Het samenstellen van genoombrede plasmidebibliotheken uit beschikbare bronnen is de basis en voorwaarde voor het gebruik van functionele genomica om biologische processen te ontleden. De huidige kloonmethoden met hoge doorvoer, waaronder Gateway-, In-Fusion-, Creator- en Univector-kloonsystemen, vereisen PCR-amplificatie van doel-DNA-fragmenten 1,2,3,4,5. Deze voorwaarde omvat fragmentspecifieke verwerkingsworkflows die meerdere gestandaardiseerde bewerkingen omvatten, inclusief maar niet beperkt tot het ontwerp van oligonucleotideprimers, gelzuivering en sequentievalidatie door middel van sequencing. Als gevolg hiervan is het construeren van genoombrede plasmidebibliotheken (bijv. cDNA/ORF-overexpressiebibliotheken) arbeidsintensief en tijdrovend geworden, wat de vooruitgang van functionele genomica belemmert.
Eerder hebben we CRISPRmass ontwikkeld, een high-throughput kloonmethode die is ontworpen om specifieke DNA-fragmenten (bijv. de UAS-module) te integreren in meerdere plasmiden die identieke vectorruggengraat delen6. Met behulp van CRISPRmass hebben we meer dan 5.500 GAL4/UAS-gebaseerde UAS-cDNA/ORF-plasmiden geconstrueerd uit een Drosophila cDNA/ORF-bibliotheek, de Drosophila Genomics Resource center (DGRC) Gold Collection6. CRISPRmass mist echter de mogelijkheid om DNA-fragmenten tussen vectoren over te dragen, waardoor de toepassing ervan bij high-throughput klonen wordt beperkt.
Om deze beperkingen aan te pakken, hebben we op CRISPR gebaseerde shuttle-klonen (CRISPRshuttle) ontwikkeld, een nieuwe high-throughput-methode die de overdracht van meerdere doel-DNA-fragmenten naar bestemmingsvectoren van donorplasmiden mogelijk maakt7. Dit proces vereist slechts twee opeenvolgende reageerbuisreacties, waardoor de vereiste voor fragmentspecifieke behandeling van discrete DNA-doelen wordt omzeild7.
Het CRISPRshuttle-protocol omvat twee opeenvolgende reageerbuisreacties (Figuur 1). Eerst worden gedeelde vectorruggengraatsequenties van donorplasmiden gesplitst door Cas9/sgRNA om doel-DNA-fragmenten vrij te maken. Deze fragmenten worden vervolgens via Gibson-assemblage overgebracht naar de CRISPRshuttle-cassette van een CRISPRshuttle-compatibele vector om de uiteindelijke plasmiden te genereren. Een CRISPRshuttle-cassette bestaat uit een ~20-40 bp vector-backbone-sequentie die de 5'- en 3'-uiteinden van de DNA-fragmenten flankeert die afkomstig zijn van donorplasmiden, en een of twee unieke restrictie-enzymherkenningsplaatsen die zich tussen deze flankerende sequenties bevinden. Een CRISPRshuttle-compatibele vector wordt geconstrueerd door een CRISPRshuttle-cassette in een bestemmingsvector te plaatsen, die vervolgens wordt gelineariseerd door de restrictieplaatsen in de cassette te verteren. De bestemmingsvector moet drager zijn van een antibioticaresistentiegen dat verschilt van dat in donorplasmiden; Als het gen identiek is, moet het vóór gebruik worden vervangen door een afzonderlijk gen.
Hier presenteren we een gedetailleerd protocol dat gebruikmaakt van CRISPRshuttle om een UAS-cDNA/ORF-plasmidebibliotheek te bouwen. Dit proces omvat het overbrengen van menselijke ORF's van de CCSB-Broad Lentiviral Expression Library naar de Drosophila-transgenesevector pBID-UASC 8,9. CRISPRshuttle stroomlijnt de constructie van genoombrede plasmidebibliotheken en faciliteert zo functionele genomics-studies.