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A edição do genoma projetado medeia as modificações direcionadas de genes em uma variedade de células e organismos. Em eucariotos, a mutagênese sítio-específica pode ser introduzida pela aplicação de nucleases seqüenciais-específicas que estimulam a recombinação homóloga do DNA-alvo1. Nos últimos anos, várias tecnologias de edição do genoma, incluindo nucleases de dedo de zinco (ZFNs)2,3, nucleases efetoras do tipo ativador de transcrição (TALENs)4,5 e meganucleaseshoming6,7, foram projetadas para clivar genomas em locais específicos, mas essas abordagens requerem engenharia proteica complexa e procedimentos experimentais redundantes. Estudos têm demonstrado que o sistema CRISPR/Cas (CRISPR) é uma eficiente tecnologia de edição gênica, que medeia especificamente a clivagem de DNA sítio-específica guiada por RNA em uma ampla variedade de células e espécies8,9,10,11. A tecnologia de nocaute genético CRISPR/Cas9 revolucionou os campos da biologia básica, biotecnologia e medicina12.
As bactérias e a maioria das arqueias desenvolveram um sistema imune adaptativo baseado em RNA que usa as proteínas CRISPR e Cas para identificar e destruir vírus e plasmídeos13. Streptococcus pyogenes A endonuclease Cas9 (SpCas9) contém a resolvease da junção de Holliday semelhante a RuvC (RuvC) e o domínio His-Asn-His (HNH), que pode mediar eficientemente quebras de fita dupla (DSBs) específicas de sequência, fornecendo um RNA guia único sintético (sgRNA) contendo RNAs CRISPR (crRNA) e crRNA transativador (tracrRNA)14,15,16. Os DSBs podem ser reparados através da via de junção final não homóloga (NHEJ) ou reparo dirigido por homologia (HDR), que introduz múltiplas mutações, incluindo inserções, deleções ou substituições de nucleotídeos únicos sem cicatriz, em células de mamíferos 1,8. Tanto o NHEJ propenso a erros quanto a via HDR de alta fidelidade podem ser usados para mediar o knockout gênico por meio de inserções ou deleções, o que pode causar mutações frameshift e códons de parada prematura10.
A cinesina-7 CENP-E é necessária para a fixação do cinetocore-microtúbulo e alinhamento cromossômico durante a divisão celular 17,18,19. A microinjeção de anticorpos20,21, a depleção de siRNA22,23, a inibição química 24,25,26 e a deleção genética 27,28,29 do CENP-E levam ao desalinhamento cromossômico, à ativação do ponto de verificação da montagem do fuso e a defeitos mitóticos, o que resulta em aneuploidias e instabilidade cromossômica19,30. Em camundongos, a deleção CENP-E resulta em desenvolvimento anormal e letalidade embrionária nos estágios mais precoces do desenvolvimento 27,29,31. A deleção genética do CENP-E geralmente leva ao desalinhamento cromossômico e morte celular 26,27,29, o que é um obstáculo no estudo das funções e mecanismos das proteínas do CENP-E.
Um estudo recente estabeleceu uma linhagem celular knockout condicional CENP-E usando um método de edição genética CRISPR/Cas9 induzível por auxina-32, que permite a rápida degradação das proteínas CENP-E em um tempo relativamente curto33. No entanto, até o momento, linhagens celulares knockout estáveis do CENP-E não foram estabelecidas, o que é um desafio técnico não resolvido na biologia do CENP-E. Considerando a robustez genética34, as respostas de compensação genética 35,36,37 e ambientes intracelulares complexos, uma vez que as consequências diretas da deleção completa do CENP-E podem ser complexas e imprevisíveis, é importante estabelecer linhagens celulares knockout do CENP-E para a investigação de mecanismos de alinhamento cromossômico, ponto de verificação de montagem do fuso e vias de sinalização a jusante.
A descoberta e a aplicação dos inibidores do CENP-E são importantes para o tratamento do câncer. Até o momento, sete tipos de inibidores do CENP-E foram encontrados e sintetizados, incluindo GSK923295 e seus derivados24,25, PF-277138,39, imidazo[1,2-a]piridínico40,41, composto A42,43, sintalina44,45, UA6278446 e derivados benzo[d]pirrolo[2,1-b]tiazol47. Dentre esses inibidores, o GSK923295 é um inibidor alostérico e eficiente do CENP-E que se liga ao domínio motor do CENP-E e inibe a atividade da ATPase estimulada por microtúbulos do CENP-E com Ki de 3,2 ± 0,2 nM24,25. No entanto, comparados com os efeitos inibitórios da GSK923295 em células cancerosas cultivadas, os efeitos terapêuticos da GSK923295 em pacientes clínicos com câncernão são ideais48,49, o que também levantou preocupações sobre a especificidade da GSK923295 para o CENP-E. Além disso, a especificidade e os efeitos colaterais de outros inibidores do CENP-E sobre as proteínas do CENP-E são questões fundamentais na pesquisa do câncer.
Neste estudo, nocauteamos completamente o gene CENP-E em células HeLa usando o sistema CRISPR/Cas9. Três estratégias otimizadas de triagem baseadas em fenótipos foram estabelecidas, incluindo triagem de colônias celulares, fenótipos de alinhamento cromossômico e intensidades fluorescentes das proteínas CENP-E, para melhorar a eficiência de triagem e a taxa de sucesso da edição do gene CENP-E. Além disso, linhagens celulares knockout do CENP-E podem ser usadas para testar a especificidade de compostos candidatos para o CENP-E.