C-Brick標準の開発中の技術支援については、Shanghai Tolo Biotechに感謝します。この研究は、中国科学アカデミーの戦略的優先研究プログラム（助成金XDB19040200）の助成金によって支えられました。

1.crRNAの調製<ol><li> crRNAテンプレートの調製 <ol><li> RNアーゼフリー水中の個々のオリゴヌクレオチド（ 表1 ）を10μMの濃度に再懸濁する。 </li><li> 22.5μLのトップストランドオリゴヌクレオチド（ 表1の T7-F）、22.5μLのボトムストランドオリゴヌクレオチド（ 表1 ）、および5μLの10×アニーリングバッファーを0.2mLのPCRチューブに加える。総容量が50μLであることを確認する。 注：6つの異なるボトムストランドオリゴヌクレオチドが表1に示されており、その各々は、トップストランドT7-Fと個々に対合されるべきである。 表1の小文字は、crRNAのガイド配列に転写される配列を表す。 10x Taq PCRバッファーを10xアニーリングバッファの代わりに使用することができます。 </li><li> PCRチューブをサーモサイクラーに入れる。 </li><li>アニーリングプログラムを実行する：95℃での最初の変性5分間、次いで95-20℃の冷却時間（サーマルサイクラーで1分当たり1℃の減少）であった。 注：すぐにステップ1.2.1のサンプルを使用してください。 </li></ol></li><li> crRNAの転写および精製 <ol><li> RNaseフリー水38μL、ステップ1.1.4の鋳型8μL、5×T7転写バッファー20μL、NTP混合物（10μM）20μL、組換えRNase阻害剤（RRI）4μL、および10 μLのT7 RNAポリメラーゼを1.5mLのマイクロ遠心チューブに添加した。総容量が100μLであることを確認してください。 </li><li>マイクロ遠心チューブを37℃の水浴に一晩（約16時間）置く。 </li><li>転写されたRNAを精製するには、RNAクリーンアップキットと濃縮キットを使用してください。製造元のプロトコルに従ってください。 </li><li> UV-Vis分光光度計でRNAを定量し、RNAを10μMの濃度に希釈する。すぐにサンプルを使用するか、-80°Cで保存してください。 注：crRNA配列表2にリストされています。 </li></ol></li></ol> 2.C-ブリック部品の構成（ すなわち、 C-ブリック標準ベクトルへの生物学的部品の挿入） 注：この手順には3つのサブステップがあります。短い生物学的部分（ 例えば、プロモーターおよびターミネーター）については、ダイレクトPCR法を使用して、生物学的部分をC-ブリック標準ベクターに挿入することが最善である4 。補足データにはベクター全体の配列が示されており、接頭辞と接尾辞の配列は図1に示されています （下のステップ2.1）。 PCR（ 例えば、ゲノムDNA、プラスミド、または新しく合成されたDNA配列の鋳型を用いて）を介して容易に得ることができる生物学的部分に関しては、C-Brick標準ベクターに生物学的部分を挿入するために継ぎ目のないアセンブリ方法を使用することが最もよい（ステップ2.2、以下）。 BioBrickおよびBglBrick標準から得られた部分については、制限酵素媒介消化およびT4 DNAリガーゼ媒介ライゲーションを用いて、生物学的部分をC-ブリック標準ベクターに挿入することができる（以下の工程2.3）。 <ol><li> 直接PCR増幅による構築 <ol><li> PCR増幅のためのオリゴヌクレオチドの設計および注文。 注：オリゴヌクレオチドの5 &#39;末端はDNA部分の配列を含み、オリゴヌクレオチドの3&#39;末端はベクター配列（ すなわち、フォワード鎖の3 &#39;末端に「GGATCCACTAGTCTCTAGCTCG」を含み、そしてフォワード鎖の「GGATCCTTTCTCCTCTTTCTAG」逆鎖の場合）。オリゴヌクレオチドの5 &#39;末端にオーバーハングがないか、約20bpのオーバーハングを設計することができる。特定の例は、以前の研究4に見出すことができる。 </li><li>超純水中の個々のオリゴヌクレオチドを10μMの濃度に再懸濁する。 </li><li>氷上で0.2 mLのPCRチューブでPCR反応をセットアップする：18μLの超純水、25μLの2×PCR緩衝液、1μLのdNTP（10μM）、ステップ2.1.2からのフォワード及びリバースプライマー（10μM）各2.5μL、鋳型としてのC-ブリック標準ベクター（50ng）0.5μL、高忠実度のDNAポリメラーゼの使用。総容量が50μLであることを確認する。 </li><li>チューブをサーモサイクラーに直接入れ、サーモサイクラープログラムを開始します。サンプルを直ちに使用するか、-20℃で凍結保存してください。 </li><li>サーモサイクラープログラム：98℃で3分間1サイクル; 98℃で10秒、55℃で20秒、および72℃で2分のサイクルを30サイクル; 72℃で10分間1サイクル。サンプルを16℃に保つ。 </li><li>ステップ2.1.4からの混合物9μLを1.5mL微量遠心管に加える。 </li><li> 1μLのDpnIを添加し、37℃の水浴中で1時間インキュベートする。 