March 5th, 2017
프로토콜은 iCRISPR 플랫폼을 사용 hPSC 돌연변이 라인을 생성하고 설명하는 글루코스 응답 형 β 세포로 hPSCs 차별화. hPSC 지시 분화와 게놈 편집 기술을 결합하면 인간 발달 및 질병 진행의 계보 결정의 역할의 체계적인 분석을위한 강력한 플랫폼을 제공합니다.
이 프로토콜은 hPSC에서 신속한 유전체 편집을 위한 iCRISPR 플랫폼을 구축하는 방법과 유전체 편집 라인을 hPSC 유도 췌장 분화와 통합하여 인간의 췌장 발달 및 질병을 연구하는 방법을 보여줍니다. 이러한 방법은 정상적인 췌장 발달의 유전적 제어 및 당뇨병의 분자적 기초와 같은 인간 췌장 발달 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 기술의 주요 장점은 hPSC에서 관심 유전자를 효율적으로 수정하고 이러한 변형된 세포주를 인간의 췌장 발달 및 체외 질환 연구에 사용할 수 있다는 것입니다.
절단된 인간 vitronectin-coated 접시에서 화학적으로 정의되고 공급이 없는 조건에서 hPSC를 배양합니다. 전기천공법 전날, 배지 교체 중에 10마이크로몰 ROCK 억제제를 추가합니다. 전기천공법 당일에는 비트로넥틴으로 코팅된 10cm 접시를 미리 준비합니다.
그런 다음 세포에서 배양 배지를 제거하고 칼슘과 마그네슘이 없는 PBS로 한 번 세척한 다음 약 3분 동안 섭씨 37도에서 1X 해리 시약으로 세포를 처리합니다. 다음으로, 세포가 분리되기 전에 해리 시약을 흡인하고 10.5ml의 완전한 배지를 추가합니다. 원심분리기 튜브로 이동하기 전에 부드러운 피펫팅을 사용하여 단일 세포 현탁액을 형성합니다.
자동화된 세포 계수기를 사용하여 500마이크로리터의 세포 현탁액에 대한 세포 계수를 수행합니다. 그런 다음 hPSC를 200배 G에서 5분 동안 펠릿화합니다. 저온 PBS에서 12.5 곱하기 10에서 밀리리터당 6번째 세포로 세포를 재현탁하고 800마이크로리터 부피로 분취합니다.
각 800마이크로리터 hPSC 현탁액에 플라스미드를 넣고 잘 섞습니다. 혼합물을 0.4cm 전기천공법 큐벳에 옮기고 약 5분 동안 얼음에 보관합니다. 250 볼트와 500 마이크로패럿에 electroporation 체계를 사용하여 세포를 전기포로 만드십시오.
게놈 편집을 위해 건강하고 증식하는 hPSC를 사용하는 것이 중요합니다. 전기천공법 후, 세포를 5밀리리터의 예열된 완전한 배지가 있는 15ml 원뿔형 튜브로 옮긴 다음 세포를 펠릿화합니다. 10 micromolar ROCK 억제제로 10 ml의 완전한 배지에 세포를 재현탁시키고, 각 전기천공에서 10 배에서 6 배, 10 배에서 여섯 번째 세포를 1 배로 플레이트화하여 플레이트를 10 배에서 6 배로 플레이트하여 플레이트 중 적어도 하나가 채킹을 위한 충분한 단일 세포 콜로니를 갖도록 합니다.
섭씨 37도에서 세포를 배양합니다. 2일차에는 G418 황산염 밀리리터당 500마이크로그램을 함유한 배지를 추가하여 네오마이신 선택을 시작합니다. 6일차에는 밀리리터당 1마이크로그램의 푸로마이신 디하이드로클로라이드를 함유한 배지를 추가하여 푸로마이신 선별을 시작합니다.
10일에서 12일째에는 hPSC 단세포 군집의 직경이 1-2mm에 이릅니다. 이 시점에서 실체 현미경으로 12-24개의 집락을 선택합니다. 200마이크로리터 피펫 팁을 사용하여 hPSC 콜로니를 기계적으로 작은 조각으로 분해하고 세포를 비트로넥틴으로 코팅된 24웰 플레이트로 직접 옮깁니다.
가이드 RNA 형질주입 24시간 전에 iCas9 hPSC를 독시사이클린 밀리리터당 2마이크로그램으로 처리합니다. transfection 당일에 vitronectin으로 코팅된 24-well plate를 준비하고 이전과 같이 1X 해리 시약을 사용하여 iCas9 세포를 단일 세포로 해리합니다. 다음으로, 5분 동안 200배 G로 세포를 펠렛화하고 0.5배 10에서 밀리리터당 6번째 세포로 세포를 2마이크로그램 독시사이클린과 10마이크로몰 ROCK 억제제가 보충된 완전한 배지로 재현탁시킵니다.
