Method Article
CRISPR / كاس أنظمة المناعة التكيفية التوسط في البكتيريا والعتيقة. ويقترح العديد من البروتينات لتكون بمثابة كاس endoribonucleases تعمل على السلائف crRNA ذات أطوال متباينة. نحن هنا توضيح ثلاثة أساليب مختلفة لتوليد ما قبل crRNA ركائز لتحليل كيميائي حيوي من النشاط نوكلياز داخلية كاس.
تفاعل الفيروسات والمضيفين على شكل بروكاريوتيك تطور الحياة الجرثومية وarchaeal. بدائيات النوى وضعت عدة استراتيجيات لتجنب الهجمات الفيروسية التي تشمل تقييد التعديل، والعدوى فاشلة ونظم CRISPR / كاس. هذه النظم على التكيف المناعي وجدت في العديد من أنواع البكتيريا ومعظم الأركيا تتكون من ج ص مصقول egularly ط ق هورت nterspaced ص ص alindromic EPEAT (CRISPR) تسلسل وعدد من الجينات كما RISPR C (CAS) sociated (الشكل 1) 1-3. مجموعات مختلفة من البروتينات استراتيجية المساعدة القطرية ويكرر تحديد ما لا يقل عن ثلاثة أنواع متباينة من CRISPR الرئيسية / كاس نظم 4. ويقترح البروتينات العالمية Cas1 وCas2 أن تشارك في امتصاص DNA فيروسيسيتم إنشاء عنصر جديد التبادل بين اثنين في محطة يكرر 5 'من كتلة CRISPR تمتد 5. وكتب الكتلة بأكملها إلى crRNA-السلائف يحتوي على جميع متواليات التبادل وتكرار وتتم معالجتها لاحقا من قبل انزيم من عائلة متنوعة Cas6 إلى أصغر crRNAs 6-8. هذه crRNAs تتكون من تسلسل التبادل يحيط بها 'محطة (8 النيوكليوتيدات) و3' لمدة 5 العلامة النهائية المستمدة من تكرار تسلسل 9. ويمكن الآن للعدوى المتكررة من الفيروس يكون قد تم حظره كما سيتم توجيه crRNA جديدة من مجمع البروتين CAS (تتالي) إلى الحمض النووي الفيروسي والتعرف عليه على هذا النحو من خلال التكامل الأساس 10. وأخيرا، لCRISPR / كاس أنظمة من النوع 1، فإن Cas3 نوكلياز تدمير الغازي الكشف عن الحمض النووي 11،12.
هذه العمليات تحديد CRISPR / كاس نظام المناعة والتكيف بدائيات النوى وفتح مجال البحوث رائعة لدراسة البروتينات كاس المعنية.وظيفة البروتينات كاس العديد من لا يزال بعيد المنال، والأسباب واضحة للتنوع أنظمة CRISPR / كاس يزال يتعين مضيئة. وتوقع الأنشطة المحتملة من البروتينات معظم التحليلات الحسابية عن طريق كاس تفصيلا. وتظهر إما جزءا كبيرا من البروتينات أو المقترحة لكاس تعمل كما endonucleases 4.
هنا، نقدم طرق لتوليد crRNAs والسلائف cRNAs من أجل دراسة endoribonucleases كاس. المقايسات نوكلياز داخلية مختلفة تتطلب تكرار متواليات قصيرة إما مباشرة يمكن أن توليفها كما أليغنوكليوتيد] RNA أو تسلسل أطول crRNA وقبل crRNA-التي يتم إنشاؤها عن طريق البلمرة في المختبر RNA T7 جولة الاعادة النسخ. هذه المنهجية يسمح إدماج من النيوكليوتيدات المشعة لتوليد ركائز نوكلياز داخلية المسمى داخليا وإنشاء crRNAs تركيبية أو متحولة. ويستخدم Cas6 النشاط نوكلياز داخلية لتنضج قبل crRNAs في crRNAs مع 5'-HYDRoxyl و '2، تيرميني الفوسفات 3'-دوري.
1. جيل من ركائز قبل crRNA طويل المدى عبر PCR
2. جيل من المتوسط قبل crRNA ركائز الصلب عن طريق الحمض النووي من أليغنوكليوتيد]
3. جيل من ركائز قصيرة عبر RNA كاس العرف التوليف قليل النوكليوتيد RNA
تصميم كاس قصيرة RNA ركائز (مثل تكرار تسلسل واحد، الشكل 2C) والاستفادة من مرافق مخصصة التوليف قليل النوكليوتيد RNA.
ملاحظة: يمكن استخدام إدراج ديوكسي ريبونوكليوتيد في الموضع المحدد من قليل النوكليوتيد RNA (الشكل 2C) لتحديد موقع من الانقسام RNA.
4. في المختبر T7 النسخ RNA بوليميراز
5. Cas6 نوكلياز داخلية مقايسة
6. ممثل النتائج
ويرد مثال على ركائز RNA لتحليل النشاط نوكلياز داخلية في كاس 3A الشكل. تم تحميل وقسامة من 5 ميكرولتر من 100 ميكرولتر التحليلية في رد فعل النسخ المختبر. يرجى ملاحظة أن كفاءة الإنتاج RNA يتراوح بين بنيات مختلفة. بعض العوامل روقد لوحظت قبعة للتأثير على كمية من الحمض النووي الريبي التي تم الحصول عليها هي (ط) التسلسل الأولي بعد G +1 اللازمة لبدء النسخ، (الثاني) إمكانية تشكيل هيكل RNA خلال النسخ و(الثالث) اختيار الموقع تقييد للجيل للموقف الانقسام جولة الاعادة.
التحقيق في النشاط نوكلياز داخلية RNA يتطلب عالي النقاء المؤتلف كاس البروتينات (الشكل 3B) والضوابط السلبية المناسبة. ومن الناحية المثالية، هذه العينة المراقبة السلبية يختلف أقل قدر ممكن من رد الفعل التحقيق نوكلياز داخلية كاس. ويمكن تحقيق ذلك عن طريق حضانة RNA مع العازلة رد فعل الخلية والمحللة من دون التعبير CAS (وبعد إجراء تنقية متطابقة). عنصر تحكم مثالي السلبية هو إضافة ديوكسي ريبونوكليوتيد في موقع الانقسام المقترحة. في الشكل 3C، يظهر الانقسام من سلسلة المحطة رقم 5 'تكرار مرقوم للthermocellum المطثية Cas6. تحت ظروف مماثلة، وهذا تكرار ليست الركيزة بعد الآن عندما تنشأ ديوكسي ريبونوكليوتيد في موقف -9. هذا الأسلوب يوفر أيضا معلومات عن الموقع الانقسام. وأخيرا، هو المشقوق وصفت داخليا طويلة قبل crRNA من Cas6 ويلاحظ شظايا الانقسام اثنين.
نظرة عامة على الرقم التخطيطي 1. من CRISPR / كاس النشاط. نظرة عامة يلي إدراج تسلسل الحمض النووي الفيروسي (protospacer) في الكتلة CRISPR (التكيف)، والنسخ وتجهيز مجموعة CRISPR في crRNAs الصغيرة من قبل نوكلياز داخلية Cas6، وامتصاص crRNAs في مجمع تتالي وتدخل على تكرار الهجوم الفيروسي على أساس التكامل بين crRNA وprotospacer. زخارف Protospacer المجاورة (PAM) تسلسل علامة protospacer الفيروسية.
igure 2 "SRC =" / files/ftp_upload/4277/4277fig2.jpg "/>
الشكل 2. الجيل من ركائز RNA البروتينات لكاس. مخطط يبين سير العمل لتوليد (A) لفترة طويلة قبل crRNA ركائز، (B) وسيطة قبل crRNA ركائز و (C) RNA قصيرة كاس ركائز لمرحلة ما قبل الإنتاج crRNA. يتم عرض تسلسل سبيل المثال لمجموعة من CRISPR thermocellum المطثية. اضغط هنا لمشاهدتها بشكل اكبر شخصية .
