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Method Article
Este protocolo descreve um método para alcançar a integração estável de um gene de interesse no genoma humano pelo sistema transcriptionally regulado de Bela adormecida . Preparação da integração dos vetores de Lentivirus defeituosos, a transdução em vitro de células humanas e o ensaio molecular em células transduzidas são relatados.
O transposon Bela adormecida (SB) é um sistema de integração não-virais com eficácia comprovada para transferência genética e genômica funcional. Para otimizar a maquinaria de transposon SB, uma transposase hiperativo transcriptionally regulado (SB100X) e baseada em T2 transposon são empregados. Normalmente, o transposase transposon providenciam e transitoriamente por transfeccao Plasmideo e SB100X expressão é impulsionado por um promotor constitutivo. Aqui, descrevemos um método eficiente para entregar os componentes SB em células humanas que são resistentes a vários métodos de Transfeccao de física e química, para controlar a expressão de SB100X e integrar estàvel um gene de interesse (GOI) através de um "cortar e colar" SB mecanismo. A expressão de transposase hiperativo é rigidamente controlada pela sistema de Tet-ON, amplamente utilizado para controlar a expressão do gene desde 1992. O gene de interesse é ladeado por repetições invertidas (IR) do transposon T2. Ambos os componentes do SB são embalados em integração defeituosos vetores Lentivirus transitoriamente produzidos nas células HEK293T. Células humanas, ou linhas de célula ou células primárias do tecido humano, estão em vitro transitoriamente transfectadas com vetores virais. Após adição de doxiciclina (dox, tetraciclina analógica) no meio de cultura, um ajuste fino de expressão transposase é medido e resulta em uma integração duradoura do gene de interesse no genoma das células tratadas. Este método é eficiente e aplicável para a linha de celular (por exemplo, as células HeLa) e células primárias (por exemplo, queratinócitos primárias humanas) e, portanto, representa uma ferramenta valiosa para a engenharia genética e a transferência do gene terapêutico.
O hiperativo transposase SB100X acoplado ao transposon baseada em T2 já foi usado no gene pré-clínicos terapia aplicações1,2,3, genoma modificações4,5, e pluripotentes induzidas células-tronco (iPSC) reprogramação6,7. Normalmente, os componentes de SB transitoriamente são fornecidos pelo transfeccao Plasmideo e um forte promotor constitutivo conduz a expressão do transposase. No entanto, apesar dos métodos aperfeiçoados de novos do transfection, entrega do dois-componente sistema permanece um desafio para muitas aplicações. Assim, o desenvolvimento de um novo protocolo de entrega tem interesse crescente. Além de métodos de Transfeccao para plasmídeo8 e mRNA9, viral entrega baseada em adenovírus10,11, adeno-associado (AAV) viral12, Baculovirus13, gammaretroviral14 e vetores Lentivirus15 foi proposto no passado. Notavelmente, o sistema de escolha deve garantir uma entrega transitória dos componentes SB sem integração do vetor viral. No entanto, a expressão constitutiva de transposase gera preocupações de segurança devido ao risco de rehopping incontrolável do transposon.
Portanto, o Regulamento transcriptional de SB100X por um refinado sistema de Tet-ON é o primeiro desafio. Um promotor Tet-responsivo modificado, obtido substituindo o original promotor desenvolvidos mínimo citomegalovírus (CMV) com o promotor mínimo-(81) do gene Timidine quinase (TK) de Herpes Simplex vírus 1 (HSV-1)16, é clonado a montante do CDNA de SB100X (pTetOTKSB100X). A mutação reversa-tetraciclina-liberada rtTA2s-M217 manifesta-se sob o controle do promotor constitutivo forte (promotor fosfoglicerato, PGK) clonado em um plasmídeo diferente (pCCL-PGKrtTA2S-M2). Quando adicionado ao meio de cultura, dox vincula o rtTA2s-modulador M2 e amarras o promotor Tet ou complexo, resultando em rigidamente regulamentada indução da expressão de SB100X18.
O segundo grande desafio surge o transfeccao ineficiente de células humanas primárias por vários métodos físicos e químicos. Entregar eficientemente transposase em células humanas resistentes para transfeccao, o SB100X e o rtTA2s-fitas de expressão M2 são empacotados em dois vetores de Lentivirus defeituoso (IDLVs) de integração19: IDLVTKSB e IDLVrtTA2s- M2. Vetores virais são produzidos transitoriamente como vetores de terceira geração em HEK293T células20 e pseudotyped com a glicoproteína G do vírus da estomatite vesiculosa dos (VSV-G), que confere um amplo espectro de infecção. Partículas de vetor são concentradas por ultracentrifugação e tituladas por HIV-1 Gag p24 immunocapture. Para transduce linhas celulares e as células primárias, partículas de vetor são complexadas com polybrene e são incubadas com células alvo na presença ou ausência de dox. Ativação de dependentes de drogas de SB100X expressão em células transduzidas é medida pelo quantitativo de RT-PCR (qRT-PCR)18.
Uma vez que a expressão SB100X Tet-regulado é demonstrada, transposição do governo da Índia (por exemplo, proteína verde fluorescente, GFP) no genoma da célula alvo segue os eventos moleculares claramente esquematizados por Bak e Mikkelsen21. Um terceiro IDLV vetor carregando uma gaveta de expressão para o governo indiano clonado entre o IRs transposon-T2 (IDLVT2) tem de ser construído e empacotado como mencionado acima. Por último, os três vetores IDLV podem ser usados eficientemente transduce células humanas (por exemplo, os queratinócitos primários) em vitro e integrar o governo indiano na presença de doxiciclina18.
1. os plasmídeos empregados
Nota: Plasmídeo pCCL-PGKrtTA2S-M2 foi gentilmente fornecidas pelo Prof Zappavigna (Universidade de Modena e Reggio Emilia, Módena, Itália). O plasmídeo pCMVSB100X carregando a sequência de código de transposase hiperativo e plasmídeo de transposon de pT2/BH foram gentilmente cedidos pelo Prof Z. Ivics (Instituto de Paul Ehrlich, Langen, Alemanha) e Prof Z. Izvak (Max Delbruck centro de Medicina Molecular, Berlim, Alemanha).
2. produção viral vector
Nota: Todos os vetores virais são produzidos em uma capa de risco biológico em um nível de confinamento de biossegurança BSL2, de acordo com as regras institucionais e regulamentares.
3. transdução da linhas de células humanas (por exemplo, as células HeLa)
Nota: As células HeLa são cultivadas em meio da águia de Dulbecco modificado suplementado com 10% de soro fetal bezerro, 100 U/mL de penicilina-estreptomicina e glutamina de 2 mM. A tabela 1 resume todos os vetores utilizados neste protocolo. É fornecida uma descrição para cada vetor. Transdução de células HeLa permite a verificação do Regulamento do transcriptional de SB transposase na melhor combinação de dose de dois vetores IDLV. Variação das doses IDLV pode estar relacionada com vetor titulação de partícula e tipo de célula de destino.
4. transdução de células primárias humanas (por exemplo, queratinócitos)
Nota: Humanos queratinócitos primários são semeados no letalmente irradiados 3T3-J2 células (camada de alimentador)23, um presente tipo de Yan Barrandon (EPFL, Lausanne, Suíça).
5. Cytofluorimetric análise sobre transduzidos queratinócitos primários
Nota: Um citômetro de fluxo, configurado com um laser azul (488 nm), um laser vermelho (633 nm) e filtros para a deteção da fluorescência de GFP e APC é empregada (ver Tabela de materiais).
6. semi-quantitativo de RT-PCR
Nota: Use um termociclador PCR.
7. quantitativo de RT-PCR (qRT-PCR)
Nota: Um sistema de detecção de sequência comercial é empregado. Iniciadores de PCR e 6-carboxyfluorescein (FAM) sonda para gliceraldeído 3-fosfato-desidrogenase (GAPDH) são adquiridos comercialmente.
Usar o procedimento apresentado aqui, três vectores IDLV, carregando os componentes SB regulamentados (SB100X, rtTA2S-transposon M2 e T2-GFP) foram embalados e costumava entregar eficientemente e firmemente, regular o sistema de SB em células humanas. A figura 1A mostra um esquema para em vitro transdução de células HeLa, que foi realizado para avaliar o Regulamento transcriptional de transposase SB com a melhor combinação de dose d...
Aqui, descrevemos uma metodologia amplamente acessível para integrar estàvel um GOI no genoma das células alvo por Bela adormecida-mediada por transposição. Embora o sistema SB foi desenvolvido para fornecer um método nonviral para edição de genoma, entrega eficiente da maquinaria integração (transposase e T2 transposon) é obrigatória. Portanto, para usar o sistema SB dificilmente transfectable as células primárias, uma viral entrega de componentes de SB foi perseguida nos últimos anos
Os autores não têm nada para divulgar.
Agradecemos a Prof Zappavigna, Universidade de Modena e Reggio Emilia, Módena, Itália por fornecer-nos com o pCCL-PGKrtTA2S-plasmídeo M2. Reconhecemos também o Prof Z. Ivics (Instituto de Ehlrich de Paul, Langen, Alemanha) e Prof Z. Izvak (Max Delbruck centro de Medicina Molecular, Berlim, Alemanha) para plasmídeos pCMVSB100X e pT2/BH. Este trabalho foi apoiado por DEBRA internacional e o Ministério italiano da Universidade e da investigação.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Dulbecco’s modified Eagle’s medium with 4.5g/L glucose w/o L-Glutamine | Lonza | BE12-614F | Cell culture medium. |
HyClone Fetal Bovine Serum (U.S.), Characterized | GE Healthcare Life Sciences | SH30071.03 | Serum used HEK293T cell culture for lentiviral particle production. |
Penicillin 10.000 UI/ml Streptomycin 10.000 UI/ml | Lonza | DE17-602E | Reagents for cell culture medium. |
L-Glutamine 200mM | Lonza | BE17-605E | Reagent for cell culture medium. |
Sodium Chloride (NaCl) | Sigma-Aldrich | S7653 | Reagent for HBS 2X preparation. |
HEPES Buffer, 1M Stock in normal saline | Lonza | BE17-737E | Reagent for HBS 2X preparation. |
Disodium hydrogen phosphate dihydrate (Na2HPO4·2H2O), 99.5% | Merck | 106580 | Reagent for HBS 2X preparation. |
Hydrochloric acid - ACS reagent 37% (HCl) | Sigma-Aldrich | 320331 | Reagent for HBS 2X preparation. |
Sterile water for injection | Fresenius Kabi | - | Reagent for HBS 2X preparation. |
0.45 µm PESS filter | Whatman | 10462100 | Filters used to remove cell debris from viral supernatant. |
Polyallomer Beckman tubes | Beckman Coulter | 326823 | Tubes for concentrating IDLV vectors by ultracentrifugation. |
PBS-1X w/o Ca, Mg | Lonza | BE17-516F | Buffer for cell wash and lentiviral particle resuspension. |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | A2153 | (Optional) Buffer for lentiviral particle resuspension. |
HIV-1 Gag p24 immunocapture kit | Perkin Elmer | NEK50001KT | Kit for IDLV particle titration. |
Polybrene | Sigma-Aldrich | 107689 | Reagent to enhance transduction efficiency. |
Trypsin (10X) 2.5% in HBSS w/o Ca, Mg | GIBCO | BE17-160E | Reagent to detach HeLa cells (stock solution, to be diluted). |
Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt (EDTA) | 100938B | AnalaR BDH | Reagent for trypsin working solution preparation. |
0.5% Trypsin-EDTA, no phenol red (10X) | GIBCO | 15400-054 | Reagent to detach keratinocytes (stock solution, to be diluted). |
Donor Bovine Serum, New Zealand Origin | GIBCO | 16030-074 | Serum for Swiss mouse 3T3-J2 cell culture (feeder layer). |
Ham’s F12 media | GIBCO | 21765 | Medium for keratinocytes. |
Fetal bovine serum | Lonza | DE14-801F | Serum for HeLa cell culture medium. |
Fetal Bovine Serum, qualified, Australia Origin | GIBCO | 10099-141 | Serum for human primary keratinocyte culture medium. |
Insulin from bovine pancreas | Sigma-Aldrich | I5500 | Reagents for keratinocyte growth. |
Adenine | VWR | 1152-25 | Reagents for keratinocyte growth. |
Hydrocortisone | VWR | 3867-1 | Reagents for keratinocyte growth. |
Cholera Toxin from Vibrio cholerae | Sigma-Aldrich | C8052 | Reagents for keratinocyte growth. |
Triiodothyronine | Sigma-Aldrich | T5516 | Reagents for keratinocyte growth. |
Human EGF | Austral Biological | GF-010-9 | Reagents for keratinocyte growth. |
Mouse monoclonal APC-conjugated Anti-Feeder antibody | Miltenyi Biotech | 130-096-099 | To label feeder layer. |
RNeasy Plus Mini Kit | Qiagen | 74134 | RNA purification kit. |
SuperScript III Reverse Transcriptase | Life Technologies | 18080051 | Reverse transcriptase kit. |
Deoxynucleotide Mix, 10 mM (dNTP) | Sigma-Aldrich | D7295 | Reagent for semi-quantitative PCR. |
UltraPure DNase/RNase-Free Distilled Water | (any) | - | Reagent for semi-quantitative PCR and for qRT-PCR. |
GoTaq G2 Hot Start Polymerase | Promega | M740B | Taq polymerase. |
Agarose, for molecular biology | Sigma-Aldrich | A9539 | Reagent for agarose gel electrophoresis. |
UltraPure TBE Buffer, 10X | Invitrogen | 15581028 | Reagent for agarose gel electrophoresis, to be dilute (1X) in ddH2O. |
Ethidium bromide | Sigma-Aldrich | E1510 | Reagent for agarose gel electrophoresis. |
Doxycycline | Sigma-Aldrich | D-9891 | drug to induce transposase expression in HeLa cells and in keratinocytes |
TaqMan Universal PCR Master Mix | Applied Biosystem | 4304437 | TaqMan Universal PCR Master Mix including primers and probe. |
15mL High Clarity polypropylene Centrifuge Tube, Conical Bottom, with Dome Seal Screw Cap, Sterile | Falcon Corning | 352096 | Tubes for cell collection and vector dilution preparation. |
150 mm TC-Treated Cell Culture Dish with 20 mm Grid, Sterile | Falcon Corning | 353025 | Cell culture dish for viral production. |
6 Well Clear Flat Bottom TC-Treated Multiwell Cell Culture Plate, with Lid, Individually Wrapped, Sterile | Falcon Corning | 353046 | Cell culture plate for HeLa and human primary keratinocyte transduction. |
Safe-Lock microcentrifuge tubes, volume 1.5 mL | Eppendorf | 0030 120.086 | Tubes for dilution preparation. |
Safe-Lock microcentrifuge tubes, volume 2 mL | Eppendorf | 0030 120.094 | Tubes for dilution preparation. |
0.2ml PCR Tubes with flat caps, RNase, DNase, DNA and PCR Inhibitor free | (any) | - | Tubes for semi-quantitative PCR. |
MicroAmp Fast Optical 96-Well Reaction Plate with Barcode, 0.1 mL | Applied Biosystem | 4346906 | 96-well for qRT-PCR. |
5mL Round Bottom Polystyrene Tube, without Cap | BD Falcon | 352052 | Tubes for flow cytometry acquisition. |
Disposable Serological Pipets, Polystyrene, Individually Wrapped, Sterile (different volumes) | (any) | - | Pipettes for sterile tissue culture applications. |
Filter Tips, Sterile, and RNase, DNase, DNA and Pyrogen free (different volumes) | (any) | - | Filter tips for sterile tissue colture and molecular biology applications. |
pH meter | (any) | - | Equipment for measurement of HBS 2X pH. |
PCR Thermal cycler | (any) | - | Equipment for semi-quantitative PCR. |
Agarose gel electrophoresis equipment | (any) | - | Equipment for agarose gel electrophoresis of semi-quantitative PCR. |
BD FACS Canto II 2LSR 4/2 | BD | - | Flow cytometer. |
7900HT Fast Real-Time PCR system | Applied Biosystem | 7900HT | Equipment for qRT-PCR. |
Benchtop centrifuges for efficient sample processing in cell culture applications, refrigerated, with microplate buckets. | (any) | - | Centrifuge for cell culture processing and spinoculation. |
Optima L-90K Ultracentrifuge equipped with SW32TI rotor | Beckman Coulter | - | Ultracentrifuge for lentiviral particle production. |
Equipment for cell culture and molecular biology laboratory (e.g., Class II laminar flow hood designed for work involving BSL2 materials, cell culture incubator,refrigerators and freezers (+4 °C, -20 °C, -80 °C), micropipettes and pipet-aid). | |||
Protective laboratory coats, gloves, face protection in accordance with Institute rules and regulations, in particular for lentiviral particle production and transduction. |
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