500마이크로리터의 재현탁 세포를 24웰 플레이트의 개별 웰로 플레이트화합니다. 각 가이드 RNA에 대해 다음과 같은 형질주입 혼합물을 만듭니다. A, 50마이크로리터의 환원된 혈청 배지와 1마이크로리터의 가이드 RNA를 혼합합니다.
B, 50마이크로리터의 환원된 혈청 배지와 3마이크로리터의 트랜스펙션 시약을 혼합합니다. 믹스 A와 B를 결합하여 100마이크로리터 혼합물을 만들고 실온에서 5분 동안 배양합니다. 50 마이크로 리터의 혼합물을 24 웰 플레이트의 중복 웰에있는 세포에 추가하고 잘 혼합합니다.
4일 후 게놈 DNA를 추출하고, PCR은 가이드 RNA 표적 염기서열 측면에 있는 표적 영역을 증폭하고, T7E1 분해를 사용하여 편집 효율을 추정합니다. 파종 2일 후 세포가 80% 포화도에 도달했을 때 hPSC 라인의 분화를 시작합니다. 차별화 데이 제로 매체를 추가한 다음 여기에 표시된 공식을 사용하여 미디어를 매일 변경합니다.
10일째에는 세포의 하위 집합을 면역형광 염색하여 후기 췌장 전구 PP2 마커, PDX1 및 NKX6.1을 검사합니다. 그런 다음 먼저 PP2 세포를 10마이크로몰 ROCK 억제제로 4시간 동안 처리하여 공기-액체 계면 배양을 진행합니다. 배양 시간이 경과하면 이전과 같이 세포를 해리합니다.
분화의 공기-액체 계면 단계에서 파종을 위한 세포 생존을 극대화하기 위해 해리 시약 처리 기간을 최소화합니다. 세포가 분리되기 전에 해리 시약을 흡인합니다. 그런 다음 10ml의 boo-lah 배지를 플레이트에 추가하고 위아래로 부드럽게 피펫팅하여 PP2 세포를 단일 세포로 분산시킵니다.
단일 세포 현탁액을 수집합니다. 세포 번호를 세고 세포를 펠릿화하십시오. 세포 펠릿을 S5 분화 배지에 재현탁시킨 후 트랜스웰 삽입 필터에서 스폿당 5-10마이크로리터의 세포를 발견합니다.
각 트랜스웰 삽입체의 바닥에 S5 배지를 추가하고 면역형광 염색으로 췌장 내분비 마커를 검출할 수 있을 때까지 배지 변화와 함께 배양합니다. 이 그림은 hPSC에서 iCRISPR 매개 비상동 말단이 결합하는 것을 보여줍니다. 유전자 knockout은 선택 과정이 포함되지 않기 때문에 매우 효율적이며 20%에서 50%의 biallelic 돌연변이를 쉽게 얻을 수 있습니다.
효율적이고 정확한 유전자 변형을 위해 가이드 RNA는 빨간색으로 표시된 특정 염기서열 변형을 운반하는 단일 가닥 DNA donor와 동시 형질주입됩니다. 종종, 변형된 대립유전자에서 재절단을 방지하기 위해, PAM 염기서열에 조용한 돌연변이를 포함하는 것이 좋습니다(여기 녹색으로 표시). 이 시스템을 사용하면 두 대립유전자 모두에서 추가 변형 없이 원하는 상동성 유도 복구 매개 게놈 변형을 운반하는 클론의 약 10%를 달성할 수 있습니다.
마스터링이 완료되면 새로운 iCas9 hPSC 라인을 구축하는 데 2개월도 채 걸리지 않습니다. 그 후, 1-2개월 이내에 다양한 hPSC 돌연변이 콜로니 라인이 생성될 수 있습니다. hPSC 유전자 돌연변이 세포주가 생성된 후, 돌연변이 세포주를 췌장 베타 유사 세포로 체외에서 단계적으로 분화하면 이러한 돌연변이에 의해 영향을 받는 특정 발달 단계를 연구할 수 있으며, 이를 통해 기저 질환 메커니즘을 더 잘 이해할
수 있습니다.이 프로토콜은 iCRISPR 플랫폼을 사용하여 hPSC 돌연변이 계통을 생성하고 이를 포도당 반응성 β-유사 세포로 분화시키는 방법을 설명합니다. 이 접근법은 게놈 편집을 hPSC 분화와 통합하여 인간 발달 및 질병의 계통 결정인자를 탐구합니다.
Integrating iCRISPR genome editing with directed hPSC differentiation enables systematic interrogation of gene function in human pancreatic development, directly supporting disease mechanism studies and target validation for diabetes. This platform accelerates the generation of disease-relevant cellular models, enhancing predictive confidence at early discovery and preclinical inflection points. The approach supports portfolio-wide de-risking by enabling precise, reproducible manipulation and phenotypic assessment of lineage determinants in human systems.
This platform bridges early discovery, target validation, and preclinical model development by enabling precise genome editing and lineage-specific differentiation in hPSCs.