الشكل 3. Cas6 مقايسة نوكلياز داخلية. A.) هلام بولكرلميد زرقة الطولويدين الملون من قليل النوكليوتيد RNA مصمم خصيصا (250 بمول) واثنين في المختبر RNA النصوص (5 ميكرولتر من رد فعل نموذجي 100 ميكرولتر). B.) SDS-PAGE هلام لإعداد Cas6 (80 بمول) من المطثية بعد thermocellum الحرارةهطول الأمطار في 50 درجة مئوية لمدة 1 ساعة و ني NTA اللوني. C.) الكشف عن النشاط Cas6 endonucleolytic لمحطة 5 'تسلسل تكرار وصفت وقبل crRNA في محاضر المختبر. الأخذ في موقف dNTP -9 تلغي الانقسام Cas6 لركيزة قصيرة RNA CAS (S، الشكل. 2C). كما يتم إنشاء A 5 'علامة محطة NT 8 لنضوج crRNA من ركائز قبل crRNA طويلة (L، الشكل 2A). تم فصل العصابات على تغيير طبيعة اليوريا M 8 هلام بولكرلميد 12٪ من تصور وتصوير الإشعاع الذاتي.
الأساليب قدم تمكين الجيل من ركائز نوكلياز داخلية كاس يتراوح حجم مختلفة وبدرجات حرية في تصميم التسلسل. ويقتصر النهج الأكثر مباشرة إلى الأمام لتوليد الاصطناعية ركائز قليل النوكليوتيد RNA RNA لتصاميم قصيرة بسبب زيادة التكاليف والقيود التقنية في خلق أطول oligomers RNA. في حين تم الإبلاغ عن نجاح RNA RNA تجميعي للoligomers معدلة أكثر من طول النيوكليوتيدات 100، الحد الأقصى عمليا واقتصاديا لتخليق RNA مخصص تقع أقل من 40 النيوكليوتيدات. ومع ذلك، يمكن توليفها أي تسلسل معين، ويمكن استخدامها في مقدمة المستهدفة من النيوكليوتيدات تعديل (على سبيل المثال ريبوزية) لتحليل المواقع الانقسام بالتفصيل. يجب أن يكون إنشاء أطول قبل cRNAs عبر النسخ في المختبر.
والصلب من أليغنوكليوتيد] التي تحتوي على الحمض النووي الريبي بوليميراز T7 المروج يسمح لإنتاج طول وسيطة قبل crRNكما. الحد الأقصى لطول بشكل روتيني واقتصاديا أليغنوكليوتيد] DNA هو مجرد تجميع فوق 150 النيوكليوتيدات ويمثل الحد الأقصى لcrRNAs الاصطناعية قبل عبر هذه الطريقة. يمكن للجمعية العديد من صلب قليل النوكليوتيد أزواج DNA التي تشكل نهايات لزجة مع بعضها البعض تمديد هذه المدة القصوى لكن يتطلب التحديات المتزايدة في الاستنساخ للبناء. والميزة الرئيسية لهذه الطريقة هو القدرة على توليد ما قبل crRNA بنيات (وبالتالي كاس نوكلياز داخلية ركائز) مع أي تسلسل المطلوب. وهذا يسمح للاختبار تصاميم crRNA الاصطناعية.
وأخيرا، يمكن الحصول على أكبر ما قبل crRNAs من amplificates PCR من كامل العناصر الجينية CRISPR أو جزيئاتها. ويمكن إدخال تعديلات على قالب النسخ في المختبر عن طريق الطفرات البلازميد في الموقع موجهة للجيل السابق للcrRNA المتغيرات. ويمكن استخدام هذه التركيبات لتحليل نمط العالمية انشقاق داخل endonucleolytic كاملقبل crRNA.
