Ten protokół zapewnia metodę ułatwiającą generowanie zdefiniowanych heterozygotycznych lub homozygotycznych zmian nukleotydowych za pomocą CRISPR-CAS9 w ludzkich pluripotencjalnych komórkach macierzystych.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Ten protokół zapewnia metodę ułatwiającą generowanie zdefiniowanych heterozygotycznych lub homozygotycznych zmian nukleotydowych za pomocą CRISPR-CAS9 w ludzkich pluripotencjalnych komórkach macierzystych.
Ludzkie pluripotencjalne komórki macierzyste oferują potężny system do badania funkcji genów i modelowania specyficznych mutacji związanych z chorobą. Generowanie precyzyjnych heterozygotycznych modyfikacji genetycznych jest trudne ze względu na tworzenie indel za pośrednictwem CRISPR-CAS9 w drugim allelu. W tym miejscu demonstrujemy protokół, który pomaga przezwyciężyć tę trudność, używając dwóch szablonów naprawczych, w których tylko jeden wyraża pożądaną zmianę sekwencji, podczas gdy oba szablony zawierają ciche mutacje, aby zapobiec ponownemu cięciu i tworzeniu się indel. Metodologia ta jest najbardziej korzystna dla edycji genów kodujących regiony DNA w celu wygenerowania izogenicznych linii kontrolnych i zmutowanych ludzkich komórek macierzystych do badania chorób i biologii człowieka. Ponadto przeprowadzono optymalizację metodologii transfekcji i badań przesiewowych w celu zmniejszenia nakładu pracy i kosztów eksperymentu edycji genów. Ogólnie rzecz biorąc, protokół ten ma szerokie zastosowanie w wielu projektach edycji genomu z wykorzystaniem modelu ludzkich pluripotencjalnych komórek macierzystych.
Ludzkie embrionalne komórki macierzyste (hESC) i indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC) są cennymi narzędziami do modelowania chorób ludzkich ze względu na ich zdolność do odnowy, przy jednoczesnym zachowaniu zdolności do generowania typów komórek o różnych liniach1,2,3,4. Modele te otwierają możliwość zbadania funkcji genów i zrozumienia, w jaki sposób określone mutacje i fenotypy są powiązane z różnymi chorobami5,6. Jednak, aby zrozumieć, w jaki sposób konkretna zmiana jest powiązana z określonym fenotypem, ważne jest użycie sparowanych izogenicznych linii kontrolnych i zmutowanych komórek w celu kontrolowania zmienności między liniami7,8. Nukleazy efektorowe podobne do aktywatora transkrypcji (TALEN) i nukleazy palca cynkowego zostały wykorzystane do generowania mutacji insercji lub delecji (indeli) w różnych modelach genetycznych, w tym w komórkach pierwotnych; Ale te nukleazy mogą być kłopotliwe w użyciu i drogie9,10,11,12,13,14. Odkrycie zgrupowanej, regularnie rozmieszczonej krótkiej powtórzeń palindromicznych (CRISPR)-CAS9 zrewolucjonizowało tę dziedzinę ze względu na wydajność tworzenia indel w praktycznie każdym regionie genomu, prostotę użycia i obniżenie kosztów15,16,17,18,19.
Wyzwaniem w korzystaniu z technologii edycji genomu opartej na CRISPR-CAS9 było generowanie lub korygowanie określonych mutacji w jednym allelu bez tworzenia mutacji indel w drugim allelu20. Głównym celem tego protokołu jest przezwyciężenie tego wyzwania poprzez zastosowanie dwóch jednoniciowych matryc naprawczych oligonukleotydów (ssODN) w celu zmniejszenia tworzenia się indelu w drugim allelu. Oba ssODN są zaprojektowane tak, aby zawierały ciche mutacje, aby zapobiec ponownemu cięciu przez nukleazę CAS9, ale tylko jeden zawiera zmianę będącą przedmiotem zainteresowania. Metoda ta zwiększa efektywność generowania specyficznej heterozygotycznej modyfikacji genetycznej bez indukowania tworzenia indeli w drugim allelu. Korzystając z tego protokołu, eksperymenty z edycją genów w sześciu niezależnych lokalizacjach genomowych wykazują precyzyjne wprowadzenie pożądanej zmiany genomowej w jednym allelu bez tworzenia indel w drugim allelu i zachodzi z ogólną wydajnością ~10%. Opisany protokół został zaadaptowany z Maguire et al.21.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Projektowanie i budowa przewodnika RNA (gRNA)
UWAGA: Każdy gRNA składa się z dwóch oligonukleotydów o długości 60 par zasad (bp), które są wyżarzane w celu wytworzenia dwuniciowego (ds) oligonukleotydu o gęstości 100 pz (Rysunek 1A-C). Czas na projektowanie, generowanie i testowanie wydajności cięcia gRNA wynosi około 2 tygodni (Rysunek 2).
