THP-1, akut lösemiden (AML) muzdarip bir hastadan izole edilen ve primer monositlerinkine çok benzeyen fenotipik özellikler gösteren bir insan monosit türevi hücre hattıdır1. Fenotip olarak hem sınırlı yaşam süresi hem de donörler arası / donör içi değişkenliği göstermeyen ve bölünmeyen primer monosit türevli makrofajlarla karşılaştırıldığında, THP-1 hücreleri neredeyse sonsuza kadar kültürlenebilir ve sonuçların tekrarlanabilirliğini destekleyen daha homojen bir davranışa sahip olabilir 2,3,4,5,6. Özellikle, THP-1 hücreleri, forbol-12-miristat 13-asetat (PMA) ile makrofaj benzeri bir fenotipe doğru farklılaşabilir, bu da onları monositlerin / makrofajların enflamatuar sinyalleretepkilerini araştırmak için yaygın olarak kullanılan bir in vitro model haline getirir 7,8,9,10,11,12,13 veya HIV 14 dahil olmak üzere klinik olarak ilgili insan patojenlerinin neden olduğu enfeksiyon,15,16. THP-1 hücrelerini genetik olarak tasarlama olasılığı, biyoloji ile ilgili birçok araştırma alanında ilgi çekicidir.
Kümelenmiş Düzenli Aralıklı Kısa Palindromik Tekrarlar-CRISPR ilişkili protein 9 (CRISPR-Cas9), bir genetik mühendisliği aracı olarak yeniden programlanmış, istilacı viral genomları parçalamak için RNA güdümlü nükleaz üzerinde geçiş yapan prokaryotik adaptif bir bağışıklık sistemidir17. Genom düzenleme süreci üç adımda ilerler: tanıma, bölünme ve onarım. Tek kılavuzlu bir RNA (sgRNA), Cas9 nükleazını 20 bp kılavuz dizisi ile baz eşleşmesi yoluyla belirli bir genomik lokusa alır. 20 bp genomik hedef dizinin doğrudan 3'ü olan bir Protospacer Bitişik Motif (PAM) dizisinin varlığı, 17 ve 18 (PAM'ın 3-bp 5'i) arasındaki her iki DNA zincirinde Cas9 aracılı çözülmeyi ve bölünmeyi tetikler. Elde edilen çift iplikli kopma (DSB), iki ana onarım yolu tarafından işlenir. Hasarlı lokus ile homoloji taşıyan bir onarım şablonunun yokluğunda, hataya eğilimli Homolog Olmayan Uç Birleştirme (NHEJ) yolu, rastgele nükleotid eklemeleri ve/veya delesyonları (indels) başlatacak ve potansiyel olarak çerçeve kayması mutasyonlarına ve/veya erken sonlandırma kodonlarının (PTC) eklenmesine yol açacaktır. Buna karşılık, PTC içeren mRNA'lar, anlamsız aracılı mRNA bozunması (NMD) yolu tarafından bozunma ile hedeflenir ve sonuçta protein ekspresyonu/işlevinibozar 18,19,20. Alternatif olarak, şablona bağımlı Homoloji Yönelimli Onarım (HDR) yolu DSB'yi çalıştırabilir ve aslına uygun olarak onarabilir. Bu mekanizma, knock-in'ler ve baz ikameleri dahil olmak üzere hassas gen düzenlemesi elde etmek için kullanılmıştır. Hücre döngüsü durumunun, DSB onarım yolunun seçimini etkileyen önemli bir faktör olduğunu belirtmekte fayda var. Gerçekten de, NHEJ hücre döngüsünün tüm aşamalarında aktiftir, HDR ise esas olarak S / G2 fazları21 ile sınırlıdır.
THP-1 hücreleri süspansiyon halinde büyür ve plazmid DNA ile transfekte edilmesi herkesin bildiği gibi zordur, bu da muhtemelen canlılıklarını ve / veya farklılaşma kapasitelerini de değiştiren bir prosedürdür22,23. Hem Cas9'u hem de sgRNA'yı kodlayan HIV-1 bazlı lentiviral vektörlerle transdüksiyon, genellikle ilgilenilen bir geni nakavt etmek (KO) için kullanılır24. Cas9/sgRNA kasetinin hücresel genoma entegrasyonu, uzun süreli ekspresyon ve verimli KO sağlar, ancak aynı zamanda hedef dışı etkilerin kalıcı bir kaynağıdır25. Alternatif olarak, önceden monte edilmiş Cas9:sgRNA ribonükleoproteinleri (RNP'ler), elektrik darbelerinin uygulanması üzerine hem plazma hem de nükleer zarlarda geçici gözenek oluşumunu içeren bir yöntem olan elektroporasyon ile verilir. Hücre canlılığını korumak, bu yaklaşımı gerçekleştirirken önemli bir zorluktur.
Burada, verimli CRISPR-Cas9 tabanlı düzenleme elde etmek için bir protokol oluşturmak için bir araç olarak hizmet etmek üzere GFP'yi (THP-1_GFP) kararlı bir şekilde ifade eden bir THP-1 hücre hattı üretildi. Aynı anda üç sgRNA kullanarak EGFP genini inaktive etmek için bir strateji tasarlandıktan sonra (çoklu kılavuz yaklaşımı), bir okuma olarak GFP ekspresyonu kullanılarak çeşitli elektroporasyon koşulları arasında KO etkinliği belirlendi. Hücre proliferasyonu paralel olarak izlendi. Gen düzenleme, hem bir T7 endonükleaz I (T7EI) testi hem de Sanger dizilimi ile doğrulandı, ardından CRISPR Düzenlemelerinin Çıkarımı (ICE) algoritması26 ile analiz edildi. THP-1 hücrelerinin elektroporasyondan sonra normal büyüme oranlarını geri kazanmasıyla %95'e varan GFP ekspresyonu azalması sağlayan parametreler, endojen bir geni (SAMHD1) inaktive etmek ve tek hücreli THP-1 klonları üretmek için başarıyla kullanıldı.