$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Stabiele genetische veranderingen bieden een voordeel ten opzichte van transiënte methoden van cellulaire perturbatie, die in hun efficiëntie en duur variabel kunnen zijn. Genomische bewerking is de laatste jaren steeds vaker geworden door de ontwikkeling van doelspecifieke nucleasen, zoals zinkvinger nucleasen 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , transcriptie activator-achtige effector nucleasen (TALENs) 6 , 7 , 8 , 9 En RNA-geleidende nucleasen afgeleid van het geclusterde, regelmatige interspaced korte palindromische herhalingen (CRISPR) systeem 10 .
De CRISPR / Cas9-bewerkingsmachines zijn aangepast aan een immuunsysteem dat bacteriën en archea gebruiken om te beschermen tegen virale infectiesAss = "xref"> 11 , 12 , 13 . In dit proces worden korte 20-30 nt-fragmenten van invallende virale sequentie opgenomen in een genomische locus als "spacers", geflankeerd door herhaling van eenheden 14 , 15 . Opvolgende transcriptie- en RNA-verwerking genereert kleine CRISPR-geassocieerde RNA's 16 (crRNAs) die samen met een trans-activerende crRNA 17 (tracrRNA) samenstellen met het effector Cas9 endonuclease. De crRNA's verschaffen derhalve specificiteit voor Cas9-targeting, het begeleiden van het complex om complementaire virale DNA-sequenties te kloppen en verdere infecties 18 , 19 te voorkomen. Elke "protospacer" -sequentie in het geteikende DNA kan dienen als de bron van het crRNA, zolang het direct 5 'is naar een kort protospacer naburig motief (PAM), NGG in het geval van S. pyogenes Cas9 20. De afwezigheid van de PAM-sequentie in de buurt van het spacer in de gastheer CRISPR locus onderscheidt zichzelf en niet-zelf, waardoor het voorkomen van de gastheer wordt voorkomen. Vanwege zijn universaliteit en flexibiliteit is dit biologische systeem krachtig aangepast voor genomische bewerking, zodat bijna elke PAM-aangrenzende DNA-site kan worden gericht. In deze versie versmelt een verdere wijziging van het crRNA en tracrRNA in een enkelvoudige RNA-component (sgRNA) die in het Cas9-eiwit 21 geladen is.
Bij expressie van Cas9 en een sgRNA in eukaryote cellen, splitst het Cas9-eiwit beide DNA-strengen op de gerichte locus. Bij afwezigheid van een geschikt gebied van homologe sequentie fixeert de cel deze pauze via niet-homologe eindverbindingen (NHEJ) 22 , 23 , 24 , die typisch kleine deleties of zelden invoegingen introduceren. Wanneer u een open doel richtLeestraject leidt de reparatie waarschijnlijk tot een translationele frameshift die een niet-functioneel eiwitproduct produceert. In tegenstelling, wanneer deze wordt voorzien van een exogeen sjabloon met grote gebieden van homologie, kan de cel de dubbelstrengpauze repareren door homologie gerichte reparatie 25 , 26 . Deze route zorgt voor grotere nauwkeurige deleties, vervangingen of invoegingen in het genoom, gekoppeld aan de introductie van excisabele selectiemarkeringen 27 .
Hier presenteren we protocollen voor het genereren van knock-out cellijnen door middel van een van deze twee CRISPR / Cas9 methoden ( Figuur 1A ). De NHEJ-aanpak maakt gebruik van een enkele sgRNA-cut-site en selectie-onafhankelijke screening, en vereist dus een beetje voorafgaande voorbereiding. Als u deze methode gebruikt, leid u RNA's die complementair zijn met exons in de buurt van het 5'-uiteinde van het transcript, dat waarschijnlijk een knock-out zal produceren, ontworpen moeten worden. Sinds de modificatIonen in het genoom in dit geval zijn klein, screening voor knock-out klonen is gebaseerd op dot blots, waar het eiwit product wordt beoordeeld op een high-throughput manier. We gebruiken de generatie van ELAV-achtige 1-eiwit (ELAVL1) knock-out lijnen als voorbeeld. De tweede aanpak is gebaseerd op homologie gerichte reparatie (HDR) en maakt gebruik van twee sgRNA-cut-sites die het gen of gebied van belang richten, waardoor er tientallen kb's kunnen worden verwijderd. Een plasmide met twee gebieden van homologie die de splitsingsplaatsen flankert, verschaft een vervangende sjabloon ( Figuur 1B ), waarbij een selecteerbare weerstandsmerker wordt geïntroduceerd die de efficiëntie van knock-out generatie verhoogt. Deze methode kan ook worden aangepast om genmodificaties te introduceren met goed ontworpen homologie armen. In dit geval zorgt de integratie van een nieuw DNA fragment voor PCR-gebaseerde screening ( Figuur 1C ). Hier gebruiken we de generatie van Pumilio RNA bindende familielid 2 (PUM2) knock-out lijnen als voorbeeld.