2. Projektowanie starterów PCR do badań przesiewowych
3. Przygotowanie plazmidu wektorowego gRNA_cloning
4. Składanie wektora gRNA
5. Przetestuj skuteczność cięcia gRNA
6. Pokaz klonów
7. Precyzyjna edycja genomu w pluripotencjalnych komórkach macierzystych przy użyciu jednoniciowego oligo DNA (ssODNs)
8. Ustawienia transfekcji
9. Sprawdzanie mutacji w pojedynczych koloniach
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Generowanie gRNA i przesiewanie pod kątem indeli
Każde gRNA zostanie sklonowane do wektora plazmidowego i wyekspresowane przy użyciu promotora U6. Do linearyzacji plazmidu (addgene #41824) wykorzystuje się enzym restrykcyjny AflII , którego miejsce cięcia znajduje się za promotorem U6. Fragment o długości 10 bp, powstały po wyżyglowaniu dwóch 60-bp oligosów, jest klonowany do wektora ekspresyjnego gRNA za pomocą metody assembly DNA. Po otrzymaniu plazmidów gRNA są one...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W tym protokole wykazano zastosowanie CRISPR-CAS9 wraz z dwoma matrycami naprawczymi ssODN do generowania specyficznych heterozygotycznych lub homozygotycznych zmian genomu w ludzkich pluripotencjalnych komórkach macierzystych. Metoda ta pozwoliła na pomyślne wygenerowanie izogenicznych linii komórkowych wyrażających heterozygotyczne zmiany genomowe ze skutecznością bliską 10%. Protokół ten został zoptymalizowany zarówno dla ludzkich ESC, jak i iPSC hodowanych na napromieniowanych MEF-ach, które wspomagają wzrost i przeż...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
To badanie było wspierane przez fundusze z National Heart, Lung, and Blood Institute (NHLBI), National Institutes of Health poprzez granty U01HL099656 (P.G. i D.L.F.) oraz U01HL134696 (P.G. i D.L.F.).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 5-ml polistyrenowa probówka okrągłodenna z nasadką sitkową | Corning | 352235 | |
| 6-dołkowe naczynia do hodowli tkanek polistyrenowych | Corning | 353046 | |
| Endonukleaza restrykcyjna AflII | New England Biolabs | R0520 | |
| Agaroza | VWR | N605 | |
| DMEM/F12 podłoże | ThermoFisher | 11320033 | |
| dNTPs | Roche | 11969064001 | |
| Aparat | |||
| Zestaw do ekstrakcji żelu | Macherey-Nagel | 740609 | |
| Zestaw montażowy Gibsona | New England Biolabs | E2611 | |
| gRNA_Cloning Vector | Addgene | 41824 | |
| LB Płytki agarowe zawierające 50 μ g/ml kanamycyny | |||
| Lipofektamina Odczynnik macierzysty | ThermoFisher | (STEM00001) | |
| Matrigel Czynnik wzrostu o zmniejszonej wartości (GFR) | Corning | 354230 | |
| Mysie fibroblasty embrionalne (MEF) | |||
| Ekstrakcja żelu nukleospinowego i zestaw do czyszczenia PCR | 740609 | Macherey-Nagel | |
| Inkubator z wytrząsaniem orbitalnym | |||
| pCas9_GFP wektor | Addgene | 44719 | |
| Probówki paskowe do PCR | USA Scientific | 1402-2900 | |
| Phusion Polimeraza DNA o wysokiej wierności i 5 razy; Bufor Phusion | New England Biolabs | M0530 | |
| PurelinkTM Szybki zestaw minipreparatu plazmidu | Invitrogen | K210011 | |
| Proteinaza K | Qiagen Qiagen | 19133 | |
| StellarTM elektrokompetentne komórki Escherichia coli | Takara | 636763 | |
| SOC Pożywka | New England Biolabs | B9020S | |
| Enzym ekspresowy TrypLE | ThermoFisher | 12605036 | |
| Y-27632 dichlorowodorek/inhibitor ROCK (ROCKi) | Tocris | 1254 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.