Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Недавние достижения в способности генетически манипулировать соматическими клеточными линиями имеют большой потенциал для фундаментальных и прикладных исследований. Здесь мы представляем два подхода для производства и скрининга генерируемых нокаутом CRISPR / Cas9 в клеточных линиях млекопитающих с использованием и без использования селективных маркеров.
Инженерная система генома CRISPR / Cas9 произвела революцию в области биологии, позволив без особого труда точно редактировать геном. Управляемый одной направляющей РНК (sgRNA), которая придает специфичность, белок Cas9 расщепляет обе линии ДНК в целевом локусе. Разрыв ДНК может вызывать либо не гомологичное концевое соединение (NHEJ), либо гомологичный направленный ремонт (HDR). NHEJ может вводить небольшие делеции или вставки, которые приводят к мутациям смены кадров, тогда как HDR допускает большие и более точные возмущения. Здесь мы представляем протоколы для генерации клеточных линий нокаута путем связывания установленных методов CRISPR / Cas9 с двумя вариантами выбора / скрининга ниже по течению. Подход NHEJ использует единый сайт расщепления sgRNA и независимый от отбора скрининг, где производство белка оценивается точным иммуноблотом с высокой пропускной способностью. В методе HDR используются два сайта, разрезающих sgRNA, которые охватывают интересующий ген. Вместе с предоставленным шаблоном HDR этот метод может обеспечить удалениеИз десятков kb, чему способствует вставленный селективный маркер сопротивления. Обсуждаются соответствующие приложения и преимущества каждого метода.
Стабильные генетические изменения обеспечивают преимущество перед переходными методами клеточного возмущения, которые могут быть переменными по эффективности и продолжительности. Геномное редактирование становится все более распространенным в последние годы из-за развития целевых специфических нуклеаз, таких как нуклеазы цинка-пальца 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , транскрипционные активатор-подобные эффекторные нуклеазы (TALENs) 6 , 7 , 8 , 9 И RNA-направленные нуклеазы, полученные из кластеризованной, регулярно интерполированной системы коротких палиндромных повторов (CRISPR) 10 .
Механизм редактирования CRISPR / Cas9 адаптирован из иммунной системы, которую используют бактерии и археи для защиты от вирусных инфекцийAss = "xref"> 11 , 12 , 13 . В этом процессе короткие, 20-30 н.т. фрагменты инвазионной вирусной последовательности включены в геномный локус в виде «спейсеров», фланкированных повторяющимися звеньями 14 , 15 . Последующая транскрипция и обработка РНК генерируют небольшие CRISPR-ассоциированные РНК 16 (crRNAs), которые вместе с транс-активирующей кРНК 17 (tracrRNA) собираются с эффекторной эндонуклеазой Cas9. Таким образом, кРНК обладают специфичностью к таргетированию каз9, направляя комплекс для расщепления комплементарных последовательностей вирусных ДНК и предотвращения дальнейших инфекций 18 , 19 . Любая последовательность «protospacer» в целевой ДНК может служить источником crRNA, если она непосредственно 5 'к короткому протоспасферу, смежному мотиву (PAM), NGG в случае S. pyogenes Cas9 20. Отсутствие последовательности PAM вблизи спейсера в локусе CRISPR хоста различает «я» и «не-я», предотвращая нацеливание хоста. Из-за своей универсальности и гибкости, эта биологическая система была сильно адаптирована для геномного редактирования, так что почти любой сайт, расположенный рядом с PAM, может быть нацелен. В этой версии дополнительная модификация сливала crRNA и tracrRNA в один направляющий РНК (sgRNA) компонент, который загружается в белок Cas9 21 .
При экспрессии Cas9 и sgRNA в эукариотических клетках белок Cas9 расщепляет обе линии ДНК в целевом локусе. В отсутствие подходящей области гомологичной последовательности клетка фиксирует этот разрыв через не гомологичное концевое соединение (NHEJ) 22 , 23 , 24 , которое обычно вводит небольшие делеции или, реже, вставки. При таргетинге на открытыйРамка считывания, ремонт, вероятно, приводит к поступательному сдвигу кадров, который создает нефункциональный белковый продукт. Напротив, при наличии экзогенной матрицы с большими областями гомологии клетка может фиксировать разрыв двух нитей с помощью гомологичного направленного ремонта 25 , 26 . Этот маршрут допускает более крупные точные удаления, замены или вставки в геноме в сочетании с введением маркеров подакцизного выделения 27 .
Здесь мы представляем протоколы для генерации клеточных линий нокаута одним из этих двух методов CRISPR / Cas9 ( рисунок 1A ). Подход NHEJ использует единый сайт расщепления sgRNA и независимый от отбора скрининг и, следовательно, требует небольшой предварительной подготовки. При использовании этого метода необходимо разработать направляющие РНК, дополняющие экзоны около 5'-конца транскрипта, которые, скорее всего, будут производить нокаут. Поскольку modificatИонов в этом геноме мало, скрининг на клоны для нокаутов основан на дот-блотах, где белковый продукт оценивается с высокой пропускной способностью. В качестве примера мы используем выработку линий выведения ELAV-like 1 (ELAVL1). Второй подход основан на восстановлении гомологии (HDR) и использует два сайта среза sgRNA, которые охватывают ген или область интереса, что позволяет удалять десятки килобайт. Плазмида с двумя регионами гомологии, которые расположены по участкам расщепления, обеспечивает шаблон замены ( фиг. 1B ), вводя селективный маркер сопротивления, который повышает эффективность генерации нокаута. Этот метод также может быть адаптирован для введения модификаций генов с правильно разработанными головками гомологии. В этом случае интеграция нового фрагмента ДНК позволяет проводить скрининг на основе ПЦР ( рис. 1С ). Здесь мы используем в качестве примера создание линий нокаута 2-го члена семейства Pumilio RNA (PUM2).
1. Идентификация областей гомологии вокруг желаемого удаления
ПРИМЕЧАНИЕ. Необходимо только при использовании редактирования на основе выбора.
2. Генерация плазмид экспрессии каз9-sgРНК
3. Генерация гомологично-ориентированных шаблонов восстановления шаблонов
ПРИМЕЧАНИЕ. Необходимо только при использовании редактирования на основе выбора. Гомологически ориентированная восстанавливающая шаблонная плазмида состоит из кассеты с лекарственной устойчивостью, фланкированной двумя регионами, которые комплементарны геному, расположенному за пределами двух целевых сайтов sgRNA ( фиг. 1В ).
Правый гомологический рука PCR-продукт | 0,06 пмоль (30-40 нг) |
Левый гомологический рука PCR-продукт | 0,06 пмоль (30-40 нг) |
Плазмида pGolden-Neo (100 нг / мкл) | 1 &# 181; L |
Плазмиду pUC19-BsaI (100 нг / мкл) | 1 мкл |
2x T7 ДНК-лигазный буфер | 5 мкл |
BsaI (10 U / мкл) | 0,75 мкл |
ДНК-лигазу T7 (3000 U / мкл) | 0,25 мкл |
вода | До 10 мкл |
Развернуть шаблон колонии | 1,25 мкл |
10x реакционный буфер Taq | 1,25 мкл |
20 мМ dNTP | 0,25 мкл |
10 мкМ Прямой праймер | 0,25 мкл |
10 мкМ Обратный праймер | 0,25 мкл |
Taq-полимераза | 0,25 мкл |
вода | 9 мкл |
4. Трансфекция компонентов CRISPR в культивируемые клетки
5. Выбор лекарств
6. Изоляция клональных групп населения
7. Кандидаты на скрининг
Клеточный лизат | 0,5 мкл |
Буфер 10x KOD | 1,25 мкл |
25 мМ MgSO4 | 0,75 мкл |
2 мМ dNTP | 1,25 мкл |
10 мкМ Прямой праймер | 0,375 мкл |
10 мкМ Обратный праймер | 0,375 мкл |
Полимераза KOD | 0,25 мкл |
вода | 7,75 мкл |
8. Проверьте геномную мутацию путем секвенирования
Для генерации линий нокаута ELAVL1 было доступно надежное антитело, поэтому было выполнено редактирование с использованием одиночных sgRNAs ( рис. 1A , слева), а затем точечный иммуноблот. Три sgRNAs трансфицировали независимо, чтобы сравнить эффективность и иск...
Система CRISPR / Cas9 позволила обеспечить эффективную генерацию стабильных геномных модификаций, которые обеспечивают более последовательную альтернативу другим способам временного манипулирования. Здесь мы представили два метода быстрой идентификации нокаутов гена CRISPR / Cas9 в клеточны...
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.
Авторы хотели бы выразить признательность Гисселу Санчесу, Меган Ли и Джейсону Эстепу за экспериментальную помощь, а также Вайфэн Гу и Сюэми Чэнь за обмен реагентами.
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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены