Hematopoetik kök ve ata hücrelerinin (HSPC) CRISPR/Cas9 sistemi tarafından hematopoetik sisteme özgü gen modifikasyonları ile fare model sistemlerini hızla geliştirmek için yüksek verimli genom düzenlemesi için protokoller tanımlanmıştır.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Hematopoetik kök ve ata hücrelerinin (HSPC) CRISPR/Cas9 sistemi tarafından hematopoetik sisteme özgü gen modifikasyonları ile fare model sistemlerini hızla geliştirmek için yüksek verimli genom düzenlemesi için protokoller tanımlanmıştır.
Konvansiyonel transgenez yaklaşımları kullanarak hematopoetik kök hücrelerde genlerin manipüle edilmesi zaman alıcı, pahalı ve zorlu olabilir. Genom düzenleme teknolojisindeki gelişmelerden ve lentivirus aracılı transgen dağıtım sistemlerinden yararlanan, genlerin özellikle hematopoetik kök hücrelerde manipüle edildiği fareleri oluşturan etkili ve ekonomik bir yöntem burada tanımlanmıştır. Lentivirüsler, Cas9-ifade eden soyu negatif kemik iliği hücrelerini belirli genleri ve kırmızı floresan muhabiri geni (RFP) hedefleyen bir kılavuz RNA (gRNA) ile nakletmek için kullanılır, daha sonra bu hücreler ölümcül ışınlanmış C57BL/6 farelere nakledilir. Mercekleyici olmayan gRNA'yı ifade eden lentivirus ile nakledilen fareler kontrol olarak kullanılır. Transekte hematopoetik kök hücrelerin engreftlemesi periferik kanın RFP-pozitif lökositlerinin akış sitometrik analizi ile değerlendirilir. Bu yöntemle transplantasyondan 4 hafta sonra miyeloid hücrelerin ~%90 transdüksiyonu ve lenfoid hücrelerin ~%70'i elde edilebilir. Genomik DNA RFP-pozitif kan hücrelerinden izole edilir ve hedeflenen alan DNA'sının bazı bölümleri genom düzenlemesini doğrulamak için PCR tarafından yükseltilir. Bu protokol hematopoyonis düzenleyici genlerin yüksek iş bölümü değerlendirmesini sağlar ve hematopoetik hücre tutulumu olan çeşitli fare hastalığı modellerine genişletilebilir.
Hematoloji ve immünoloji deki birçok çalışma, Mx1-Cre, Vav-Cre ve diğerleri gibi hematopoetik sisteme özgü Cre sürücülerini kullanan konvansiyonel ve koşullu transgenik/nakavt fareler de dahil olmak üzere genetiği değiştirilmiş farelerin bulunabilirliğine dayanır. 1,2,3,4,5. Bu stratejiler, zaman alıcı ve mali açıdan yük oluşturabilecek yeni fare suşlarının kurulmasını gerektirir. Genom düzenleme teknolojisindeki devrim niteliğindeki gelişmeler, uygun teknik uzmanlık6,7,8,9 ile 3-4 ay gibi az bir sürede yeni fare suşlarının oluşmasını sağlarken , deneyler takip edilmeden önce fare kolonisini güçlendirmek için çok daha fazla zaman gereklidir. Buna ek olarak, bu yordamlar pahalıya mal olur. Örneğin Jackson Laboratory, nakavt fare üretim hizmetlerinin geçerli fiyatını suuş başına 16.845 ABD doları olarak listelemaktadır (Aralık 2018 itibariyle). Böylece geleneksel murine transgenik yaklaşımlara göre daha ekonomik ve verimli yöntemler daha avantajlıdır.
Kümelenmiş düzenli olarak uzaya açık kısa palindromik tekrarlar/CRISPR ilişkili protein 9 (CRISPR/Cas9) teknolojisi, hızlı ve verimli RNA tabanlı, diziye özgü genom düzenlemesi için yeni araçların geliştirilmesine yol açmıştır. Başlangıçta istilacı patojen DNA yok etmek için bir bakteriyel adaptif bağışıklık mekanizması olarak keşfedilen, CRISPR / Cas9 sistemi ökaryotik hücreler ve hayvan modellerinde genom düzenleme etkinliğini artırmak için bir araç olarak kullanılmıştır. CRISPR/Cas9 makinelerinin hematopoetik kök hücrelere (elektroporasyon, nükleofection, lipofection, viral doğum ve diğerleri) iletilmesi için bir dizi yaklaşım kullanılmıştır.
Burada, cas9 ifade eden murine hematopoetik kök hücreleri etkili bir şekilde bulaştırabilme ve rna ifade yapısını, organizatörleri, düzenleyici dizileri ve kodlayan genleri bir araya getirebilme yeteneği nden dolayı hücreleri nakletmek için bir lentivirus sistemi kullanılmaktadır. floresan muhabir proteinler (yani, GFP, RFP). Bu yöntemle fare hematopoetik kök hücrelerinin ex vivo gen düzenlemesi sağlanmış, ardından ölümcül ışınlanmış farelerde kemik iliğin başarılı bir şekilde yeniden yapılandırılması10. Bu çalışma için kullanılan lentivirus vektörü, ortak çekirdek EF1a promotöründen Cas9 ve GFP muhabiri genlerini, muhabir geninden yukarı doğru bir iç ribozomal giriş alanı ile ifade eder. Kılavuz RNA dizisi ayrı bir U6 organizatöründen ifade edilir. Bu sistem daha sonra aday klonal hematopoiesis sürücü genleri Tet2 ve Dnmt3a10ekleme ve silme mutasyonları oluşturmak için kullanılır. Ancak, bu yöntemle transdüksiyon verimliliği nispeten düşüktür (~%5-%10) transdüksiyon verimliliğini sınırlayan ve üretim sırasında virüs titreğini azaltan vektör kesici ucun (13 Kbp) büyük boyutu nedeniyle.
Diğer çalışmalarda, daha büyük viral RNA boyutunun hem virüs üretimini hem de transdüksiyon verimliliğini olumsuz etkilediği gösterilmiştir. Örneğin, kesici uç boyutunda 1 kb'lik bir artışın virüs üretimini ~%50 oranında azalttığı ve fare hematopoetik kök hücrelerinde transdüksiyon verimliliğinin %50'den fazla azalacağı bildirilmiştir11. Böylece, mümkün olduğunca sistemin verimliliğini artırmak için viral eklemek boyutunu azaltmak için avantajlıdır.
Bu eksiklik Cas9 transgenik fareler istihdam ile aşılabilir, hangi Cas9 proteini ya bir kurucu veya indüklenebilir şekilde ifade edilir12. Kurucu CRISPR /Cas9 knock-in fareler cas9 enonuklezaz ve EGFP Rosa26 locus de CAG organizatörü her yerde bir şekilde ifade eder. Böylece, çekirdek EF1a organizatörü kontrolü altında U6 organizatörü ve RFP muhabiri gen kontrolü altında sgRNA ile bir yapı genom düzenleme elde etmek için lentivirus vektör kullanılarak teslim edilebilir. Bu sistemle hematopoetik kök hücrelerin genleri başarılı bir şekilde düzenlendi ve ~%90 transdüksiyon verimi gösterdi. Böylece bu protokol, hedeflenen gen mutasyonlarının hematopoetik sisteme girdiği farelerin yaratılması için hızlı ve etkili bir yöntem sağlamaktadır. Laboratuvarımız ağırlıklı olarak kardiyovasküler hastalık süreçlerinde klonal hematopoyis rolünü incelemek için bu tür teknolojiyi kullanırken13,14,15, aynı zamanda hematolojik çalışmalar için de geçerlidir malignite16. Ayrıca, bu protokol, HSPC'deki DNA mutasyonlarının hematopoetik sistemdeki diğer hastalıkları veya gelişimsel süreçleri nasıl etkilediğinin analizine kadar genişletilebilir.
Sağlam bir lentivirus vektör sistemi kurmak için, hematopoetik hücrelerin transdüksiyonve nakli için yüksek titre viral stoklar ve optimize edilmiş koşullar gereklidir. Protokolde, bölüm 1'de yüksek bir titreviral stoğun hazırlanması, bölüm 2'de murine hematopoetik kök hücrelerin kültür koşullarının optimize edilebisi, bölüm 3'te kemik iliği nakli için yöntemler ve bölüm 4'te engraftment.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Hayvan denekleri ile ilgili tüm prosedürler Virginia Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi (IACUC) tarafından onaylanmıştır.
