Методическая статья

CRISPR интерференционный сайленсинг генов: метод целенаправленного подавления функции генов у патогенных лептоспир

8 июля 2025 г.

В этой статье

Аннотация

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Источник: Fernandes, L. G. V., et al. Применение интерференции CRISPR (CRISPRi) для подавления экспрессии генов у патогенных видов Leptospira. J. Vis. Exp. (2021).

Это видео демонстрирует подавление экспрессии гена на основе CRISPR у патогенных лептоспир. Целенаправленное подавление экспрессии генов с помощью системы CRISPR/Cas, блокирующей образование мРНК, помогает идентифицировать гены-кандидаты для патологических и фармакологических исследований.

Протокол

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Все процедуры, связанные с животными, были проверены местным институциональным комитетом по уходу за животными и ветеринарным наблюдательным советом JoVE.

1. Определение протоспейсера и построение плазмиды

ПРИМЕЧАНИЕ: В этом разделе описывается первый шаг выбора подходящих протоспейсеров для конструирования sgRNA и дальнейшего лигирования в pMaOri.dCas9 (Рисунок 1). Эта последовательность протоспейсера состоит из последовательности из 20 нуклеотидов против желаемой мишени.

  1. Получить нуклеотидную последовательность интересующего гена для сайленсинга в GenBank (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank). Отправьте его на веб-сервер CHOPCHOP (http://chopchop.cbu.uib.no/) с параметрами, определенными для Streptococcus pyogenes Cas9 и соседнего протоспейсера мотива NGG после выбора "Fasta Target". Определите параметры для "CRISPR/Cas9" и PAM (протоспейсерный смежный мотив) NGG.
  2. На основании полученных результатов выбрать протоспейсеры с наилучшей возможной оценкой (зеленая стрелка), которые расположены максимально близко к 5'-концу кодирующей области и, что наиболее важно, содержатся в матричной (минусовой) цепи, так как для полного сайленсинга гена sgRNA должна спариваться с кодирующей цепью гена.
    заметка: Мотив NGG не включается в окончательную последовательность sgRNA.
  3. Используйте промотор lipL32 для экспрессии одиночной направляющей РНК, содержащей вариабельную 20-нуклеотидную последовательность на 5'-конце и консервативную последовательность скаффолда dCas9. Объедините 20-нт последовательность, называемую протоспейсером, с промотором lipL32 (на его 5'-конце) и скаффолдом sgRNA (3'-конец) (рис. 1B).
    заметка: Для получения хорошо определенного промотора lipL32 используйте промоторную область, содержащую -334 к TSS (Transcription Start Site, на основе Zhukova et al.). В таблице 1 приведена окончательная кассета с sgRNA.
  4. Сгенерируйте кассету с sgRNA с помощью последовательной ПЦР или обратитесь к коммерческому поставщику.
  5. После получения кассеты лигируйте ее в плазмиду pMaOri.dCas9 в месте рестрикции XmaI с обоих концов (cccggg).
    1. Расщепите кассету sgRNA и плазмиду pMaOri.dCas9 с помощью фермента рестрикции XmaI и приступайте к лигированию (рис. 1B).
    2. Выполнение этапов клонирования в ауксотрофном штамме E. coli π1 в связи с происхождением репликации pMaOri (и, соответственно, pMaOri.dCas9), R6K-gamma.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Подробный протокол лигирования и отбора клонов см. в предыдущих публикациях Фернандеса и Насименто. dCas9, управляемый sgRNA, будет связываться с кодирующей цепью выбранного гена, представляющего интерес, и, следовательно, будет препятствовать удлинению РНК-полимеразы (рис. 1C), что приведет к сайленсингу генов.

2. Преобразование лептоспир конъюгацией

ПРИМЕЧАНИЕ: Графическая схема этого шага представлена на рисунке 2. Для изготовления сред HAN и планшетов HAN обратитесь к Hornsby et al. и Fernandes et al.

  1. Выращивайте патогенные клетки лептоспир при 29 или 37 °C в среде HAN при перемешивании, разбавляя насыщенную культуру в свежей HAN в соотношении 1:100; как правило, L. interrogans serovar Copenhageni штамма Fiocruz L1-130 требуется 4-6 дней для достижения соответствующей плотности клеток.
    1. Перед использованием для конъюгации убедитесь, что культуры достигают внешнего диаметра 0,2-0,4 при 420 нм (от 2 до 5 x 108 клеток/мл).
      заметка: Поскольку среда HAN меняет цвет по мере увеличения плотности клеток (из-за фенольного красного, содержащегося в среде DMEM), центрифугируйте (4000 x g, 15 мин, комнатная температура) 1 мл питательной среды для удаления лептоспир и применяйте надосадочную жидкость в качестве заготовки для измерения O.D.
  2. Трансформируйте конъюгативный штамм E. coli β2163, ауксотрофный для диаминопимелевой кислоты (DAP), с плазмидой pMaOri.dCas9, содержащей кассету sgRNA. Для трансформации E. coli используйте либо протоколы теплового шока, либо электропорацию. Включите трансформацию с помощью плазмиды pMaOri.dCas9 без кассеты sgRNA в качестве контроля.
    1. Для трансформации с помощью теплового шока смешайте плазмидную ДНК (100 нг) с химически компетентными клетками E. coli и инкубируйте на льду в течение 30 мин. Проведите тепловой шок при 42 °C в течение 90 с и снова поместите его на лед на 5 мин. Восстановите клетки, добавив 1 мл LB-среды, инкубируйте при 37 °C в течение 1 ч и приступайте к осаждению.
    2. Для электропорации используют электрокомпетентные клетки, смешанные со 100 нг плазмидной ДНК. Используйте следующие параметры для импульса: 1,8 кВ, 100 Ω и 25 μF. Восстановите ячейки, как описано выше.
    3. Трансформированные донорские клетки E. coli помещают в среду LB-агар с добавлением диаминопимелевой кислоты (DAP) (0,3 мМ) и спектиномицина (40 мкг/мл) для отбора плазмид.
  3. Для конъюгации выбирают по одной колонии из каждой пластины за сутки до дня конъюгации (который определяется путем мониторинга O.D. культур лептоспир).
    1. Выберите одну колонию E. coli β2163 из пустого pMaOri.dCas9 и одну из пластин pMaOri.dCas9sgRNA. Дайте им вырасти в течение ночи в 10 мл LB плюс DAP и спектиномицин при 37 °C.
    2. На следующий день разведите насыщенные культуры 1:100 в 10 мл свежего LB плюс DAP (не включайте антибиотик здесь) до OD420 нм 0,2-0,4. В норме E. coli требуется 2-3 часа, чтобы достичь такой плотности.
  4. Внутри биозащитного колпака BSL2 соберите фильтрационный аппарат, поместив мембранный фильтр диаметром 25 мм и размером пор 0,1 мкм на верхнюю часть стеклянного основания. Поместите сверху стеклянную воронку объемом 15 мл и удерживайте обе части пружинными зажимами. Подключите стекло к вакуумному насосу и добавьте культуры в воронку для фильтрации.
  5. Добавьте в воронку 5 мл культуры лептоспиры. Добавьте объем E. coli, чтобы получить пропорцию 1:1, основанную на значениях наружного диаметра420 нм для обеих культур. Включите вакуумный насос и сконцентрируйте ячейки методом фильтрации. После концентрации клеток в мембранном фильтре осторожно извлеките их. Убедитесь, что среда фильтруется через мембрану.
    заметка: Фильтрация занимает от 5 до 10 минут.
  6. Поместите фильтр на имеющуюся в продаже пластину EMJH (см. Таблицу материалов) с добавлением DAP (0,3 мМ). Убедитесь, что бактерии находятся вверх. Инкубируйте планшеты при 29 °C в течение 24 ч.<бр/> заметка: При использовании HAN или дополненных пластин EMJH производства E. coli может размножаться и преодолевать предполагаемое соотношение 1:1, что, в свою очередь, может снизить эффективность конъюгации.
  7. Через 24 часа извлеките фильтры из планшетов и поместите каждый отдельный фильтр в коническую пробирку объемом 50 мл.
  8. Используйте 1 мл жидкой среды HAN для высвобождения ячеек с поверхности фильтра путем интенсивного пипетирования и вортексинга.
  9. Визуализируйте восстановленные смешанные бактериальные растворы с помощью микроскопии в темном поле, чтобы проверить жизнеспособность и подвижность клеток, а также пропорции Leptospira:E. coli.
    заметка: На этой стадии можно увидеть эквивалентное количество кишечной палочки и лептоспиры.
  10. Распределите 100-200 мкл этой культуры на планшеты HAN, содержащие 0,4% инактивированной сыворотки кролика и 40 мкг/мл спектиномицина. Инкубируйте планшеты при 37 °C в атмосфере с содержаниемCO2 3%.
    strong>ПРИМЕЧАНИЕ: В норме клетки L. interrogans serovar Copenhageni штамма Fiocruz L1-130 образуют колонии за 5-7 дней на контрольных планшетах и за 8-10 дней на планшетах с спектиномицином. На этом этапе E. coli расти не будет, так как они являются ауксотрофными по отношению к DAP.
  11. В качестве контроля разведите культуры в дозе10-4 лептоспир/мл и добавьте 100 мкл на планшеты без антибиотика, для контроля лептоспирального роста.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
Кассета sgRNA должна быть:
cccgggGAACAAGAAAGAGTCAAGAATTGAATTGAAGAGATACTCTATTACTACCGTTTGGAAGAATTTCGCATGGATTATTATTTGGTGGACTTGATTTGATTTGACTGATTTGATTTTGAAAAAAAAATCAATTTGTGTGTCTGAGATTTGAAAAAAAAAAAATCTTGTGTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTCTCTCTATTATTATTATTAGTTTTAGAGCTAGAAATAGCAAGTTAAAAATAAGGCTAGTCCGTTATTAACTTGAAAAAGTGGCACCGAGTCGGTGGTGCTTTTTTcccggg
Выделенные жирным шрифтом нуклеотиды относятся к промотору lipL32...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
Конфликт интересов не декларируется.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Мембрана из смешанных эфиров целлюлозы размером 0,1 мкмМногородностьVCWP02500Фильтрация для конъюгации бактерий
2,6-диаминопимеловая кислота (DAP)сигмаД1377Рост ауксотрофной E. coli β2163
Агар БлагородныйBD & CompanyNo 214230Используется для подготовки твердых пластин EMJH и HAN
Бакто-агарBD & CompanyNo 214010Используется для подготовки твердых пластин LB
Стеклянный держатель фильтра для микроанализаМногородностьXX1012530Фильтрация для конъюгации бактерий
Бульон LB, МиллерBD & CompanyNo 244620Лизогенная жидкая среда для культивирования E. coli
Обогащение лептоспирами EMJHBD & CompanyNo 279510 (АнглийскийДобавка среды EMJH
Лептоспира Средняя база EMJHBD & CompanyNo 279410 (АнглийскийСреда EMJH для лептоспир
Считыватель оптической плотностиМолекулярные приборыСпектраМакс М2Для измерения оптической плотности бактериальных культур
СпектиномицинсигмаС0692Выбор системообразующих плазмид pMaOri
Тимидин (dT)сигмаТ9250Рост ауксотрофной E. coli π1
Фермент рестрикции XmaIБиолаборатории Новой АнглииР0180ЛРасщепление плазмид и вставок
) )

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

CRISPR InterferenceGene SilencingdCas9 ProteinShuttle VectorConjugation ProtocolLeptospira BacteriaDark Field MicroscopySpectinomycin SelectionHAN MediaPlasmid Construct

Похожие статьи