Apresentado aqui é o endonuclease sgRNA/CAS9 e o protocolo de sequenciamento de próxima geração que pode ser usado para identificar as mutações associadas ao reparo de quebra de fios duplos perto do promotor CD4.
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Apresentado aqui é o endonuclease sgRNA/CAS9 e o protocolo de sequenciamento de próxima geração que pode ser usado para identificar as mutações associadas ao reparo de quebra de fios duplos perto do promotor CD4.
Quebras duplas de fios (DSBs) no DNA são o tipo mais citotóxico de dano de DNA. Como uma miríade de insultos pode resultar nessas lesões (por exemplo, estresse de replicação, radiação ionizante, dano UV não reparado), os DSBs ocorrem na maioria das células todos os dias. Além da morte celular, DSBs não reparados reduzem a integridade do genoma e as mutações resultantes podem impulsionar a tumorigênese. Esses riscos e a prevalência de DSBs motivam investigações sobre os mecanismos pelos quais as células reparam essas lesões. O sequenciamento da próxima geração pode ser emparelhado com a indução de DSBs por radiação ionizante para fornecer uma ferramenta poderosa para definir precisamente as mutações associadas aos defeitos de reparo do DSB. No entanto, essa abordagem requer sequenciamento de genoma inteiro e proibitivo de custos computacionalmente para detectar o reparo dos DSBs que ocorrem aleatoriamente associados à radiação ionizante. Endonucleases de corte raros, como o I-Sce1, fornecem a capacidade de gerar um único DSB, mas seus locais de reconhecimento devem ser inseridos no genoma do interesse. Como resultado, o local de reparo é inerentemente artificial. Os avanços recentes permitem orientar o RNA (sgRNA) a direcionar uma endonuclease Cas9 para qualquer lócus de genoma de interesse. Isso poderia ser aplicado ao estudo do reparo do DSB tornando o sequenciamento da próxima geração mais econômico, permitindo que ele se concentrasse no DNA flanqueando o DSB induzido pelo Cas9. O objetivo do manuscrito é demonstrar a viabilidade dessa abordagem apresentando um protocolo que pode definir mutações que decorrem da reparação de um DSB upstream do gene CD4. O protocolo pode ser adaptado para determinar mudanças no potencial mutagênico do DSB associados a fatores exógenos, como inibidores de reparação, expressão de proteína viral, mutações e exposições ambientais com requisitos de computação relativamente limitados. Uma vez que o genoma de um organismo tenha sido sequenciado, este método pode ser teoricamente empregado em qualquer lócus genômico e em qualquer modelo de cultura celular desse organismo que pode ser transfeminado. Adaptações semelhantes da abordagem poderiam permitir comparações de fidelidade de reparo entre diferentes loci no mesmo fundo genético.
Manter a estabilidade genômica é fundamental para todos os organismos vivos. A replicação precisa do DNA e uma resposta robusta de dano de DNA (DDR) são necessárias para propagar fielmente o material genético 1,2. Os danos no DNA ocorrem regularmente na maioria das células 2,3. Quando esses danos são sentidos, a progressão do ciclo celular é interrompida, e os mecanismos de reparação do DNA são ativados. Quebras duplas de fios no DNA ou DSBs são o tipo mais tóxico e mutagênico de dano de DNA 3,4.
Embora várias vias de sinalização DDR possam reparar essas lesões, as vias de reparo DSB mais estudadas são a recombinação homologous (RH) e a junção final não homóloga (NHEJ). O RH é um caminho em grande parte livre de erros que repara um DSB usando um cromátide irmã como modelo homólogo. Isso tende a acontecer na fase S e G2 de um ciclocelular 5,6,7. O NHEJ é mais propenso a erros, mas pode acontecer ao longo do ciclocelular 8,9. Vários ensaios de repórteres foram desenvolvidos para medir a eficiência de mecanismos específicos de reparo 10,11,12. Esses ensaios tendem a depender da citometria de fluxo para uma medição de alto rendimento da atividade da via de reparo DSB usando GFP ou mCherry como leitura11,13. Embora altamente eficientes, eles dependem de reparos canônicos que ocorrem em um DSB artificialmente introduzido.
Há uma variedade de outros métodos usados para estudar o reparo do DSB. Muitos deles dependem da microscopia de imunofluorescência (IF) 1,14. Se a microscopia detectar focos nucleares discretos representativos de complexos de reparo após os DSBs serem induzidos pela exposição a produtos químicos genotoxicos ou radiação ionizante15,16. O acompanhamento da formação e resolução desses focos fornece uma indicação de iniciação e conclusão do reparo, respectivamente14,17. No entanto, esses métodos de indução de DSB (ou seja, produtos químicos ou radiação ionizante) não causam DSBs em locais definidos no genoma. Também é funcionalmente impossível usá-los para induzir consistentemente apenas um pequeno número (por exemplo, 2-4) de DSBs. Como resultado, os métodos mais comumente utilizados de induzir DSBs causam uma infinidade de lesões distribuídas aleatoriamente ao longo do genoma18. Um pequeno número de DSBs pode ser introduzido inserindo o local de reconhecimento de uma endonuclease de corte raro e expressando a endonuclease pertinente, como o I-Sce119. Infelizmente, a necessária integração de um local de destino impede o exame de DSB em loci genômico endógeno.
Este manuscrito descreve um método para detectar mutações associadas ao reparo de um DSB gerado em um lócus definido pelo usuário. Fornecemos um exemplo representativo da abordagem aplicada para avaliar a capacidade de uma proteína viral de aumentar o número de mutações associadas a um DSB. Especificamente, este manuscrito descreve o uso de um único guia RNA (sgRNA) para direcionar uma endonuclease CAS9 para induzir um DSB no quadro de leitura aberta CD4 humano em queratinócitos de prepúcio humano expressando controle vetorial (HFK LXSN) e HFK que expressa a proteína E6 do vírus papiloma humano tipo 8 (HFK 8E6). O sequenciamento de última geração (NGS) da região em torno do rompimento permite que mutações associadas à reparação da lesão sejam rigorosamente definidas. Esses dados demonstram que a proteína viral causa um aumento de aproximadamente 20 vezes nas mutações durante o reparo do DSB. Também fornece uma caracterização imparcial das consequências mutagênicas dos DSBs em um único lócus sem a necessidade de sequenciamento de genoma inteiro. Em princípio, o protocolo poderia ser facilmente adaptado para comparar o risco relativo de mutações entre loci genoma ou linhas celulares.
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1. Revestimento de células
2. Transfecção
3. Medindo a expressão CAS9 via imunoblot
4. Extração de ácido nucleico e geração de amplicon
5. Limpeza do PCR

6. Preparação da biblioteca
7. Análise de dados
NOTA: Todas as etapas de dados são realizadas no software de análise de dados genômicos. Os parênteses indicam a entrada do usuário. Maior que o sinal indica a ordem dos cliques do mouse para qualquer passo (por exemplo,1º clique do mouse>2º clique do mouse)
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Três resultados representativos são apresentados para este protocolo. Figura 1 é um imunoblot confirmando expressão de CAS9 no controle HFK (LXSN) e HFK expressando beta-HPV 8E6 (8E6). 48 h após a transfecção, os lises celulares inteiros foram colhidos e, posteriormente, sondados com um anticorpo anti-CAS9 (ou GAPDH como controle de carga). O resultado mostra que hfk LXSN e HFK 8E6 estão expressando quantidade semelhante de CAS9 indicando que a eficiência de ...
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Além da profundidade das informações fornecidas, existem várias vantagens para este método. Primeiro, o reparo do DSB, em teoria, pode ser avaliado em qualquer loci genômico sem modificar o genoma da célula de interesse. Em segundo lugar, o acesso à análise de reparo do NGS é aumentado pelo custo reduzido e pelo esforço computacional proporcionado pela fabricação e análise de um único DSB direcionado a uma área definida. Finalmente, com os genomas de organismos adicionais se tornando rotineiramente disponíveis e várias p...
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Os autores não têm nada a revelar.
A pesquisa relatada neste manuscrito foi apoiada pelo Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais dos Institutos Nacionais de Saúde (P20GM130448) (NAW e RP); Instituto Nacional de Câncer dos Institutos Nacionais de Saúde (NCI R15 CA242057 01A1); Centro de Pesquisa do Câncer Johnson na Universidade Estadual do Kansas; e o Departamento de Defesa dos EUA (CMDRP PRCRP CA160224 (NAW)). Agradecemos a KSU-CVM Confocal Core e Joel Sanneman pela nossa microscopia de imunofluorescência. O conteúdo é de responsabilidade exclusiva dos autores e não representa necessariamente as opiniões oficiais dessas agências de financiamento.
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Placa de cultura de tecidos de 6 poços | Celltreat | 229106 | Placa de cultura de células |
| BCA Kit VWR | 89167-794 | Kit de ensaio BCA | |
| Centrífuga 5910 R | Eppendorf | 2231000772 | Centrífuga de mesa |
| CLC Bancada genômica | Qiagen | 832001 | software de análise de dados de sequência profunda / chamador indel / chamador de variante |
| Digital Microplate Genie pulse | Scientific industries | SI-400A | Agitador de placas |
| DYKDDDDK Tag Anticorpo monoclonal (FG4R) | ThermoFisher Scientific | MA191878 | anticorpo anti-FLAG |
| Epilife CF Kit | ThermoFisher Scientific | MEPICF500 | Cell cultrue media e suplementos |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | VWR | 89510-194 Suplemento de | cultura de células |
| Cabra anti-Rabbit IgG | ThermoFisher Scientific | A-11012 | Anticorpo secundário |
| HighPrep PCR Sistema de limpeza | MagBio | AC-60005 | Kit de limpeza de PCR baseado em esferas |
| KAPA HiFi HotStart ReadyMix Kit de PCR | KAPA Biosystems | KK2600 | Mastermix/ensaio de PCR |
| MagAttract HMW Kit de DNA | Qiagen | 67563 | Kit de extração de DNA de alto peso molecular |
| Suporte magnético-96 | Thermo Fisher Scientific | AM10027 | Magnetic Rack |
| MiniAmp Thermal Cycler | Aplicador Biosystems | A37834 | |
| Sequenciador | Miseq | Illumina | SY-410-1003 |
| de reagentes de 300 ciclos | Illumina | MS-102-2002 | Reagentes de cartucho/sequenciamento de 300 ciclos |
| Nextera XT DNA Library Kit de preparação | Illumina | FC-131-1024 | Kit de preparação de biblioteca |
| Nextera XT Kit v2 Conjunto A | Illumina | 20027215 | Índices |
| Nunc Placas DeepWell Stroage de polipropileno de 96 poços Nunc | Placas Thermo Fisher Scientific | 260251 | de poços profundos de 96 poços |
| Solução de penicilina-estreptomicina (100X) | Calsson Labs | PSL02-6X100ML | Antibióticos para cultura de células |
| Solução salina tamponada com fosfato (PBS) | Bio Basic | PD8117 | PBS |
| px330-CD4 | Addgen | 136938 | plasmídeos SgRNA / CAS9 direcionados a 5 '- GGCGTATCTGTGTGAGGACT |
| QIAxcel Sistema Avançado | eletrofere capilar | de 9001941 | Qiagen |
| Kit de triagem de DNA QIAxcel Tampão | de DNA de 929004 | Qiagen | / tubos de eletroferse capilar |
| Qubit 1x ds HS Kit de ensaio | ThermoFisher Reagentes de | Q23851 | / 1x solução de dsDNA |
| Fluorômetro Qubit 4 | ThermoFisher Scientific | Q33238 | Fluorômetro |
| Tubos de ensaio de qubit | Thermo Fisher Scientific | Q32856 | Tubos de ensaio de fluorômetro |
| Tampão de lise RIPA | VWR | VWRVN653-100ML | Tampão de lise para extração |
| de proteínas Tripsina-EDTA (0,05%), vermelho | de fenolThermoFisher Scientific | 25300054 | Tripsina |
| Vortex-Genie 2 | Indústrias científicas | SI-0236 | Reagente de |
| transfecção Vortex Xfect | Takara Bio | 631318 | Reagente de transfecção |
| Software de análise de dados genômicos | QIAGEN | CLC Workbench v21.0. | Software de análise de dados |
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