注：プライマーに重複配列がない場合は、0.5μLのT4ポリヌクレオチドキナーゼ（PNK）と0.5μLのT4 DNAリガーゼを添加し、1時間22℃の水浴。そうでなければ、プライマーが約20nt重複配列を含む場合、DpnI処理産物を大腸菌 （DH10B）コンピテント細胞に直接形質転換する（工程2.4）。線状化されたPCR産物は、宿主内の組換え系によって環化される。 </li><li>すぐにサンプルを使用するか、-20℃で保存してください。 </li></ol></li><li> シームレスな組み立てによる構造 <ol><li> PCR増幅のためのオリゴヌクレオチドの設計および注文。 注：オリゴヌクレオチドの3 &#39;末端はDNA部分の末端配列を含み、オリゴヌクレオチドの5&#39;末端は線状化されたC-ブリック標準ベクター配列の末端を含む（ すなわち、 5 &#39;末端には 「CTAGAAAGAGGAGAAAGGATCC」、フォワードストランドの5 &#39;末端のための「CGAGCTAGAGACTAGTGGATCC」）。特定の例は、以前の研究4に見出すことができる。 </li><li>個体を再停止する超純水中の10μMのオリゴヌクレオチドを10μMの濃度に希釈した。 </li><li>超純水18μL、2×PCRバッファー25μL、dNTPs（10μM）1μL、フォワードおよびリバースプライマー（10μM）の各2.5μLを加えます。 ）、0.5μLの鋳型（20〜500ng）、および0.5μLの高忠実度DNAポリメラーゼを添加した。総容量が50μLであることを確認する。 </li><li>チューブをサーモサイクラーに直接置き、サーモサイクラープログラムを実行してください。サンプルを直ちに使用するか、-20℃で凍結保存してください。 注：サーモサイクラープログラムを次のように設定します：98℃で3分間1サイクル; 98℃で10秒間、プライマーのアニーリング温度に応じて55℃で20秒間、および72℃で1分間（生物学的部位の長さに応じて）30サイクル; 72℃で10分間1サイクル。サンプルを16℃に保つ。 </li><li> PCR精製システムを使用してPCR産物を精製する。テンキット;製造元のプロトコルに従ってください。 </li><li> C-ブリック標準ベクターをBamHIで消化します：34μLの超純水、10μLのプラスミド（1μg）、5μLの10倍緩衝液、および1μLのBamHIをマイクロ遠心チューブに加えます。 37℃で2時間、水浴中でインキュベートする。 </li><li>ゲルクリーンアップシステムキットを使用して上記の生成物を精製する。製造元のプロトコルに従ってください。 </li><li>ステップ2.2.7からの線状化ベクター（50ng）2μL、ステップ2.2.4からのフラグメント（200ng）の5μL、シームレス組立キットからの5x継ぎ目のないアセンブリ緩衝液2μLおよびシームレス組立酵素1μLを加える。 1.5 mLのマイクロ遠心チューブに加えます。総容量は10μLです。 </li><li>これを37℃の水浴に30分間置く。サンプルを直ちに使用するか、-20℃で凍結保存してください。 </li></ol></li><li> 制限酵素媒介消化およびT4 DNAリガーゼ媒介性連結による構築。 注意：BioBrick（ステップ2.3.4-2.3.7）およびBglBrick（ステップ2.3.1-2.3.3）標準から得られた部分については、制限酵素媒介消化およびT4DNAリガーゼ媒介ライゲーションを使用して、生物学的部分をC-ブリック標準ベクターに組み込む。 <ol><li> BglHIおよびBglIIでBglBrick標準品を消化する：超純水34μL、プラスミド10μL（2μg）、10倍バッファー5μL、BamHI0.5μLおよびBglII0.5μLをマイクロ遠心チューブに加えます。 37℃の水浴中で2時間インキュベートする。 </li><li> 1％アガロースゲル電気泳動を行い、ゲルクリーンアップシステムキットを用いてフラグメントを精製する。 </li><li>フラグメントとC-Brick標準ベクターをライゲーションする：ステップ2.1.12の線状化ベクター（50ng）2μLとステップ2.3.3のフラグメント（200ng）6μLを1.5mLマイクロ遠心チューブに加える。 10μLの10×T4 DNAリガーゼバッファーと1μLのT4 DNAリガーゼを加えます。 22℃で2時間インキュベートする。すぐにサンプルを使用するかフリーズする-20℃で保存してください。 </li><li> XbaIおよびSpeIでBioBrick標準品を消化する：超純水34μL、プラスミド10μL（2μg）、10倍バッファー5μL、XbaI0.5μLおよびSpeI0.5μLをマイクロ遠心チューブに加えます。 37℃の水浴中で2時間インキュベートする。 </li><li> C-ブリック標準ベクターをXbaIとSpeIで消化します：34μLの超純水、10μLのプラスミド（1μg）、5μLの10倍緩衝液、0.5μLのXbaI、および0.5μLのSpeIをマイクロ遠心チューブに加えます。 37℃の水浴中で2時間インキュベートする。 </li><li> 1％アガロースゲル電気泳動を行い、ゲル精製システムキットを用いて、ステップ2.3.4のフラグメントおよびステップ2.3.5の直線化ベクターを精製する。製造業者のプロトコールに従って調製した。 </li><li>フラグメントとC-Brickベクターをライゲーションする：ステップ2.3.5の線状化ベクター（50ng）2μLとステップ2.3.4のフラグメント（200ng）6μLを1.5mL微量遠心チューブに加える。広告d1μLの10×T4 DNAリガーゼ緩衝液および1μLのT4 DNAリガーゼ。 22℃で2時間インキュベートする。サンプルを直ちに使用するか、-20℃で凍結保存してください。 </li></ol></li><li> 大腸菌 （DH10B）のコンピテント細胞への化学的形質転換のために、ステップ2.1.8,22.9,2.3.3または2.3.7からの生成物10μLを添加する。 </li><li>いくつかのクローンを5 mL液体Luria-Bertani（LB）チューブに取り、37℃でシェーカー（220 rpm）で一晩インキュベートする。 </li><li>プラスミド調製キットを用いてプラスミドを抽出する。製造元のプロトコルに従ってください。 </li><li>サンガー配列決定による正しいクローンの同定11 。 </li></ol> 3. C-ブリックアセンブリ（ 図2 ） <ol><li> C-BrickベクターのCpf1による消化 <ol><li> RNaseフリー水22.5μL、10x Cpf1緩衝液4μL、ステップ2.6のプラスミド（1μg）10μL、RRI0.5μL、および1＆＃181; LのCpf1（5μM）を1.5mLのマイクロ遠心チューブに添加する。 注：Cpf1は、市販のものを購入することも、前の研究4のプロトコルに従って精製することもできます4 。 </li><li> T1およびT2部位に外来DNA断片を挿入するには、1μLのcrRNA-T2（10μM）を添加し、37℃の水浴中で30分間インキュベートします。さらに30分間、1μLのcrRNA-T1（10μM）およびCpf1（5μM）を添加する。 注：T3およびT4部位に外来DNA断片を挿入するには、1μLのcrRNA-T3（10μM）を添加し、37℃の水浴中で30分間インキュベートします。 1μLのcrRNA-T4（10μM）をさらに30分間添加する。 </li><li> 1μLの感熱アルカリ性ホスファターゼを添加し、チューブを37℃の水浴中でさらに1時間インキュベートする。 </li><li>アガロースゲル電気泳動を行い、ゲルクリーンアップシステムキットを用いてベクターを精製する。サンプルを直ちに使用するか、-20℃で凍結保存してください。 </li></ol></&gt; <li> Cpf1によるDNA断片の消化 <ol><li> RNaseフリー水21.5μL、10x Cpf1バッファー4μL、ステップ2.6（2μg）のプラスミド10μL、RRI0.5μL、およびCpf1（5μM）2μLを1.5mL微量遠心管に加えます。 </li><li> T1およびT2部位に外来DNA断片を挿入するには、1μLのcrRNA-T1（10μM）と1μLのcrRNA-T3（10μM）を添加し、37℃の水浴中で2時間インキュベートする。 注：あるいは、1μLのcrRNA-T2（10μM）と1μLのcrRNA-T4（10μM）を添加し、37℃の水浴中で2時間インキュベートする。 </li><li>アガロースゲル電気泳動を行い、ゲルクリーンアップシステムキットを用いてフラグメントを精製する。サンプルを直ちに使用するか、-20℃で凍結保存してください。 </li></ol></li><li> C-ブリックアセンブリとさらなる検証 <ol><li>外来DNA断片とC-Brickベクターをライゲーションします：2μLの線状化ベクター（50ng）およびステップ3.2.3のDNAフラグメント（200ng）6μLを1.5mL微量遠心チューブに添加する。 1×10 4個のT4 DNAリガーゼバッファーと1μLのT4 DNAリガーゼを加えます。 22℃で2時間インキュベートする。サンプルを直ちに使用するか、-20℃で凍結保存してください。 </li><li> 大腸菌 （DH10B） - コンピテント細胞への化学的形質転換のために10μLのライゲーション産物（段階3.3.1）を添加する。 </li><li>いくつかのクローンを5mL液体LBチューブに加え、シェーカー上で220 rpm、37℃で一晩インキュベートする。 </li><li>プラスミド調製キットを用いてプラスミドを抽出する。製造元のプロトコルに従ってください。 </li><li>サンガー配列決定による正しいクローンの同定11 。 </li></ol></li><li> C-Brickアセンブリの新しいラウンドを実行します。手順3.3.4の正しいクローンは、手順3.1-3.3と同じプロトコルに従い、さらなる反復C-ブリックアセンブリのための新しいC-ブリックベクターまたはDNA部分として使用することができる。 注：T2 &#39;とT3のitesはT2サイトとT3サイトのバックアップとして設計されています（ 図1a ）。ステップ2.3.7から得られたプラスミドについては、C-Brick標準アセンブリのためにT2 &#39;およびT3&#39;のみを使用することができる。 </li></ol>

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著者は何も開示することはない。

このプロトコールは、DNAアセンブリ標準C-ブリックの手順を記載する。このプロトコルの最も重要なステップは、C-Brick標準ベクトルの線形化です。ベクターの不完全な切断は、成功率に重大な影響を及ぼす可能性がある。さらに、Cpf1は、主に「18-23」切断パターンの標的DNA配列を切断するが、2つの塩基の近くの不正確な切断もまた検出され、DNAアセンブリ後に少数の突然変異を引き起こす可...

DNA生物学的部分の標準化は、合成生物学の発展にとって重要である1 。 DNAアセンブリ手順の開発は、 臨機応変な実験設計に取って代わることができ、遺伝的構成要素をより大きなシステムに組み立てる際に生じる予想外の結果の多くを除去することができる。 BioBrick標準（BBF RFC 10）は、最も初期に提案されたDNAアセンブリ標準の1つでした。これは接頭配列（EcoRIおよびXbaI切断部位を含む）および接尾配列（SpeIおよびPstI切断部位を含む） 2,3を使用する 。 XbaIとSpeIは相補的な凝集末端を有するため、XbaIとSpeIで切断されたBioBrick DNA部分を結合して、さらなる反復アセンブリのための新しいBioBrickを生成することができる。 BioBrick標準を使用していくつかの欠陥が確認されています4 。例えば、8-bpの傷跡を生じる融合タンパク質の構築を可能にしないDNA部分の間に存在する。さらに、上記の4種類の6bpの制限部位をDNA部分から除去しなければならず、これは非常に不便である。最初の問題を解決するためにBglBrick標準が確立されました5 。これは、6-bpの「GGATCT」傷跡を作り、Gly-Serを産生し、複数のタンパク質またはタンパク質ドメインの融合を可能にする。 iBrickは第2の問題に対処するために開発されました6 。長いDNA配列を認識するホーミングエンドヌクレアーゼ（HE）を使用します。 HE認識部位は天然のDNA配列にほとんど存在しないので、iBrick標準は、DNA配列を改変することなくiBrick部位の直接構築に使用することができる。しかし、iBrickスタンダードはDNA部分の間に21 bpの傷跡を残します。これは、その不評の理由です。 近年、クラスタリングされた規則的に間隔を置いた短い回文繰り返し（CRISPR）システムが急速に発展した。 CRISPR関連（Cas）タンパク質の中で、 ストレプトコッカス・ピオゲネス（Streptococcus pyogenes）由来のCas9エンドヌクレアーゼが現在広く使用されている。大部分は、平滑末端を有する二本鎖DNA切断（DSB）を導入する9 。 2015年に、Zhangと共同研究者は、Cpf1（ PrevotellaとFrancisellaの CRISPR）を初めて特徴付けました 。それはクラス2型V CRISPR-Cas系に属し、CRISRP RNA（crRNA）誘導エンドヌクレアーゼ10である。 Cas9とは異なり、Cpf1は、4または5ntの5 &#39;オーバーハング10を有するDSBを導入する。この特性に基づいて、Cpf1を用いてDNAアセンブリ標準C-Brick 4を開発した。 C-ブリック標準ベクターでは、接頭語T1 / T2および接尾辞付きT3 / T4の4つのCpf1標的部位が生物学的部分に隣接する。これはBioBrick標準に似ています。 T2およびT3部位の切断として、p相補的な粘着末端を生じるので、DNA部分の反復アセンブリを実施することが可能であり、一方パーツ間に「GGATCC」傷を生成することが可能である。特に、C-Brick標準には2つの主な利点があります。長いターゲットシーケンスを認識し、短い傷跡を残します。 C-ブリックによって生成された6bpの「GGATCC」傷は、融合タンパク質の構築を可能にするGly-Serをコードする。さらに、C-Brick標準もBglBrickおよびBioBrick標準と部分的に互換性があります。

<table><tbody><tr><td>Comercial Oligonucleotide</td><td>Sangon Biotech</td><td></td><td></td></tr><tr><td>10x Taq PCR Buffer</td><td>Transgen</td><td>#J40928</td><td></td></tr><tr><td>Ultra Pure Distilled Water</td><td>Invitrogen</td><td>10977-015</td><td></td></tr><tr><td>5x RNA Transcription Buffer</td><td>Thermo Scientific</td><td>K0441</td><td></td></tr><tr><td>T7 RNA polymerase</td><td>Thermo Scientific</td><td>#EP0111</td><td></td></tr><tr><td>NTP mixture</td><td>Sangon</td><td>#ND0056</td><td></td></tr><tr><td>RRI (Recombinant RNase Inhibitor)</td><td>Takara</td><td>2313A</td><td></td></tr><tr><td>RNA Clean &amp;amp; Concentrator-5</td><td>Zymo Research</td><td>R1015</td><td></td></tr><tr><td>UV-Vis Spectrometer</td><td>Thermo Scientific</td><td>Nano-Drop 2000c</td><td></td></tr><tr><td>2x Phanta Max Buffer</td><td>Vazyme</td><td>PB505</td><td>PCR buffer</td></tr><tr><td>dNTPs</td><td>Transgen</td><td>AD101</td><td></td></tr><tr><td>Phanta Max Super-Fidelity DNA Polymerase</td><td>Vazyme</td><td>P505-d1</td><td></td></tr><tr><td>Ezmax for One-step Cloning</td><td>Tolobio</td><td>24303-1</td><td>seamless assembly kit</td></tr><tr><td>5x Buffer for Ezmax One-step Cloning</td><td>Tolobio</td><td>32006</td><td></td></tr><tr><td>BamHI</td><td>NEB</td><td>#R0136L</td><td></td></tr><tr><td>BamHI-HF</td><td>NEB</td><td>#R3136L</td><td></td></tr><tr><td>BglII&amp;nbsp;</td><td>NEB</td><td>#R0144L</td><td></td></tr><tr><td>XbaI</td><td>NEB</td><td>#R0145L</td><td></td></tr><tr><td>SpeI</td><td>NEB</td><td>#R3133L</td><td></td></tr><tr><td>10x Buffer 3</td><td>NEB</td><td>#B7003S</td><td></td></tr><tr><td>10x CutSmart Buffer</td><td>NEB</td><td>B7204S</td><td></td></tr><tr><td>10x T4 DNA ligase Buffer</td><td>Tolobio</td><td>32002</td><td></td></tr><tr><td>T4 PNK</td><td>Tolobio</td><td>32206</td><td></td></tr><tr><td>T4 DNA ligase</td><td>Tolobio</td><td>32210</td><td></td></tr><tr><td>DpnI</td><td>NEB</td><td>#R01762</td><td></td></tr><tr><td>SV Gel and PCR clean-up system</td><td>Promega</td><td>A9282</td><td></td></tr><tr><td>Plasmid Mini Kit I</td><td>Omega</td><td>D6943-02</td><td>plasmid preparation kit</td></tr><tr><td>thermosensitive alkaline phosphatase&amp;nbsp;</td><td>Thermo Scientific</td><td>#EF0651</td><td>FastAP</td></tr><tr><td>10x Cpf1 buffer</td><td>Tolobio</td><td>32008</td><td></td></tr><tr><td>Cpf1</td><td>Tolobio</td><td>32105</td><td>FnCpf1</td></tr><tr><td>thermocycler</td><td>Applied Biosystems</td><td>veriti 96 well</td><td></td></tr><tr><td>C-Brick standard vector</td><td>Tolobio</td><td>98101</td><td></td></tr><tr><td>E. coli [DH10B]</td><td>Invitrogen</td><td>18297010</td><td></td></tr><tr><td>Luria-Bertani media (tryptone)</td><td>Oxoid</td><td>LP0042</td><td></td></tr><tr><td>Luria-Bertani media (yeast extract)</td><td>Oxoid</td><td>LP0021</td><td></td></tr><tr><td>Luria-Bertani media (NaCl)</td><td>Sangon Biotech</td><td>B126BA0007</td><td></td></tr></tbody></table>

protocols for c-brick dna standard assembly using cpf1

CRISPR関連タンパク質Cpf1は、CRISPR RNA（crRNA）の誘導下で二本鎖DNAを切断し、粘着末端を生成する。この特徴のために、Cpf1は、長い認識部位および短い傷跡の利点を有するC-ブリックと呼ばれるDNAアセンブリ標準の確立に用いられてきた。標準的なC-Brickベクターには、接頭部（T1およびT2部位）および接尾部（T3およびT4部位） - 隣接する生物学的DNA部分の4つのCpf1認識部位がある。 T2およびT3部位の切断は相補的な粘着末端を生成し、T2およびT3部位を有するDNA部分のアセンブリを可能にする。一方、組立後に部品間に短い「GGATCC」傷が発生する。新たに形成されたプラスミドが再び4つのCpf1切断部位を含むので、この方法は、BioBrickおよびBglBrick標準のものと同様のDNA部分の反復的組み立てを可能にする。 DNA部品を組み立てるためのC-Brick標準の使用法の概要ここで説明します。 C-Brick標準は、科学者、大学院生、学部生、さらにはアマチュアでも広く使用できます。

<html>このプロトコールは、3つの色素タンパク質カセット（cjBlue（BBa_K592011）、eforRed（BBa_K592012）、およびamilGFP（BBa_K592010））のアセンブリを実証した。最初に、上記の3つの遺伝子およびターミネーターのコード配列をC-ブリック標準ベクターに個々にクローニングした。短いDNA部分、プロモーターおよびターミネーターを、5 &#39;末端に短いDNA部分を含むプライマーを...

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Protocols for C-Brick DNA Standard Assembly Using Cpf1

CRISPR関連タンパク質Cpf1は、特別に設計されたCRISPR RNA（crRNA）によって導かれ、所望の部位で二本鎖DNAを切断し、粘着末端を生成する。この特性に基づいて、DNAアセンブリ標準（C-Brick）が確立され、その使用方法を詳述したプロトコルがここに記載されている。

Cpf1を用いたC-ブリックDNA標準アセンブリのプロトコール

CRISPR-associated protein Cpf1 cleaves double-stranded DNA under the guidance of CRISPR RNA (crRNA), generating sticky ends. Because of this ...

protocols-for-c-brick-dna-standard-assembly-using-cpf1

Research

JoVE Journal

Genetics

8.2K ビュー.  Chinese Academy of Sciences.  CRISPR関連タンパク質Cpf1は、特別に設計されたCRISPR RNA（crRNA）によって導かれ、所望の部位で二本鎖DNAを切断し、粘着末端を生成する。この特性に基づいて、DNAアセンブリ標準（C-Brick）が確立され、その使用方法を詳述したプロトコルがここに記載されている。 

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A Toolkit to Enable Hydrocarbon Conversion in Aqueous Environments

This work puts forward a toolkit that enables the conversion of alkanes by Escherichia coli and presents a proof of principle of its applicability. The toolkit consists of multiple standard interchangeable parts (BioBricks)9 addressing the conversion of alkanes, regulation of gene expression and survival in toxic hydrocarbon-rich environments.
A three-step pathway for alkane degradation was implemented in E. coli to enable the conversion of medium- and long-chain alkanes to their respective alkanols, alkanals and ultimately alkanoic-acids. The latter were metabolized via the native &beta;-oxidation pathway. To facilitate the oxidation of medium-chain alkanes (C5-C13) and cycloalkanes (C5-C8), four genes (alkB2, rubA3, rubA4and rubB) of the alkane hydroxylase system from Gordonia sp. TF68,21 were transformed into E. coli. For the conversion of long-chain alkanes (C15-C36), theladA gene from Geobacillus thermodenitrificans was implemented. For the required further steps of the degradation process, ADH and ALDH (originating from G. thermodenitrificans) were introduced10,11. The activity was measured by resting cell assays. For each oxidative step, enzyme activity was observed.
To optimize the process efficiency, the expression was only induced under low glucose conditions: a substrate-regulated promoter, pCaiF, was used. pCaiF is present in E. coli K12 and regulates the expression of the genes involved in the degradation of non-glucose carbon sources.
The last part of the toolkit - targeting survival - was implemented using solvent tolerance genes, PhPFD&alpha; and &beta;, both from Pyrococcus horikoshii OT3. Organic solvents can induce cell stress and decreased survivability by negatively affecting protein folding. As chaperones, PhPFD&alpha; and &beta; improve the protein folding process e.g. under the presence of alkanes. The expression of these genes led to an improved hydrocarbon tolerance shown by an increased growth rate (up to 50%) in the presences of 10% n-hexane in the culture medium were observed.
Summarizing, the results indicate that the toolkit enables E. coli to convert and tolerate hydrocarbons in aqueous environments. As such, it represents an initial step towards a sustainable solution for oil-remediation using a synthetic biology approach.

A sustainable auto regulating bacterial system for the remediation of oil pollutions was designed using standard interchangeable DNA parts (BioBricks). An engineered E. coli strain was used to degrade alkanes via &beta;-oxidation in toxic aqueous environments. The respective enzymes from different species showed alkane degradation activity. Additionally, an increased tolerance to n-hexane was achieved by introducing genes from alkane-tolerant bacteria.

水性環境で炭化水素の変換を有効にするツールキット

This work puts forward a toolkit that enables the conversion of alkanes by Escherichia coli and presents a proof of principle of its applicability. The ...

生物工学

A Customizable Protocol for String Assembly gRNA Cloning (STAgR)

The bacterial CRISPR/Cas9 system has substantially increased methodological options for life scientists. Due to its utilization, genetic and genomic engineering became applicable to a large range of systems. Moreover, many transcriptional and epigenomic engineering approaches are now generally feasible for the first time. One reason for the broad applicability of CRISPR lies in its bipartite nature. Small gRNAs determine the genomic targets of the complex, variants of the protein Cas9, and the local molecular consequences. However, many CRISPR approaches depend on the simultaneous delivery of multiple gRNAs into individual cells. Here, we present a customizable protocol for string assembly gRNA cloning (STAgR), a method that allows the simple, fast and efficient generation of multiplexed gRNA expression vectors in a single cloning step. STAgR is cost-effective, since (in this protocol) the individual targeting sequences are introduced by short overhang primers while the long DNA templates of the gRNA expression cassettes can be re-used multiple times. Moreover, STAgR allows single step incorporation of a large number of gRNAs, as well as combinations of different gRNA variants, vectors and promoters.

A Customizable Protocol for String Assembly gRNA Cloning STAgR

Here, we present string assembly gRNA cloning (STAgR), a method to easily multiplex gRNA vectors for CRISPR/Cas9 approaches. STAgR makes gRNA multiplexing simple, efficient and customizable.

文字列アセンブリ gRNA のカスタマイズ可能なプロトコル (STAgR) のクローニング

The bacterial CRISPR/Cas9 system has substantially increased methodological options for life scientists. Due to its utilization, genetic and genomic ...

遺伝学

Capturing Chromosome Conformation Across Length Scales

Chromosome conformation capture (3C) is used to detect three-dimensional chromatin interactions. Typically, chemical crosslinking with formaldehyde (FA) is used to fix chromatin interactions. Then, chromatin digestion with a restriction enzyme and subsequent religation of fragment ends converts three-dimensional (3D) proximity into unique ligation products. Finally, after reversal of crosslinks, protein removal, and DNA isolation, DNA is sheared and prepared for high-throughput sequencing. The frequency of proximity ligation of pairs of loci is a measure of the frequency of their colocalization in three-dimensional space in a cell population.
A sequenced Hi-C library provides genome-wide information on interaction frequencies between all pairs of loci. The resolution and precision of Hi-C relies on efficient crosslinking that maintains chromatin contacts and frequent and uniform fragmentation of the chromatin. This paper describes an improved in situ Hi-C protocol, Hi-C 3.0, that increases the efficiency of crosslinking by combining two crosslinkers (formaldehyde [FA] and disuccinimidyl glutarate [DSG]), followed by finer digestion using two restriction enzymes (DpnII and DdeI). Hi-C 3.0 is a single protocol for the accurate quantification of genome folding features at smaller scales such as loops and topologically associating domains (TADs), as well as features at larger nucleus-wide scales such as compartments.

Hi-C 3.0 is an improved Hi-C protocol that combines formaldehyde and disuccinimidyl glutarate crosslinkers with a cocktail of DpnII and DdeI restriction enzymes to increase the signal-to-noise ratio and the resolution of chromatin interaction detection.

長さスケール全体で染色体コンフォメーションをキャプチャする

Chromosome conformation capture (3C) is used to detect three-dimensional chromatin interactions. Typically, chemical crosslinking with formaldehyde (FA) ...

Stable DNA Motifs, 1D and 2D Nanostructures Constructed from Small Circular DNA Molecules

This article presents a detailed protocol for synthesis of small circular DNA molecules, annealing of circular DNA motifs, and construction of 1D and 2D DNA nanostructures. Over decades, the rapid development of DNA nanotechnology is attributed to the use of linear DNAs as the source materials. For example, the DAO (double crossover, antiparallel, odd half-turns) tile is well-known as a building block for construction of 2D DNA lattices; the core structure of DAO is made from two linear single-stranded (ss) oligonucleotides, like two ropes making a right hand granny&#160;knot. Herein, a new type of DNA tiles called cDAO (coupled DAO) are built using a small circular ss-DNA of c64nt or c84nt (circular 64 or 84 nucleotides) as the scaffold strand and several linear ss-DNAs as the staple strands. Perfect 1D and 2D nanostructures are assembled from cDAO tiles: infinite nanowires, nanospirals, nanotubes, nanoribbons; and finite nano-rectangles. Detailed protocols are described: 1) preparation by T4 ligase and purification by denaturing PAGE (polyacrylamide gel electrophoresis) of small circular oligonucleotides, 2) annealing of stable circular tiles, followed by native PAGE analysis, 3) assembling of infinite 1D nanowires, nanorings, nanospirals, infinite 2D lattices of nanotubes and nanoribbons, and finite 2D nano-rectangles, followed by AFM (Atomic Force Microscopy) imaging. The method is simple, robust, and affordable for most labs.

This article presents a detailed protocol for T4 ligation and denaturing PAGE purification of small circular DNA molecules, annealing and native PAGE analysis of circular tiles, assembling and AFM imaging of 1D and 2D DNA nanostructures, as well as agarose gel electrophoresis and centrifugation purification of finite DNA nanostructures.

ナノ構造構築小さな環状 DNA 分子から安定した DNA モチーフ、1 D および 2 D

This article presents a detailed protocol for synthesis of small circular DNA molecules, annealing of circular DNA motifs, and construction of 1D and 2D ...

化学

学部研究および教育のための染色体コンフォメーションキャプチャー(3C)

Getting an A with the 3Cs: Chromosome Conformation Capture for Undergraduates

Chromosome conformation capture (3C) is a powerful tool that has spawned a family of similar techniques (e.g., Hi-C, 4C, and 5C, referred to here as 3C techniques) that provide detailed information of the three-dimensional organization of chromatin. The 3C techniques have been used in a wide range of studies, from monitoring the changes in chromatin organization in cancer cells to identifying enhancer contacts made with gene promoters. While many of the studies using these techniques are asking big genome-wide questions with intricate sample types (i.e., single-cell analysis), what is often lost is that the 3C techniques are grounded in basic molecular biology methods that are applicable to a broad range of studies. By addressing tightly focused questions of chromatin organization, this cutting-edge technique can be used to enhance the undergraduate research and teaching lab experience. This paper presents a 3C protocol and provides adaptations and points of emphasis for implementation at primarily undergraduate institutions in undergraduate research and teaching experiences.

著者スポットライト:3CでAを取得する:学部生のための染色体コンフォメーションキャプチャ  

Here, we present an adaption of the chromosome conformation capture (3C) technique in detail with an emphasis on undergraduate involvement and learning.

3CでAを取得する:学部生のための染色体コンフォメーションキャプチャ

Chromosome conformation capture (3C) is a powerful tool that has spawned a family of similar techniques (e.g., Hi-C, 4C, and 5C, referred to here as 3C ...

Design and Synthesis of a Reconfigurable DNA Accordion Rack

DNA nanostructure-based mechanical systems or DNA nanomachines, which produce complex nanoscale motion in 2D and 3D in the nanometer to &#229;ngstr&#246;m resolution, show great potential in various fields of nanotechnology such as the molecular reactors, drug delivery, and nanoplasmonic systems. The reconfigurable DNA accordion rack, which can collectively manipulate a 2D or 3D nanoscale network of elements, in multiple stages in response to the DNA inputs, is described. The platform has potential to increase the number of elements that DNA nanomachines can control from a few elements to a network scale with multiple stages of reconfiguration.
In this protocol, we describe the entire experimental process of the reconfigurable DNA accordion rack of 6 by 6 meshes. The protocol includes a design rule and simulation procedure of the structures and a wet-lab experiment for synthesis and reconfiguration. In addition, analysis of the structure using TEM (transmission electron microscopy) and FRET (fluorescence resonance energy transfer) is included in the protocol. The novel design and simulation methods covered in this protocol will assist researchers to use the DNA accordion rack for further applications.

We describe the detailed protocol for design, simulation, wet-lab experiments, and analysis for a reconfigurable DNA accordion rack of 6 by 6 meshes.