1. Lentivirüs partiküllerinin üretimi ve saflaştırılması
NOT: Optimize edilmiş kılavuz RNA'yı içeren Lentivirus partikülleri Addgene tarafından sağlanan ayrıntılı protokollerle üretilebilir: . Yüksek titrelentivirus hazırlık ve depolama için optimize edilmiş yöntemler başka bir yerde tartışılır17,18. Kısaca, lentivirüsler hek 293T hücrelerine lentivirus vektör plazmid, psPAX2 ve pMD2.G'nin birlikte transfeksiyonu ile üretilir. Kültür supernatant 48 saat post-transfection toplanır ve ultracentrifugation tarafından yoğunlaşmıştır. Lentiviral titre ticari olarak mevcut qPCR tabanlı bir test ile belirlenir. Bu işlem biyogüvenlik sınıfı II kabinede yapılmalıdır.
2. Fare kemik iliğinden soy-negatif hücrelerin izolasyonu ve transdüksiyonu (Şekil 1A)
NOT: Tipik olarak, yeterli hücreleri izole etmek için, tibias çiftleri, uyluk ve humeri her fareden hasat edilir. Pelvik ve spinal kemikler de soy-negatif hücrelerin kaynağı olarak hasat edilebilir.
3. Transeksed hücrelerin ölümcül ışınlanmış fareleriçine nakli
4. Periferik kanın kimerizminin değerlendirilmesi
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yukarıda açıklanan protokol kullanılarak fare başına yaklaşık 0.8-1.0 x 108 kemik iliği hücresi elde edilmiştir. Elde ettiğimiz soy-negatif hücre sayısı fare başına yaklaşık 3 x 106 hücredir. Tipik olarak, kemik iliği soy-negatif hücrelerin verimi toplam kemik iliği nükleer hücrelerinin% 4-5'tir.
Transeksif hücrelerin kimerizmi (RFP-pozitif) periferik kanın akış sitometrisi ile değerlendirilir (
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu protokolün avantajı, geleneksel fare transgenik yaklaşımlarına kıyasla hematopoetik hücrelerde spesifik mutasyonları barındıran hayvan modellerinin hızlı ve yüksek maliyetli bir şekilde oluşturulmasıdır. Bu metodolojinin 1 ay içinde hematopoetik hücre gen manipülasyonu yapan farelerin oluşumunu sağladığı bulunmuştur. Bu protokolde daha fazla dikkate alınması gereken birkaç kritik adım vardır.
gRNA dizisinin taranması
Vivo deneyleri gerçekleştirme...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
S. S. bir Amerikan Kalp Derneği doktora sonrası burs 17POST33670076 tarafından desteklendi. K. W. NIH hiber01 HL138014, R01 HL141256 ve R01 HL139819 tarafından desteklendi.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| RPMI Orta 1640 (1X) | Gibco | 11875-093 | Orta |
| Sülfametoksazol ve Trimetoprim enjeksiyonu | TEVA | 0703-9526-01 | |
| 1/2 cc LO-DOZ İNSÜLİN ŞIRINGA | EXELINT | 26028 | genel tedarik |
| 293T hücreleri | ATCC | CRL-3216 - | Hücre hattı |
| APC-anti-fare Ly6C (Klon AL-21) | BD Biosciences | 560599 | Antikor |
| APC-Cy7-anti-fare CD45R (RA3-6B2) | BD Biosciences | 552094 | Antikorlar |
| BD Luer-Lok tek kullanımlık şırıngalar, 10 ml | BD | 309604 | genel tedarik |
| BD Microtainer kan alma tüpleri, K2EDTA BD | Bioscience | 365974 | genel tedarik |
| BD Precisionglide iğnesi, 18 G | BD | 305195 | genel tedarik |
| BD Precisionglide iğnesi eklendi, 22 G | BD | 305155 | genel tedarik |
| BV510-anti-fare CD8a (Klon 53-6.7) | Biolegend | 100752 | Antikorları |
| BV711-anti-fare CD3e (Klon 145-2C11) | Biolegend | 100349 | Antikorları |
| Baldır derisinden kollajen | Sigma-Aldrich | 9007-34-5 | genel tedarik |
| Corning Costar Ultra Düşük Bağlantılı Çoklu Kuyu Plakası, 6 kuyulu | Millipore Sigma | CLS3471 | genel tedarik |
| CRISPR / Cas9 knock-in fareler | Jackson Laboratuvarı | 028555 | fare |
| DietGel 76A | Clear H2< / sub>O | 70-01-5022 | genel tedarik |
| Dulbecco' s Modifiye Kartal' s Orta (DMEM) - yüksek glikoz | Sigma Aldrich | D6429 | Orta |
| eBioscience 1X RBC Lizis Tamponu | Thermo fisher Scientific | 00-4333-57 | Çözelti |
| Falcon 100 mm TC ile İşlenmiş Hücre Kültürü Kabı | Yaşam Bilimleri | 353003 | genel tedarik |
| Falcon 5 mL yuvarlak tabanlı polistiren test tüpü | Yaşam Bilimleri | 352054 | genel tedarik |
| Falcon 50 mL Konik Santrifüj Tüpleri | Fisher Scientific | 352098 | genel tedarik |
| Falcon 6 Kuyu Temizle Düz Tabanlı TC ile Tedavi Edilmiş Çok Kuyulu Hücre Kültürü Plakası | Yaşam Bilimleri | 353046 | genel tedarik |
| Fisherbrand mikrohematokrit kılcal tüpler | Thermo Fisher Scientific | 22-362566 | genel tedarik |
| Fisherbrand steril hücre süzgeçleri, 70 & mu; m | Fisher Scientific | 22363548 | genel tedarik |
| FITC-anti-fare CD4 (Klon RM4-5) | Invitrogen | 11-0042-85 | Antikor |
| Fiksasyon Tamponu | BD Bioscience | 554655 | Solution |
| Guide-it Rekabet sgRNA Tarama Sistemleri | Clontech | 632636 | Kiti |
| Isothesia (Isoflurane) çözeltisi | Henry Schein | 29404 | Çözelti |
| Lenti-X qRT-PCR Titrasyon Kiti | Takara | 631235 | |
| Kiti Soy Hücresi Tükenme Kiti, fare | Miltenyi Biotec | 130-090-858 | Kiti |
| Millex-HV Şırınga Filtre Ünitesi, 0.45 mm | Millipore Sigma | SLHV004SL | genel tedarik |
| PBS pH7.4 (1X) | Gibco | 10010023 | Çözeltisi |
| PE-Cy7-anti-fare CD115 (Klon AFS98) | eBioscience | 25-1152-82 | Antikorlar |
| PEI MAX | Polysciences | 24765-1 | Çözelti |
| Penisilin-Streptomisin Karışımı | Lonza | 17-602F | Çözeltisi |
| PerCP-Cy5.5-anti-fare Ly6G (Klon 1A8) | BD Biosciences | 560602 | Antikorları |
| pLKO5.sgRNA.EFS.tRFP | Addgene | 57823 | Plazmid |
| pMG2D | Addgene | 12259 | Plazmid |
| Polibren Enfeksiyonu/Transfeksiyon Reaktifi | Sigma Aldrich | TR-1003-G | Çözeltisi |
| Polipropilen Santrifüj Tüpleri | BECKMAN COULTER | 326823 | genel tedarik |
| psPAX2 | Addgene | 12260 | Plazmid |
| RadDisk – Kemirgen Işınlayıcı | Disk Braintree Scientific | IRD-P M | genel tedarik |
| Rekombinant Murin SCF | Peprotech | 250-03 | Çözelti |
| Rekombinant Murin TPO | Peprotech | 315-14 | Çözüm |
| StemSpan SFEM | KÖK HÜCRE Teknolojileri | 09600 | Çözüm |
| One Shot TOP10 Kimyasal Olarak Yetkin E.coli | Thermo fisher Bilimsel | K457501 | Kiti |
| Zombie Aqua Tamir Edilebilir Canlılık Kiti | BioLegend | 423102 | Çözümü |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.