Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Этот протокол описывает, как выполнить эффективное редактирование аденинового основания без ограничения PAM для построения точной модели болезни рыбок данио-рерио с использованием zSpRY-ABE8e.
Технология CRISPR/Cas9 повысила ценность рыбок данио-рерио для моделирования генетических заболеваний человека, изучения патогенеза заболеваний и скрининга лекарств, но ограничения смежных мотивов протоспейсеров (PAM) являются основным препятствием для создания точных животных моделей генетических нарушений человека, вызванных однонуклеотидными вариантами (SNV). До сих пор некоторые варианты SpCas9 с широкой совместимостью с PAM показали эффективность у рыбок данио. Применение оптимизированного SpRY-опосредованного редактора адениновых оснований (ABE), zSpRY-ABE8e и синтетически модифицированной гРНК у рыбок данио-рерио позволило эффективно конформировать аденин-гуаниновое основание без ограничения PAM. Здесь описан протокол для эффективного редактирования адениновых оснований без ограничения PAM у рыбок данио-рерио с использованием zSpRY-ABE8e. Путем введения смеси мРНК zSpRY-ABE8e и синтетически модифицированной гРНК эмбрионам рыбок данио-рерио была построена модель болезни рыбок данио-рерио с точной мутацией, которая имитировала патогенный сайт фактора созревания рибосомы TSR2 (tsr2). Этот метод является ценным инструментом для создания точных моделей заболеваний для изучения механизмов и методов лечения заболеваний.
Однонуклеотидные варианты (SNV), вызывающие миссенсовые или нонсенсовые мутации, являются наиболее распространенным источником мутаций в геноме человека1. Чтобы определить, является ли конкретная SNV патогенной, и пролить свет на ее патогенез, требуются точные модели на животных2. Рыбки данио-рерио являются хорошими моделями болезней человека, демонстрируя высокую степень физиологической и генетической гомологии с людьми, короткий цикл развития и сильную репродуктивную способность, что выгодно для исследования патогенных характеристик и механизмов, а также скрининга лекарств3.
Кластерная система коротких палиндромных повторов (CRISPR)/Cas9 с регулярным интервалом широко применяется при редактировании генома различных видов, включая рыбок данио-рерио4. Под руководством гРНК система CRISPR/Cas9 может генерировать двухцепочечные разрывы ДНК (DSB) на целевом участке, что затем позволяет заменять одно основание путем рекомбинации целевого сайта с донорскими матрицами ДНК через путь репарации, направленной на гомологию (HDR). Однако эффективность этого метода замещения оснований довольно низкая, поскольку процесс репарации клеточной ДНК в основном осуществляется путем негомологичного соединения концов (NHEJ), который обычно сопровождается мутациями вставки и делеции (индел)5. К счастью, технология редактирования одной базы на основе CRISPR/Cas9 значительно облегчает эту проблему за счет использования базовых редакторов, которые обеспечивают более эффективное редактирование одной базы без индуцирования DSB. Два основных класса редакторов оснований, редакторы адениновых оснований (ABE) и редакторы цитозиновых оснований (CBE), были разработаны для реализации редактирования с заменой оснований для A· T в G· C и C·G в T· А, соответственно 6,7,8,9,10,11. Эти четыре типа замещения оснований охватывают 30% патогенных вариантов человека12. Сообщалось, что оба класса базовых редакторов, включая PmCDA1, систему BE, CBE4max, ABE7.10 и ABE8e, работают с рыбками данио, причем особенно сообщается, что BE4max и ABE8e достигают высокой активности редактирования 13,14,15,16,17,18,19.
Белки Cas9 различных видов, включая Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes и S. canis, были реализованы при редактировании генов рыбок данио, при этом наиболее широко используется Streptococcus pyogenes Cas9 (SpCas9)20,21,22,23. Тем не менее, SpCas9 может распознавать целевые сайты только с примыкающим к NGG протоспейсером мотивом (PAM), что ограничивает его редактируемый диапазон и может привести к тому, что подходящая последовательность не будет найдена вблизи патогенного сайта, представляющегоинтерес 24. