Этот протокол описывает, как выполнить эффективное редактирование аденинового основания без ограничения PAM для построения точной модели болезни рыбок данио-рерио с использованием zSpRY-ABE8e.
Методическая статья
Этот протокол описывает, как выполнить эффективное редактирование аденинового основания без ограничения PAM для построения точной модели болезни рыбок данио-рерио с использованием zSpRY-ABE8e.
Технология CRISPR/Cas9 повысила ценность рыбок данио-рерио для моделирования генетических заболеваний человека, изучения патогенеза заболеваний и скрининга лекарств, но ограничения смежных мотивов протоспейсеров (PAM) являются основным препятствием для создания точных животных моделей генетических нарушений человека, вызванных однонуклеотидными вариантами (SNV). До сих пор некоторые варианты SpCas9 с широкой совместимостью с PAM показали эффективность у рыбок данио. Применение оптимизированного SpRY-опосредованного редактора адениновых оснований (ABE), zSpRY-ABE8e и синтетически модифицированной гРНК у рыбок данио-рерио позволило эффективно конформировать аденин-гуаниновое основание без ограничения PAM. Здесь описан протокол для эффективного редактирования адениновых оснований без ограничения PAM у рыбок данио-рерио с использованием zSpRY-ABE8e. Путем введения смеси мРНК zSpRY-ABE8e и синтетически модифицированной гРНК эмбрионам рыбок данио-рерио была построена модель болезни рыбок данио-рерио с точной мутацией, которая имитировала патогенный сайт фактора созревания рибосомы TSR2 (tsr2). Этот метод является ценным инструментом для создания точных моделей заболеваний для изучения механизмов и методов лечения заболеваний.
Однонуклеотидные варианты (SNV), вызывающие миссенсовые или нонсенсовые мутации, являются наиболее распространенным источником мутаций в геноме человека1. Чтобы определить, является ли конкретная SNV патогенной, и пролить свет на ее патогенез, требуются точные модели на животных2. Рыбки данио-рерио являются хорошими моделями болезней человека, демонстрируя высокую степень физиологической и генетической гомологии с людьми, короткий цикл развития и сильную репродуктивную способность, что выгодно для исследования патогенных характеристик и механизмов, а также скрининга лекарств3.
Кластерная система коротких палиндромных повторов (CRISPR)/Cas9 с регулярным интервалом широко применяется при редактировании генома различных видов, включая рыбок данио-рерио4. Под руководством гРНК система CRISPR/Cas9 может генерировать двухцепочечные разрывы ДНК (DSB) на целевом участке, что затем позволяет заменять одно основание путем рекомбинации целевого сайта с донорскими матрицами ДНК через путь репарации, направленной на гомологию (HDR). Однако эффективность этого метода замещения оснований довольно низкая, поскольку процесс репарации клеточной ДНК в основном осуществляется путем негомологичного соединения концов (NHEJ), который обычно сопровождается мутациями вставки и делеции (индел)5. К счастью, технология редактирования одной базы на основе CRISPR/Cas9 значительно облегчает эту проблему за счет использования базовых редакторов, которые обеспечивают более эффективное редактирование одной базы без индуцирования DSB. Два основных класса редакторов оснований, редакторы адениновых оснований (ABE) и редакторы цитозиновых оснований (CBE), были разработаны для реализации редактирования с заменой оснований для A· T в G· C и C·G в T· А, соответственно 6,7,8,9,10,11. Эти четыре типа замещения оснований охватывают 30% патогенных вариантов человека12. Сообщалось, что оба класса базовых редакторов, включая PmCDA1, систему BE, CBE4max, ABE7.10 и ABE8e, работают с рыбками данио, причем особенно сообщается, что BE4max и ABE8e достигают высокой активности редактирования 13,14,15,16,17,18,19.
Белки Cas9 различных видов, включая Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes и S. canis, были реализованы при редактировании генов рыбок данио, при этом наиболее широко используется Streptococcus pyogenes Cas9 (SpCas9)20,21,22,23. Тем не менее, SpCas9 может распознавать целевые сайты только с примыкающим к NGG протоспейсером мотивом (PAM), что ограничивает его редактируемый диапазон и может привести к тому, что подходящая последовательность не будет найдена вблизи патогенного сайта, представляющегоинтерес 24. Чтобы расширить целевой диапазон, было разработано множество вариантов SpCas9 для распознавания различных PAM посредством направленной эволюции и структурно-ориентированного проектирования. Тем не менее, немногие варианты эффективны для животных, особенно для рыбок данио, что ограничивает применение рыбок данио-рерио в исследованиях заболеваний, связанных с SNV 25,26,27,28. В последнее время сообщалось, что два варианта SpCas9, SpG и SpRY с менее строгими ограничениями PAM (NGN для SpG и NNN для SpRY с более высоким предпочтением NRN, чем NYN), проявляют высокую активность редактирования в клетках и растениях человека 29,30,31,32. Впоследствии сообщалось, что SpG и SpRY, а также ряд их опосредованных базовых редакторов, таких как SpRY-опосредованные CBE и SpRY-опосредованные ABE, также работают с рыбками данио, что расширит применение моделей рыбок данио-рерио в механистическом исследовании и скрининге лекарств заболеваний, связанных с SNV 18,33,34,35. Кроме того, i-Silence был предложен в качестве эффективной и точной стратегии нокаута генов посредством ABE-опосредованного преобразования стартового кодона из ATG в GTG или ACG36. Комбинация стратегии i-Silence и SpRY-опосредованного базового редактора zSpRY-ABE8e обеспечивает новый метод моделирования заболеваний18. Этот протокол демонстрирует, как выполнять редактирование генов с использованием zSpRY-ABE8e у рыбок данио-рерио для построения модели tsr2 (M1V) с использованием стратегии i-Silence. Была оценена и проанализирована эффективность редактирования и фенотипы, которые появляются в моделях рыбок данио.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Это исследование было проведено в строгом соответствии с рекомендациями Комитета по уходу и использованию Южно-Китайского педагогического университета.
1. Получение синтетически модифицированной гРНК и мРНК zSpRY-ABE8e
2. Подготовка стеклянных капилляров для микроинъекций
3. Микроинъекция смеси мРНК zSpRY-ABE8e и гРНК EE в эмбрионы рыбок данио-рерио
4. Анализ эффективности редактирования базы с помощью EditR
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Сообщалось, что мутация TSR2 вызывает анемию Даймонда Блэкфана (DBA)42. Здесь была построена модель рыбок данио-рерио DBA с мутацией tsr2 (M1V) с использованием стратегии i-Silence. Аденин стартового кодона рыбок данио-рерио tsr2 был успешно преобразован в гуанин с помощью zSpRY-ABE8e (рис. 3).
Анализ EditR результатов секвенирования Сэнгера показал, что в адениновом основании стартового кодона tsr2 было ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В этом протоколе описано построение модели болезни рыбок данио-рерио с использованием базового редактора zSpRY-ABE8e. По сравнению с традиционным путем HDR для замены базы, этот протокол может обеспечить более эффективное редактирование базы и уменьшить количество инделов. В то же время этот протокол включает в себя реализацию недавно предложенной стратегии нокаута гена i-Silence у рыбок данио. Взятые вместе, zSpRY-ABE8e расширит применение моделей рыбок данио-рерио в исследованиях заболеваний.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Мы благодарим Барбару Гарберс, доктора философии из Liwen Bianji (Edanz), за редактирование английского текста черновика этой рукописи. Эта работа была поддержана Программой исследований и разработок в ключевых областях провинции Гуандун (2019B030335001), Национальной ключевой программой исследований и разработок Китая (2019YFE0106700), Национальным фондом естественных наук Китая (32070819, 31970782) и Программой исследовательского фонда Ключевой лаборатории патогенной биологии и эпидемиологии водных экономических животных провинции Гуандун (PBEA2020YB05).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Агароза | Sigma-Aldrich | A9539 | 1,5% Агароза используется для изготовления инъекционной пластины |
| с боросиликатными стеклянными капиллярами | Гарвардский аппарат | BS4 30-0016 | |
| Чашки для клеточных культур | Falcon | 351029 | |
| ClonExpress Ultra One Step Cloning Kit | Vazyme | C115 | Набор для инфузионного клонирования |
| Услуга оптимизации кодонов | Sangon Biotech | ||
| Drummond Microcaps | Drummond Microcaps | P1299-1PAK | Длина: 32 мм, емкость: 0,5 μ L |
| EasyEdit услуга гРНК | GenScript | ||
| Тонкие щипцы | Fine Scientific Instrument | 11254-20 | Используется для разрыва мидл |
| Flaming/Brown Micropipette Puller | Инструмент для заикания | P-97 | Используется для вытягивания стеклянных капилляров |
| HotStart Taq PCR StarMix | Genstar | A033-101 | Используется для реакции ПЦР |
| Интеллектуальный искусственный климатический бокс | TENLIN | PRX-1000A | Используется для культивирования эмбрионов рыбок данио-рерио |
| Метилцеллюлоза | Sigma-Aldrich | M0512 | Используется для фиксации рыбок данио при фотографировании |
| наконечников пипеток Microloader& НБСП; | Комплект Eppendorf | 5242956003 | |
| mMACHINE | |||
| Mut Express II Fast Mutagenesis Kit V2 | Vazyme | C214-01 | Набор для сайт-направленного мутагенеза |
| Пневматический микроинъектор | ZGene Biotech | ZGPCP-1500 PLUS | |
| pT3TS-zSpCas9 | Addgene | 46757 | |
| RNeasy FFPE kit | Qiagen | 73504 | Набор для очистки РНК |
| Сервис секвенирования по Сэнгеру Sangon | Biotech | ||
| Гидроксид натрия, гранулированный | Sangon | A100173-0500 | NaOH используется для экстракции генома |
| Стерео Микроскоп | Olympus | SZX10 | Используется для фотографирования фенотипа |
| серии SZ Zoom Стереомикроскоп | CNOPTEC | SZ650 | |
| T3 mMESSAGE | Ambion | AM1348 | Набор для транскрипции in vitro |
| TIANprep Mini Plasmid Kit | TIANGEN | DP103-03 | Набор для экстракции плазмид |
| TIANquick Mini Purification Kit TIANGEN | DP203-02 | Набор для очистки линеаризованной плазмиды | |
| Трикейн | Sigma-Aldrich | E10521 | Используется для обезболивания данио-рерио |
| Tris (гидроксиметил) аминометан | Sangon | A600194-0500 | Компонент Tris· HCl, используемый для экстракции генома |
| XbaI | New England Biolabs | R0145S | Эндонуклеаза рестрикции, используемая для линеаризации плазмид |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение