Screening dello sperma per il rapido isolamento delle modifiche germinali nel pesce zebra

Riepilogo

Le tecnologie CRISPR-Cas hanno rivoluzionato il campo dell'editing del genoma. Tuttavia, trovare e isolare la modifica della linea germinale desiderata rimane un importante collo di bottiglia. Pertanto, questo protocollo descrive un metodo robusto per lo screening rapido dello sperma di zebrafish iniettato con F0 CRISPR per le modifiche della linea germinale utilizzando PCR standard, digestione di restrizione e tecniche di elettroforesi su gel.

Abstract

L'avvento delle tecnologie mirate di nucleasi CRISPR-Cas ha rivoluzionato la capacità di eseguire un accurato editing del genoma in sistemi modello sia consolidati che emergenti. I sistemi di editing del genoma CRISPR-Cas utilizzano un RNA guida sintetico (sgRNA) per indirizzare un'endonucleasi associata a CRISPR (Cas) a specifici loci del DNA genomico, dove l'endonucleasi Cas genera una rottura a doppio filamento. La riparazione delle rotture del doppio filamento mediante meccanismi intrinseci soggetti a errori porta a inserimenti e / o delezioni, interrompendo il locus. In alternativa, l'inclusione di donatori di DNA a doppio filamento o oligonucleotidi di DNA a singolo filamento in questo processo può suscitare l'inclusione di precise modifiche del genoma che vanno dai polimorfismi a singolo nucleotide a piccoli tag immunologici o persino grandi costrutti proteici fluorescenti. Tuttavia, un importante collo di bottiglia in questa procedura può essere trovare e isolare la modifica desiderata nella linea germinale. Questo protocollo delinea un metodo robusto per lo screening e l'isolamento delle mutazioni germinali in loci specifici in Danio rerio (zebrafish); Tuttavia, questi principi possono essere adattabili in qualsiasi modello in cui è possibile la raccolta di spermatozoi in vivo .

Introduzione

Il sistema CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)/Cas è un potente strumento per eseguire mutagenesi loci-specifica e editing preciso del genoma nel sistema modello Danio rerio (zebrafish) 1,2,3,4. La Cas-ribonucleoproteina (RNP) è composta da due componenti principali: un'endonucleasi Cas (comunemente Cas9 o Cas12a) e un RNA guida sintetico locus-specifico (sgRNA)⁵. Insieme, il Cas-RNP genera una rottura a doppio filamento (DSB) nel locus desiderato che può essere riparata da uno ....

Protocollo

Questo studio è stato condotto in linea con le linee guida della Guida per la cura e l'uso degli animali da laboratorio del National Institutes of Health. Il protocollo è stato approvato dall'Università del Texas presso il Comitato per la cura e l'uso degli animali di Austin (AUP-2021-00254).

1. Progettazione dello sgRNA per la mutagenesi di CRISPR

1. Ottenere la sequenza di esoni contenente i loci mirati.
2. Progettare un RNA guida sintetico (sgRNA) con un sito di motivo adiacente protospaziatore (PAM) specifico per l'endonucleasi Cas.
   1. Se si co-inietta un costrutto donatore, progettare l'sgRNA in modo ....

Risultati

Gli approcci sperimentali descritti in questo protocollo consentono la più rapida identificazione di modifiche del genoma o presunti alleli deleteri concentrandosi sull'analisi di migliaia di genomi derivati dalla raccolta di spermatozoi maschili iniettati in F0. La Figura 2 illustra come interpretare i risultati ottenuti utilizzando questo protocollo.

Per generare mutazioni nel locus p2ry12, sono stati iniettati embrioni di zebrafish a una cellula con endonuclea.......

Discussione

Questo protocollo descrive un metodo per caratterizzare rapidamente le modifiche putative del genoma o le mutazioni mirate utilizzando la tecnologia CRISPR-Cas mediante analisi focalizzata sui genomi degli spermatozoi maschili F0. Questo protocollo dovrebbe essere suscettibile di altri modelli animali in cui lo sperma è prontamente disponibile per il campionamento senza eutanasia. Questo metodo aumenterà il throughput dello screening per le modifiche desiderate ed è particolarmente utile per identificare rari eventi k.......

