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Method Article
Os avanços recentes na capacidade de manipular geneticamente as linhas celulares somáticas possuem grande potencial para pesquisas básicas e aplicadas. Aqui, apresentamos duas abordagens para CRISPR / Cas9 gerado produção knockout e triagem em linhas de células de mamíferos, com e sem o uso de marcadores selecionáveis.
O sistema de engenharia do genoma CRISPR / Cas9 revolucionou a biologia ao permitir uma edição precisa do genoma com pouco esforço. Guiado por um único guia de RNA (sgRNA) que confere especificidade, a proteína Cas9 cliva ambas as cadeias de DNA no locus alvo. A ruptura do DNA pode desencadear união final não homóloga (NHEJ) ou reparação direcionada a homologia (HDR). O NHEJ pode introduzir pequenas deleções ou inserções que levam a mutações de mudança de quadro, enquanto o HDR permite perturbações maiores e mais precisas. Aqui, apresentamos protocolos para geração de linhas celulares knockout através do acoplamento de métodos CRISPR / Cas9 estabelecidos com duas opções para seleção / rastreio a jusante. A abordagem NHEJ usa um único local de corte de sgRNA e rastreio independente de seleção, onde a produção de proteína é avaliada por imunotransferência ponto de uma maneira de alto rendimento. A abordagem HDR usa dois sites de corte de sgRNA que abrangem o gene de interesse. Juntamente com um modelo de HDR fornecido, esse método pode ser excluídoDe dezenas de kb, auxiliado pelo marcador de resistência selecionado inserido. São discutidas as aplicações e vantagens apropriadas de cada método.
Alterações genéticas estáveis oferecem uma vantagem sobre os métodos transitórios de perturbação celular, que podem ser variáveis em sua eficiência e duração. A edição genômica tornou-se cada vez mais comum nos últimos anos devido ao desenvolvimento de nucleases específicas do alvo, como as nucleases de zinco-dedo 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , as nucleases efetoras do tipo ativador da transcrição (TALENs) 6 , 7 , 8 , 9 E nucleases guiadas por RNA derivadas do sistema de repetições palindrômicas curtas agrupadas, regularmente intercaladas (CRISPR) 10 .
A maquinaria de edição CRISPR / Cas9 é adaptada de um sistema imunológico que bactérias e archaea usam para se defender contra infecções viraisAss = "xref"> 11 , 12 , 13 . Neste processo, fragmentos curtos de 20-30 nt de sequência viral invasora são incorporados em um locus genômico como "espaçadores" flanqueados por unidades repetitivas 14 , 15 . A transcrição subsequente e o processamento de RNA geram pequenos RNAs 16 (CRRNAs) associados ao CRISPR que, juntamente com um CRRNA 17 (traRRNA) trans-ativador, se reúnem com a endonuclease efectora Cas9. Os crRNAs proporcionam assim especificidade ao alvo de Cas9, guiando o complexo para separar sequências de DNA viral complementares e prevenir novas infecções 18 , 19 . Qualquer sequência de "protospacer" no DNA alvo pode servir como fonte do crRNA, desde que seja diretamente 5 'para um motivo adjacente prótespacer curto (PAM), NGG no caso de S. pyogenes Cas9 20. A ausência da sequência PAM perto do espaçador no locus CRISPR do host distingue-se de si mesmo e não-auto, evitando a segmentação do hospedeiro. Devido à sua universalidade e flexibilidade, este sistema biológico foi poderosamente adaptado para a edição genômica, de modo que quase qualquer site de DNA adjacente ao PAM pode ser direcionado. Nesta versão, uma modificação adicional fundiu o crRNA e o tracrRNA em um único componente guia RNA (sgRNA) que é carregado na proteína Cas9 21 .
Após a expressão de Cas9 e um sgRNA em células eucarióticas, a proteína Cas9 corta as duas cadeias de DNA no locus alvo. Na ausência de uma região adequada de sequência homóloga, a célula corrige esta ruptura através de união final não homóloga (NHEJ) 22 , 23 , 24 , que tipicamente introduz pequenas deleções ou, raramente, inserções. Ao segmentar umQuadro de leitura, o reparo provavelmente leva a um quadro de translação que produz um produto proteico não funcional. Em contraste, quando fornecido com um modelo exógeno com grandes regiões de homologia, a célula pode corrigir a ruptura de duas vertentes por reparo direcionado por homologia 25 , 26 . Esta rota permite exclusões, substituições ou inserções precisas maiores no genoma, juntamente com a introdução de marcadores de seleção excisáveis 27 .
Aqui, apresentamos protocolos para gerar linhas celulares knockout por qualquer um desses dois métodos CRISPR / Cas9 ( Figura 1A ). A abordagem do NHEJ usa um único site de corte de sgRNA e rastreio independente de seleção e, portanto, requer pouca preparação antecipada. Ao usar este método, os RNAs de guia complementares aos exons próximos ao final 5 'da transcrição, que são mais propensos a produzir um knockout, devem ser projetados. Desde o modificatOs íons para o genoma neste caso são pequenos, a triagem para clones knockout baseia-se em manchas de ponto, onde o produto proteico é avaliado de forma eficiente. Utilizamos a geração de linhas knockout de proteína ELAV-like 1 (ELAVL1) como exemplo. A segunda abordagem baseia-se na reparação direta de homologia (HDR) e usa dois sites de corte de sgRNA que abrangem o gene ou região de interesse, permitindo deleções de dezenas de kb. Um plasmídeo com duas regiões de homologia que flanqueiam os sites de clivagem fornece um modelo de substituição ( Figura 1B ), introduzindo um marcador de resistência selecionável que aumenta a eficiência da geração de nocaute. Este método também pode ser adaptado para introduzir modificações de genes com armas de homologia devidamente projetadas. Neste caso, a integração de um novo fragmento de DNA permite a triagem baseada em PCR ( Figura 1C ). Aqui, usamos a geração de linhas knockout do membro da família Pumilio RNA vinculativo 2 (PUM2) como exemplo.
1. Identificação de regiões de homologia em torno da eliminação desejada
NOTA: necessário somente se estiver usando a edição baseada em seleção.
2. Geração de Plasmídeos de Expressão Cas9-SgRNA
3. Geração de Plasmídeos de Modelo de Reparo Dirigidos por Homologia
NOTA: necessário somente se estiver usando a edição baseada em seleção. O plasmídeo modelo de reparação dirigido por homologia consiste em uma cassete de resistência a fármacos flanqueada por duas regiões que são complementares do genoma, apenas fora dos dois sites alvo de sgRNA ( Figura 1B ).
Produto de PCR do direito da homologia | 0,06 pmol (30-40ng) |
Produto de PCR do braço de homologia esquerdo | 0,06 pmol (30-40ng) |
Plasmídeo pGolden-Neo (100 ng / μL) | 1 &# 181, L |
Plasmídeo pUC19-BsaI (100 ng / μL) | 1 μL |
2x T7 DNA ligase buffer | 5 μL |
BsaI (10 U / μL) | 0,75 μL |
T7 ADN ligase (3000 U / μL) | 0,25 μL |
agua | Até 10 μL |
Diluir modelo de colônia | 1,25 μL |
10 x tampão de reação Taq | 1,25 μL |
DNTPs de 20mM | 0,25 μL |
Iniciador direto de 10 μM | 0,25 μL |
Primer iniciador reverso de 10 μM | 0,25 μL |
Taq Polymerase | 0,25 μL |
agua | 9 μL |
4. Transfecção de componentes CRISPR em células cultivadas
5. Seleção de medicamentos
6. Isolamento de populações clonais
7. Candidatos de triagem
Lisado celular | 0,5 μL |
10x buffer de KOD | 1,25 μL |
MgSO4 25 mM | 0,75 μL |
DNTPs 2 mM | 1,25 μL |
Iniciador direto de 10 μM | 0,375 μL |
Primer iniciador reverso de 10 μM | 0,375 μL |
KOD polimerase | 0,25 μL |
agua | 7,75 μL |
8. Verifique a Mutação Genômica por Seqüenciamento
Para a geração de linhas knockout ELAVL1, um anticorpo robusto estava disponível, então a edição usando sgRNAs simples ( Figura 1A , esquerda) foi realizada, seguida de imunotransferência por pontos. Três sgRNAs foram transfectados de forma independente para comparar eficiências e descartar os efeitos alvo nos clones resultantes. Após a coleta e mancha de lisados celulares de populações clonais em duas membranas de nitrocelulose, as manchas...
O sistema CRISPR / Cas9 permitiu uma geração eficiente de modificações genômicas estáveis, que proporcionam uma alternativa mais consistente a outros métodos de manipulação transitória. Aqui, apresentamos dois métodos para identificação rápida de knockouts de genes CRISPR / Cas9 em linhas celulares de mamíferos. Ambos os métodos requerem pouco material celular, pelo que o teste pode ser feito em estágios iniciais da cultura clonal, economizando tempo e reagentes. Para aumentar a eficiência de ambos os ...
Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.
Os autores gostariam de reconhecer Gissell Sanchez, Megan Lee e Jason Estep para assistência experimental, e Weifeng Gu e Xuemei Chen por compartilhar reagentes.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Competent E. coli cells | |||
plasmid prep kit | |||
pSpCas9(BB) plasmid | Addgene | 42230 | Ran et al. 2013, cloning sgRNAs |
BbsI enzyme | ThermoFisher | FD1014 | Ran et al. 2013, cloning sgRNAs |
T7 DNA ligase | NEB | M0318L | Ran et al. 2013, cloning sgRNAs |
Tango Buffer | ThermoFisher | BY5 | Ran et al. 2013, cloning sgRNAs |
PlasmidSafe exonuclease | Epicentre | E3105K | Ran et al. 2013, cloning sgRNAs |
Q5 hot start high fidelity polymerase | NEB | M0494A | HA amplification |
pUC19-BsaI | Modified pUC19 plasmid, mutated existing BsaI site and inserted two outward facing BsaI sites after BamHI/EcoRI digestion | ||
pGolden-Neo | Addgene | 51422 | Resistance cassette |
pGolden-Hygro | Addgene | 51423 | Resistance cassette |
BsaI enzyme | NEB | R3535S | Homology arm contruction |
T7 DNA ligase | NEB | M0318L | |
PlasmidSafe exonuclease | Epicentre | E3105K | |
Toothpicks | bacterial PCR | ||
Taq polymerase | bacterial colony PCR | ||
HEK293 human cells | |||
DMEM | Corning | 10-013-CV | |
FBS | Corning | MT35010CV | |
Penicillin-Strep (opt.) | Gibco | 15140-122 | |
6 well plates | BioLite | 12556004 | |
TransIT-LTI Transfection Reagent | Mirus | MIR2300 | for lipofection only |
Opti-MEM | ThermoFisher | 31985062 | for lipofection only |
G418 (Neomycin) | Sigma Aldrich | A1720-5G | |
Hygromycin | Sigma Aldrich | H3274-250MG | |
96 well plates | ThermoFisher | 12556008 | |
Passive Lysis Buffer, 5x | Promega | ||
1x SDS loading buffer | recipe decribed in protocol | ||
Nitrocellulose Membrane | Bio-Rad | 162-0115 | |
TBST | recipe decribed in protocol | ||
Dehydrated milk | |||
SuperSignal West Dura Extended Duration Substrate | ThermoFisher | 34075 | for HRP-conjugated secondary antibodies |
Extracta DNA prep for PCR | Quantabio | 95091-025 | |
KOD polymerase | Novagen | 71316 |
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