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Method Article
Ce protocole décrit comment effectuer une édition efficace de la base d’adénine sans limitation PAM pour construire un modèle précis de maladie du poisson zèbre en utilisant zSpRY-ABE8e.
La technologie CRISPR / Cas9 a augmenté la valeur du poisson zèbre pour la modélisation des maladies génétiques humaines, l’étude de la pathogenèse des maladies et le dépistage de médicaments, mais les limitations du motif adjacent protospacer (PAM) sont un obstacle majeur à la création de modèles animaux précis de troubles génétiques humains causés par des variantes mononucléotidiques (SNV). Jusqu’à présent, certaines variantes de SpCas9 avec une large compatibilité PAM ont montré leur efficacité chez le poisson zèbre. L’application de l’éditeur optimisé de base adénine médiée par SpRY (ABE), zSpRY-ABE8e et de l’ARNg synthétiquement modifié chez le poisson zèbre a permis une conversion efficace de la base adénine-guanine sans restriction PAM. Décrit ici est un protocole pour l’édition efficace de la base d’adénine sans limitation PAM chez le poisson zèbre en utilisant zSpRY-ABE8e. En injectant un mélange d’ARNm zSpRY-ABE8e et d’ARNg synthétiquement modifié dans des embryons de poisson zèbre, un modèle de maladie du poisson zèbre a été construit avec une mutation précise qui simulait un site pathogène du facteur de maturation du ribosome TSR2 (tsr2). Cette méthode fournit un outil précieux pour l’établissement de modèles de maladie précis pour l’étude des mécanismes et des traitements de la maladie.
Les variantes mononucléotidiques (SNV) qui provoquent des mutations faux-sens ou des mutations absurdes sont la source la plus courante de mutations dans le génome humain1. Pour déterminer si un SNV particulier est pathogène et pour faire la lumière sur sa pathogenèse, des modèles animaux précis sont nécessaires2. Le poisson zèbre est un bon modèle de maladie humaine, présentant un degré élevé d’homologie physiologique et génétique avec les humains, un cycle de développement court et une forte capacité de reproduction, ce qui est avantageux pour la recherche sur les caractéristiques et les mécanismes pathogènes, ainsi que pour le dépistage de médicaments3.
Le système CRISPR (Clustered Interspaced Short Palindromic Repeats)/Cas9 a été largement appliqué dans l’édition du génome de diverses espèces, y compris le poisson zèbre4. Avec le guidage de l’ARNg, le système CRISPR / Cas9 peut générer des cassures double brin d’ADN (DSB) sur le site cible, ce qui permet ensuite la substitution d’une seule base par recombinaison du site cible avec des modèles d’ADN donneur via la voie de réparation dirigée par homologie (HDR). Cependant, l’efficacité de cette méthode de remplacement de base est assez faible car le processus de réparation de l’ADN cellulaire est principalement effectué par la voie de jonction terminale non homologue (NHEJ), qui s’accompagne généralement de mutations d’insertion et de délétion (indel)5. Heureusement, la technologie d’édition à base unique basée sur CRISPR / Cas9 atténue considérablement ce problème en utilisant des éditeurs de base, qui permettent une édition à base unique plus efficace sans induire de DSB. Deux grandes classes d’éditeurs de base, les éditeurs de base d’adénine (ABE) et les éditeurs de bases de cytosine (CBE), ont été développées pour mettre en œuvre l’édition de substitution de base pour A· T à G· C et C·G à T· A, respectivement 6,7,8,9,10,11. Ces quatre types de substitutions de base couvrent 30 % des variantes pathogènes humaines12. Les deux classes d’éditeurs de base, y compris PmCDA1, le système BE, CBE4max, ABE7.10 et ABE8e, ont été signalées pour travailler chez le poisson zèbre, BE4max et ABE8e étant particulièrement signalés pour atteindre une activité d’édition élevée 13,14,15,16,17,18,19.
Les protéines Cas9 de différentes espèces, y compris Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes et S. canis, ont été mises en œuvre dans l’édition de gènes de poisson zèbre, le Streptococcus pyogenes Cas9 (SpCas9) étant utilisé le plus largement20,21,22,23. Cependant, SpCas9 ne peut reconnaître que les sites cibles avec un motif adjacent protospacer NGG (PAM), ce qui limite sa portée modifiable et peut entraîner la découverte d’aucune séquence appropriée près du site pathogène d’intérêt24. Pour élargir la plage cible, une variété de variantes SpCas9 ont été conçues pour reconnaître différents PAM grâce à une évolution dirigée et à une conception guidée par la structure. Cependant, peu de variantes sont efficaces chez les animaux, en particulier chez le poisson zèbre, ce qui limite l’application du poisson zèbre dans la recherche sur les maladies liées au SNV25,26,27,28. Récemment, deux variantes de SpCas9, SpG et SpRY, avec des restrictions PAM moins strictes (NGN pour SpG et NNN pour SpRY avec une préférence plus élevée pour NRN que NYN) ont été signalées comme présentant une activité d’édition élevée dans les cellules et les plantes humaines 29,30,31,32. Par la suite, SpG et SpRY, ainsi qu’un certain nombre de leurs éditeurs de base médiés, tels que les CBE médiés par SpRY et les ABE à médiation SpRY, ont également été signalés pour travailler sur le poisson zèbre, ce qui améliorera l’application des modèles de poisson zèbre dans l’étude mécanistique et le dépistage médicamenteux des maladies liées au SNV 18,33,34,35 . En outre, i-Silence a été proposé comme une stratégie efficace et précise d’élimination des gènes par la conversion du codon de départ médiée par ABE d’ATG en GTG ou ACG36. La combinaison de la stratégie i-Silence et de l’éditeur de base médié par SpRY zSpRY-ABE8e fournit une nouvelle méthode de modélisation de la maladie18. Ce protocole montre comment effectuer l’édition de gènes en utilisant zSpRY-ABE8e chez le poisson zèbre pour construire un modèle tsr2 (M1V) en utilisant la stratégie i-Silence. L’efficacité de l’édition et les phénotypes qui apparaissent dans les modèles de poisson zèbre ont été évalués et analysés.
Cette étude a été menée dans le strict respect des directives du Comité de soin et d’utilisation de l’Université normale de Chine du Sud.
1. Préparation de l’ARNg synthétiquement modifié et de l’ARNm zSpRY-ABE8e
2. Préparation des capillaires en verre de micro-injection
3. Microinjection du mélange d’ARNm zSpRY-ABE8e et d’ARNg EE dans des embryons de poisson zèbre
4. Analyse de l’efficacité de l’édition de base avec EditR
Il a été rapporté que la mutation de TSR2 causait l’anémie de Diamond Blackfan (DBA)42. Ici, un modèle de poisson zèbre DBA a été construit avec une mutation tsr2 (M1V) en utilisant la stratégie i-Silence. L’adénine du codon de départ du poisson-zèbre tsr2 a été convertie avec succès en guanine à l’aide de zSpRY-ABE8e (Figure 3).
L’analyse EditR des résultats du séquençage de Sanger a mo...
Ce protocole décrit la construction d’un modèle de maladie du poisson zèbre à l’aide de l’éditeur de base zSpRY-ABE8e. Par rapport à la voie HDR traditionnelle pour la substitution de base, ce protocole peut permettre une édition de base plus efficace et réduire l’apparition d’indels. Dans le même temps, ce protocole implique la mise en œuvre de la stratégie d’élimination du gène i-Silence récemment proposée chez le poisson zèbre. Ensemble, zSpRY-ABE8e améliorera l’application des modèles ...
Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts.
Nous remercions Barbara Garbers, PhD, de Liwen Bianji (Edanz) pour avoir édité le texte anglais d’une ébauche de ce manuscrit. Ce travail a été soutenu par le Programme de recherche et développement dans les domaines clés de la province du Guangdong (2019B030335001), le Programme national de R&D clé de la Chine (2019YFE0106700), la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (32070819, 31970782) et le Programme de fonds de recherche du laboratoire clé de biologie pathogène et d’épidémiologie des animaux économiques aquatiques de la province du Guangdong (PBEA2020YB05).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Agarose | Sigma-Aldrich | A9539 | 1.5% Agarose used to make an injection plate |
Borosilicate Glass Capillaries | Harvard Apparatus | BS4 30-0016 | |
Cell culture dishes | Falcon | 351029 | |
ClonExpress Ultra One Step Cloning Kit | Vazyme | C115 | Kit for Infusion clone |
Codon optimization service | Sangon Biotech | ||
Drummond Microcaps | Drummond Microcaps | P1299-1PAK | Length:32 mm, capacity:0.5 μL |
EasyEdit gRNA service | GenScript | ||
Fine Forceps | Fine Scientific Instrument | 11254-20 | Used to break meedle |
Flaming/Brown Micropipette Puller | Stutter Instrument | P-97 | Used to pull the glass capillaries |
HotStart Taq PCR StarMix | Genstar | A033-101 | Used for PCR reaction |
Intelligent artificial climate box | TENLIN | PRX-1000A | Used to culture zebrafish embryos |
Methylcellulose | Sigma-Aldrich | M0512 | Used to fix zebrafish when photographing |
Microloader pipette tips | Eppendorf | 5242956003 | |
mMACHINE kit | |||
Mut Express II Fast Mutagenesis Kit V2 | Vazyme | C214-01 | Kit for site-directed mutagenesis |
Pneumatic Microinjector | ZGene Biotech | ZGPCP-1500 PLUS | |
pT3TS-zSpCas9 | Addgene | 46757 | |
RNeasy FFPE kit | Qiagen | 73504 | Kit for RNA purification |
Sanger Sequencing service | Sangon Biotech | ||
Sodium hydroxide, granular | Sangon | A100173-0500 | NaOH used for genome extraction |
Stereo Microscope | Olympus | SZX10 | Used for photograph of phenotype |
SZ Series Zoom Stereo Microscope | CNOPTEC | SZ650 | |
T3 mMESSAGE | Ambion | AM1348 | Kit for in vitro transcription |
TIANprep Mini Plasmid Kit | TIANGEN | DP103-03 | Kit for plasmid extraction kit |
TIANquick Mini Purification Kit | TIANGEN | DP203-02 | Kit for purification for linearized plasmid |
Tricaine | Sigma-Aldrich | E10521 | Used to anesthetize zebrafish |
Tris (hydroxymethyl) aminomethane | Sangon | A600194-0500 | Component of Tris·HCl used for genome extraction |
XbaI | New England Biolabs | R0145S | Restriction endonuclease used for plasmid linearization |
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