再構成可能な DNA アコーディオン ラックの設計と合成

DNA nanostructure-based mechanical systems or DNA nanomachines, which produce complex nanoscale motion in 2D and 3D in the nanometer to &#229;ngstr&#246;m ...

Rapid Assembly of Multi-Gene Constructs using Modular Golden Gate Cloning

The Golden Gate cloning method enables the rapid assembly of multiple genes in any user-defined arrangement. It utilizes type IIS restriction enzymes that cut outside of their recognition sites and create a short overhang. This modular cloning (MoClo) system uses a hierarchical workflow in which different DNA parts, such as promoters, coding sequences (CDS), and terminators, are first cloned into an entry vector. Multiple entry vectors then assemble into transcription units. Several transcription units then connect into a multi-gene plasmid. The Golden Gate cloning strategy is of tremendous advantage because it allows scar-less, directional, and modular assembly in a one-pot reaction. The hierarchical workflow typically enables the facile cloning of a large variety of multi-gene constructs with no need for sequencing beyond entry vectors. The use of fluorescent protein dropouts enables easy visual screening. This work provides a detailed, step-by-step protocol for assembling multi-gene plasmids using the yeast modular cloning (MoClo) kit. We show optimal and suboptimal results of multi-gene plasmid assembly and provide a guide for screening for colonies. This cloning strategy is highly applicable for yeast metabolic engineering and other situations in which multi-gene plasmid cloning is required.

The goal of this protocol is to provide a detailed, step-by-step guide for assembling multi-gene constructs using the modular cloning system based on Golden Gate cloning. It also gives recommendations on critical steps to ensure optimal assembly based on our experiences.

モジュラーゴールデンゲートクローニングを用いた多遺伝子構造の迅速な組み立て

The Golden Gate cloning method enables the rapid assembly of multiple genes in any user-defined arrangement. It utilizes type IIS restriction enzymes that ...

Recombineering Homologous Recombination Constructs in Drosophila

The continued development of techniques for fast, large-scale manipulation of endogenous gene loci will broaden the use of Drosophila melanogaster as a genetic model organism for human-disease related research. Recent years have seen technical advancements like homologous recombination and recombineering. However, generating unequivocal null mutations or tagging endogenous proteins remains a substantial effort for most genes. Here, we describe and demonstrate techniques for using recombineering-based cloning methods to generate vectors that can be used to target and manipulate endogenous loci in vivo. Specifically, we have established a combination of three technologies: (1) BAC transgenesis/recombineering, (2) ends-out homologous recombination and (3) Gateway technology to provide a robust, efficient and flexible method for manipulating endogenous genomic loci. In this protocol, we provide step-by-step details about how to (1) design individual vectors, (2) how to clone large fragments of genomic DNA into the homologous recombination vector using gap repair, and (3) how to replace or tag genes of interest within these vectors using a second round of recombineering. Finally, we will also provide a protocol for how to mobilize these cassettes in vivo to generate a knockout, or a tagged gene via knock-in. These methods can easily be adopted for multiple targets in parallel and provide a means for manipulating the Drosophila genome in a timely and efficient manner.

Recombineering Homologous Recombination Constructs in Drosophila

Homologous recombination techniques greatly advance Drosophila genetics by enabling the creation of molecularly precise mutations. The recent adoption of recombineering allows one to manipulate large pieces of DNA and transform them into Drosophila6. The methods presented here combine these techniques to rapidly generate large homologous recombination vectors.

における相同組換えコンストラクトを遺伝子改変<em&gt;ショウジョウバエ</em

The continued development of techniques for fast, large-scale manipulation of endogenous gene loci will broaden the use of Drosophila melanogaster as a ...

Cpf1を用いたC-ブリックDNA標準アセンブリのプロトコール

要約

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水性環境で炭化水素の変換を有効にするツールキット

文字列アセンブリ gRNA のカスタマイズ可能なプロトコル (STAgR) のクローニング

長さスケール全体で染色体コンフォメーションをキャプチャする

ナノ構造構築小さな環状 DNA 分子から安定した DNA モチーフ、1 D および 2 D

3CでAを取得する:学部生のための染色体コンフォメーションキャプチャ

3CでAを取得する:学部生のための染色体コンフォメーションキャプチャ

3CでAを取得する:学部生のための染色体コンフォメーションキャプチャ

再構成可能な DNA アコーディオンラックの設計と合成

モジュラーゴールデンゲートクローニングを用いた多遺伝子構造の迅速な組み立て

における相同組換えコンストラクトを遺伝子改変

Cpf1を用いたC-ブリックDNA標準アセンブリのプロトコール

要約

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文字列アセンブリ gRNA のカスタマイズ可能なプロトコル (STAgR) のクローニング

長さスケール全体で染色体コンフォメーションをキャプチャする

ナノ構造構築小さな環状 DNA 分子から安定した DNA モチーフ、1 D および 2 D

3CでAを取得する:学部生のための染色体コンフォメーションキャプチャ

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再構成可能な DNA アコーディオン ラックの設計と合成

モジュラーゴールデンゲートクローニングを用いた多遺伝子構造の迅速な組み立て

における相同組換えコンストラクトを遺伝子改変

再構成可能な DNA アコーディオンラックの設計と合成