واستند عمل رائدة لإنتاج RNA بوليميراز RNA معدلة عبر T7 في النسخ المختبر على نقل الرناوات 14 و RNA فيروس فسيفساء بروم 15. بوليميراز RNA توافق T7 المروج يتكون من مجال الاعتراف (-17 من خلال -5) والشروع مجال (-4 من خلال +6) مع بدء النسخ في لغوانوزين الأساسية +1 16. يمكن أن تختلف المواقف من المصب +1 الذي يسمح للنسخ من ما يقرب من أي تسلسل الحمض النووي الريبي المطلوب. الأساليب قدمت لتوليد المختبر في قوالب النسخ جولة الاعادة تسمح لفي تركيب المختبر من قبل كاملة crRNAs التي تطابق المناطق CRISPR الجيني أو الاصطناعية المتغيرات قبل crRNA. يتم إنشاء النسخ الحالية مع ثلاثي الفوسفات 5'-محطة ما لم يتم معبي رد فعل النسخ مع GMP للحصول على الأدينوزين 5 'تيرميني 14. ويلزم مصطلحات من هذا القبيل إذا النصوص أن يكون المسمىمع كيناز عديد النوكليوتيد T4-γ و[32 P].-ATP النشاط الانقسام من Cas6 والإنزيمات مثل Cas6 يولد crRNA التي تحتوي على 5'-الهيدروكسيل و '2، تيرميني الفوسفات 3'-دوري. ويمكن بعد هذه الرناوات يتم تحليلها لاعتراف المجمع تتالي.
الإعلان عن أي تضارب في المصالح.
فإن الكتاب أود أن أشكر جانيت Schermuly لإعداد المؤتلف بوليميراز RNA T7 ونورمان Ebelt للمساعدة في إعداد الشكل 1. وقد تم تمويل هذا العمل من قبل أموال من جمعية الألمانية للبحوث (DFG FOR1680) وماكس بلانك.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
اسم كاشف | شركة | كتالوج رقم | التعليقات (اختياري) |
الفوسفاتيز القطب الجنوبي | NEB | M0289L | |
في المختبر Triphosphates التدوين النقاوة الصف النكليوتيد | العلوم البيولوجية جينا | NU-1010 - NU-1013 | |
السائل اللوني، ktapurifier 100 | GE للرعاية الصحية | ||
DNA أليغنوكليوتيد] | MWG OPERON | ||
[أليغنوكليوتيد] RNA | MWG OPERON | ||
هلام استخراج كيت | QIAGEN | 28704 | |
PCR تنقية كيت | QIAGEN | 28104 | |
تدور Miniprep كيت | QIAGEN | 27106 | |
بلازميد ماكسي كيت | QIAGEN | 12163 | |
BamHI | NEB | R0136L | |
HindIII | NEB | R0104L | |
T4 DNA يغاز | NEB | M0202S | |
T4 عديد النوكليوتيد كيناز | Ambion | AM2310 | |
T7 بوليميريز RNA | إعداد الخاصة | ||
Deoxynucleotide الحل ميكس | NEB | N0447L | |
ميني متلون نظام تيترا الكهربائي | بيو راد | 165-8001 | |
العاصفة 840 ماسح | GE للرعاية الصحية | 163723 | |
تخزين Phosphorscreen | الجزيئية حيوية | 63-0034-81 | |
أحادية س 5/50 GL | GE للرعاية الصحية | 17-5166-01 | |
Phusion البلمرة DNA عالية الدقة | NEB | M0530L | استخدام المخزن المؤقت GC |
زرقة الطولويدين | سيجما | T3260 | |
pUC19 | NEB | N3041S | |
γ-[32 P]-ATP، α-[32 P]-ATP | هارتمان تحليلية | SRP-401، SRP-307 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved