System CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)/Cas (związany z CRISPR), wraz z innymi narzędziami do edycji genomu, zrewolucjonizował manipulację ludzkim genomem w ostatnich latach1-7. Głównymi składnikami systemu CRISPR/Cas9 są RNA z pojedynczym przewodnikiem (sgRNA) i Cas9. Cas9 jest endonukleazą DNA typu II kierowaną przez RNA. Ma dwie domeny nukleazy, HNH i RuvC, które są odpowiedzialne za tworzenie dwuniciowych pęknięć DNA (DSB) w określonym regionie genomu obok motywu sąsiadującego z protospacerem (PAM)7-10. sgRNA pełni połączoną funkcję crRNA i tracrRNA, dwóch cząsteczek RNA odporności nabytej zidentyfikowanych w bakteriach (takich jak Streptococcus pyogenes) i archeonach w celu walki z inwazją DNA źródeł egzogennych9-11. Po odpowiednim zaprojektowaniu i jednoczesnym wprowadzeniu do komórek ssaków, sgRNA rozpoznaje sekwencję PAM, pary zasad z komplementarną nicią docelowego DNA oraz prowadzi i transaktywuje Cas9 do rozszczepienia obu nici DNA bezpośrednio przed PAM7. Następnie nastąpi homologiczna rekombinacja ukierunkowana (HDR, w obecności wektora docelowego) lub niehomologiczne łączenie końców (NHEJ) w celu naprawy DSB. Transgeny, takie jak cDNA, kasety reporterowe lub fragmenty oporne na antybiotyki, mogą być integrowane, a linie transgeniczne lub knockin.
Chociaż system CRISPR/Cas9 jest wysoce wydajny i stosunkowo specyficzny, zgłoszono niepożądane działania niezgodne z celem12-15. Aby zminimalizować zdarzenia niezgodne z celem, nickasy Cas9 (Cas9n) zostały również zaprojektowane9,10,14,16,17. Cas9n (Cas9 D10A lub Cas9 H840A) to enzym Cas9 z mutacjami w jednej z dwóch domen nukleazy, który wywołuje nacięcie tylko na jednej nici DNA. Aby osiągnąć rozszczepienie na obu niciach, dwa sgRNA są zaprojektowane tak, aby prowadzić parę nickaz, które przecinają się oddzielnie w pobliskich loci dwóch różnych nici DNA. Strategia "podwójnego nacinania" wymaga bardziej rygorystycznego projektu niż konwencjonalna platforma Cas9 i oferuje zarówno wysoką wydajność, jak i wysoką specyficzność dla eksperymentów z edycją genów.
Ten manuskrypt opisuje protokół generowania reportera ludzkich indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (hiPSC) specyficznych dla linii przy użyciu rekombinacji homologicznej wspomaganej systemem CRISPR/Cas. Opisano etapy uzyskiwania składników niezbędnych do tworzenia linii reporterowych linii neuronalnych za pomocą edycji genomu za pośrednictwem systemu CRISPR/Cas, ze szczególnym uwzględnieniem budowy wektorów docelowych i sgRNA. Protokół ten został z powodzeniem powtórzony w wielu liniach hiPSC, w tym pochodzących od osób zdrowych i od pacjentów z chorobami OUN. Geny celowane w naszym laboratorium to OLIG2, HB9 (MNX1), NEUROG2, SOX1, ALDH1L1 i SOD1. Skuteczność celowania w rekombinację homologiczną za pośrednictwem systemu CRISPR/Cas w hiPSC waha się od 20 do 40%, co jest zgodne z poprzednimi raportami1,18,19. W porównaniu z typową skutecznością 1-2% w konwencjonalnych eksperymentach z celowaniem genowym, skuteczność celowania jest znacznie lepsza.