Система CRISPR (Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeats)/Cas (CRISPR-ассоциированная), вместе с другими инструментами редактирования генома, произвела революцию в манипулировании геномом человека в последние годы1-7. Основными компонентами в системе CRISPR/Cas9 являются одиночная направляющая РНК (sgRNA) и Cas9. Cas9 представляет собой эндонуклеазу ДНК II типа, управляемую РНК. Он имеет два нуклеазных домена, HNH и RuvC, которые отвечают за создание двухцепочечных разрывов ДНК (DSB) в определенной области генома рядом с протоспейсерным соседним мотивом (PAM)7-10. sgРНК выполняет комбинированную функцию crRNA и tracrRNA, двух молекул адаптивной иммунной РНК, идентифицированных у бактерий (таких как Streptococcus pyogenes) и архей для борьбы с вторжением ДНК из экзогенных источников9-11. При надлежащем дизайне и совместном введении в клетки млекопитающих, sgRNA распознает последовательность PAM, образует пары оснований с комплементарной цепью ДНК-мишени, а также направляет и трансактивирует Cas9 для расщепления обеих цепей ДНК непосредственно перед PAM7. Впоследствии для репарации DSB будет происходить гомологичная направленная рекомбинация (HDR, в присутствии вектора-мишени) или негомологичное соединение концов (NHEJ). Трансгены, такие как кДНК, репортерные кассеты или устойчивые к антибиотикам фрагменты, могут быть интегрированы, а также созданы трансгенные или нокиновые линии.
Хотя система CRISPR/Cas9 очень эффективна и относительно специфична, сообщалось о нежелательных нецелевых действиях12-15. Чтобы свести к минимуму нецелевые события, также были разработаны никазы Cas9 (Cas9n)9,10,14,16,17. Cas9n (Cas9 D10A или Cas9 H840A) — фермент Cas9 с мутациями в одном из двух нуклеазных доменов, который вызывает разрыв только на одной цепи ДНК. Чтобы добиться расщепления на обеих цепях, две sgРНК предназначены для направления пары никаз, которая разрезается отдельно в соседних локусах двух разных нитей ДНК. Стратегия «двойного никинга» требует более строгого дизайна, чем обычная платформа Cas9, и предлагает как высокую эффективность, так и высокую специфичность для экспериментов по редактированию генов.
В этой рукописи описывается протокол создания репортера индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека (hiPSC) с использованием гомологичной рекомбинации с помощью системы CRISPR/Cas. Описаны этапы получения необходимых компонентов для создания нейронных репортерных линий с использованием опосредованного редактирования генома в системе CRISPR/Cas с акцентом на построение векторов-мишеней и sgРНК. Этот протокол был успешно повторен в нескольких линиях ИПСК, в том числе полученных от здоровых людей и пациентов с заболеваниями ЦНС. В нашей лаборатории нацелены следующие гены: OLIG2, HB9 (MNX1), NEUROG2, SOX1, ALDH1L1 и SOD1. Эффективность нацеливания на систему CRISPR/Cas, опосредованная гомологичной рекомбинацией в ИПСК колеблется от 20 до 40%, что согласуется с предыдущими отчетами1,18,19. По сравнению с типичной эффективностью в 1-2% в обычных экспериментах по нацеливанию генов, эффективность нацеливания значительно повышается.