명합니다.
Method Article
당사는 DNA 단편의 PCR 증폭 없이 벡터 간에 관심 DNA 단편을 전달할 수 있는 고처리량 클로닝 방법인 CRISPR 기반 셔틀 클로닝(CRISPRshuttle 클로닝)을 위한 프로토콜에 대해 설명합니다.
기존 게놈 저장소를 사용하여 게놈 전체 플라스미드 라이브러리의 개발은 다양한 생물학적 과정에 걸쳐 유전자의 체계적인 기능적 특성화를 위한 중추적인 전제 조건으로 작용합니다. 그러나 현재 inter-vector DNA fragment transfer를 위한 high-throughput 방법론은 클로닝 전에 타겟 염기서열의 PCR 증폭을 필요로 하기 때문에 게놈 규모의 plasmid collection 생성이 기술적으로 까다롭고 시간이 많이 소요됩니다. CRISPRshuttle 카세트를 활용하여 새로운 고처리량 클로닝 방법인 CRISPR 기반 셔틀 클로닝(CRISPRshuttle 클로닝)을 개발했으며, 이는 DNA 단편의 PCR 증폭 없이 동일한 백본 염기서열을 공유하는 donor plasmid에서 CRISPRshuttle 호환 벡터로 많은 DNA 단편을 쉽게 전달할 수 있도록 합니다. 여기에서는 CRISPRshuttle을 위한 프로토콜을 제시합니다. 이 프로토콜에는 박테리아 변형 전에 두 번의 순차적 시험관 반응이 포함됩니다. 먼저, 타겟 DNA 단편은 공유 벡터 백본 염기서열의 Cas9 매개 절단에 의해 donor plasmid에서 절제됩니다. 둘째, 절제된 DNA 단편은 Gibson 어셈블리를 통해 선형화된 CRISPR셔틀 호환 벡터에 삽입됩니다. 본 연구의 결과는 CRISPRshuttle의 효율이 94%를 초과하며, 2명의 연구원이 CRISPRshuttle을 사용하여 7일 동안 약 300개의 플라스미드를 생성할 수 있음을 입증했습니다. CRISPRshuttle은 벡터 간 효율적이고 적응력이 뛰어나며 비용 효율적인 DNA 절편 전달을 촉진하여 게놈 전체 플라스미드 라이브러리 생성을 크게 간소화합니다.
사용 가능한 자원에서 게놈 전체의 플라스미드 라이브러리를 구축하는 것은 생물학적 과정을 해부하기 위해 기능적 유전체학을 사용하기 위한 기초이자 전제 조건입니다. Gateway, In-Fusion, Creator 및 Univector 클로닝 시스템을 포함한 현재의 high-throughput 클로닝 방법은 타겟 DNA 단편의 PCR 증폭을 필요로 합니다 1,2,3,4,5. 이 전제 조건에는 올리고뉴클레오티드 프라이머 설계, 겔 정제 및 염기서열분석을 통한 염기서열 검증을 포함하되 이에 국한되지 않는 여러 표준화된 작업을 포함하는 단편별 처리 워크플로우가 수반됩니다. 그 결과, 게놈 차원의 플라스미드 라이브러리(예: cDNA/ORF 과발현 라이브러리)를 구축하는 것은 노동 집약적이고 시간이 많이 소요되어 기능성 유전체학의 발전을 저해하고 있습니다.
이전에 당사는 특정 DNA 단편(예: UAS 모듈)을 동일한 벡터 backbone을 공유하는 여러 plasmid에 통합하도록 설계된 고처리량 클로닝 방법인 CRISPRmass를 개발했습니다6. CRISPRmass를 사용하여 초파리 cDNA/ORF 라이브러리, 초파리 유전체학 자원 센터( DGRC ) Gold Collection6에서 5,500개 이상의 GAL4/UAS 기반 UAS-cDNA/ORF 플라스미드를 구축했습니다. 그러나 CRISPRmass는 벡터 간에 DNA 단편을 전달할 수 있는 기능이 부족하여 고처리량 클로닝에 대한 적용이 제한됩니다.
이러한 한계를 해결하기 위해 당사는 여러 표적 DNA 단편을 donor plasmid7에서 destination vector로 쉽게 전달할 수 있는 새로운 고용량 방법인 CRISPR 기반 셔틀 클로닝(CRISPRshuttle)을 개발했습니다. 이 공정은 단 두 번의 순차적 시험관 반응만 필요하므로 개별 DNA 표적7의 단편 특이적 처리에 대한 요구 사항을 피할 수 있습니다.
CRISPRshuttle 프로토콜에는 두 가지 순차적인 시험관 반응이 포함됩니다(그림 1). 먼저, donor plasmid의 공유 벡터 backbone sequence는 Cas9/sgRNA에 의해 절단되어 타겟 DNA 단편을 방출합니다. 그런 다음 이러한 단편은 Gibson 어셈블리를 통해 CRISPRshuttle 호환 벡터의 CRISPRshuttle 카세트로 전달되어 최종 플라스미드를 생성합니다. CRISPRshuttle 카세트는 donor plasmid에서 유래한 DNA 단편의 5' 및 3' 말단 측면에 위치한 ~20-40 bp 벡터 backbone sequence와 이러한 측면 염기서열 사이에 위치한 하나 또는 두 개의 고유한 제한 효소 인식 부위로 구성됩니다. CRISPRshuttle 호환 벡터는 CRISPRshuttle 카세트를 destination 벡터에 삽입하여 구성되며, 이는 이후에 카세트 내의 제한 부위를 소화하여 선형화됩니다. 목적지 벡터는 공여자 플라스미드의 유전자와 구별되는 항생제 내성 유전자를 가지고 있어야 합니다. 동일한 경우, 내성 유전자는 사용하기 전에 별개의 유전자로 교체해야 합니다.
여기에서는 CRISPRshuttle을 사용하여 UAS-cDNA/ORF 플라스미드 라이브러리를 구축하는 자세한 프로토콜을 제시합니다. 이 프로세스에는 CCSB-Broad Lentiviral Expression Library에서 Drosophila transgenesis vector pBID-UASC 8,9로 human ORF를 전송하는 작업이 포함됩니다. CRISPRshuttle은 게놈 전체 플라스미드 라이브러리의 구축을 간소화하여 기능적 유전체학 연구를 촉진합니다.
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1. cDNA/ORF를 둘러싼 최적의 Cas9/sgRNA 절단 부위 측정
2. 목적지 벡터의 항생제 내성 유전자 스왑
참고: 이 프로토콜에서는 목적지 벡터 pBID-UASC의 암피실린 내성 유전자를 클로람페니콜 내성 유전자로 교환하여 클로람페니콜 함유 목적지 벡터 pBIDC-UASC를 생성하는 예를 사용합니다.
3. CRISPR셔틀 호환 목적지 벡터의 구성
참고: CRISPRshuttle 카세트는 타겟 DNA 단편의 5' 및 3' 말단 양쪽에 위치한 약 20-40 bp 벡터 백본 염기서열로 구성되며, 그 사이에 하나 또는 두 개의 고유한 제한 부위가 있습니다.
4. CRISPRshuttle을 이용한 UAS-cDNA/ORF 플라스미드 생성
참고: CRISPRshuttle 프로토콜은 박테리아 형질전환 전에 병렬로 수행되는 2단계 시험관 반응을 포함합니다(그림 1).
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우리는 CRISPRshuttle을 사용하여 초파리7에 보존된 1,397개의 인간 유전자를 포함하는 UAS-cDNA/ORF 플라스미드 컬렉션을 구축했습니다. 제한 분석에 따르면 CRISPRshuttle은 두 개의 반복 시퀀스를 포함하는 CRISPRshuttle 호환 destination vector를 사용하는 경우 94.5%의 효율에 도달하고 반복 sequence7이 없는 destination vector를 사용하는 경우 96.1%의 효율성에 도달하는 것으로 나타났습니다. 우리의 데이터는 일반적으로 두 명의 연구자가 7일 이내에 CRISPRshuttle을 통해 ~300개의 플라스미드를 생성할 수 있음을 보여주었습니다7. 성공적인 CRISPR셔틀 매개 cDNA/ORF 단편 전달은 진단 제한 분해를 통해 검증되었습니다. CRISPRshuttle 호환 목적지 벡터(pBIDC-UASC-pLXve...
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CRISPRshuttle 프로토콜의 중요한 단계는 선형화된 CRISPRshuttle 호환 destination vector를 준비하는 것입니다. 완전한 분해를 보장하려면 과도한 제한 효소를 사용하여 벡터를 분해하고 분해된 벡터의 겔 정제를 강력히 권장합니다. 또 다른 중요한 단계는 Cas9으로 cDNA/ORF 플라스미드를 분해하는 것입니다. 플라스미드 구조가 실패하면 아가로스 겔 전기영동을 사용하여 공여자 플라스미드에서 최소한 부분적인 cDNA/ORF가 방출되었는지 확인합니다. 또는 Gibson 조립을 진행하기 전에 전기영동으로 모든 플라스미드의 분해를 확인합니다. CRISPRshuttle은 일반적으로 부분적인 cDNA/ORF가 방출되는 한 효과적으로 작동합니다. cDNA/ORF가 donor plasmid에서 거의 방출되지 않는 경우 plasmid를 다시 추출합니다.
human CCSB-Broad Lentiviral E...
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저자는 공개할 이해 상충이 없습니다.
이 연구는 중국 국립자연과학재단(National Natural Science Foundation of China, 32071135)의 보조금과 중국 남부 대학교 헝양 의과대학 난화 병원 부속 병원의 창업 기금의 지원을 받았습니다. pX330 플라스미드를 친절하게 제공해 주신 Feng Zhang 교수님과 기술 지원을 해주신 Xiaohui Cai 박사님께 감사드립니다.
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 한천 분말 | 켐베이스 | KBS-001H | |
| 아가로스 | 상곤 | A600014-0100 | |
| 자동 디지털 겔 이미지 분석 시스템 | 타논 | 타논-2500B | |
| 클로람페니콜 | 상곤 | A100230-0010 | |
| E.Z.N.A. 젤 추출 키트 | 오메가 | D2500-02 | |
| E.Z.N.A. 플라스미드 DNA 미니 키트 I | 오메가 | D6942-02 | |
| 에코리-HF | NEB | R3101S | |
| Gibson 어셈블리 마스터 믹스 | NEB | E2611S | |
| HiScribe T7 빠른 고수율 RNA 합성 키트 | NEB | 2050년 | |
| NEBuilder HiFi DNA 어셈블리 마스터 믹스 | NEB | E2621X | |
| PCR 열 순환기 | 롱진 | T20 | |
| 플래티넘 슈퍼파이 II DNA 중합효소 | 써모 사이언티픽 | 12361010 | |
| PVUII-고폭 | NEB | R3151L | |
| Q5 핫 스타트 하이파이 2x 마스터 믹스 | NEB | M0494 | |
| S. 화농성 Cas9 | 젠스크립트 | Z03386 | |
| 쉐이킹 인큐베이터 | 지추 | ZQLY-180V | |
| 분광 광도계 | 시마즈 | 바이오스펙-나노 | |
| T4 DNA 리가아제 | 프로메가 | M1801 | |
| Trans 10 화학적으로 유능한 세포 | 트랜스젠 | CD101-02 | |
| 트립톤 | 옥소이드 | LP0042 | |
| 엑스바이 | NEB | R0145S | |
| 효모 추출물 | 옥소이드 | LP0021 |
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