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Agarose powder	Fisher BioReagents	BP1356-100
Breeding tanks	Carolina Biological	161937
BstNI Restriction Enzyme	NEB	R0168S
Cas9 Endonuclease	IDT	1081060
DNA Ladder, 100 bp	Thermo Scientific	FERSM0241
dnah10 donor construct	Sigma-Aldrich	DNA Oligo in Tube; 0.025 nM, standard desalt purification, dry. Phosphorothioate bond on the donor at the first three phosphate bonds on both the 5’ and 3’ ends (5'-CCTCTCTCCCTTTCAGAAGCTTC TGCTCATCCGCTGCTTCTGCCT GGACCGAGTGTACCGTGCCGTC AGTGATTACGTCACGC-3')
dnah10 forward primer	Sigma-Aldrich	DNA Oligo in Tube; 0.025 nM, standard desalt purification, dry (5'-CATGGAACTCTTTCCTAATGAGT TTGGC-3')
dnah10 reverse primer	Sigma-Aldrich	DNA Oligo in Tube; 0.025 nM, standard desalt purification, dry ('5-AGTAGAGATCACACATCAACAGA ATACAGC-3')
dnah10 synthetic sgRNA	Synthego	Synthetic sgRNA, target sequence: 5'-GCTCATCCGCTGCTTCAGGC-3'
Electrophoresis power supply	Thermo Scientific	105ECA-115
Filter forceps	Millipore	XX6200006P
Fish (system) water	Generic	n/a
Gel electrophoresis system (including casting frame, comb, and electrophoresis chamber)	Thermo Scientific	B2
Gel imaging light box	Azure Biosystems	AZI200-01
Gel stain, 10000X	Invitrogen	S33102
Glass bowl, 250 mL	Generic	n/a
Isolation tanks, 0.8 L	Aquaneering	ZT080
Microcap capillary tube with bulb, 20 µL	Drummond	1-000-0020/CA
Minicentrifuge	Bio-Rad	12011919EDU
Micropipettes, various with appropriate tips	Generic	n/a
Microwave	Generic	n/a
Nuclease free water	Promega	P119-C
Paper towels	Generic	n/a
PCR tubes, 0.2 mL	Bioexpress	T-3196-1
Plastic spoon, with drilled holes/slots	Generic	n/a
KCl solution, 0.2 M RNAse Free	Sigma-Aldrich	P9333
p2ry12 forward primer	Sigma-Aldrich	DNA Oligo in Tube; 0.025 nM, standard desalt purification, dry (5'-CCCAAATGTAATCCTGACCAGT -3')
p2ry12 reverse primer	Sigma-Aldrich	DNA Oligo in Tube; 0.025 nM, standard desalt purification, dry (5'-CCAGGAACACATTAACCTGGAT -3')
p2ry12 synthetic sgRNA	Synthego	Synthetic sgRNA, target sequence: 5'-GGCCGCACGAGGTCTCCGCG-3'
Restriction Enzyme 10X Buffer	NEB	B6003SVIAL
NaOH solution, 50 mM	Thermo Scientific	S318; 424330010
Sponge, 1-inch x 1-inch cut with small oval divot	Generic	n/a
Stereomicroscope	Zeiss	Stemi 508
Taq polymerase master mix, 2X	Promega	M7122
TBE Buffer Concentrate, 10X	VWR	E442
Thermal Cycler	Bio-Rad	1861096
Tissue paper	Fisher Scientific	06-666
Tricaine-methanesulfonate solution (Syncaine, MS-222), 0.016% in fish water (pH 7.0±0.2)	Syndel	200-266
Tris Base, 1M (Buffered with HCl to ph 8.0)	Promega	H5131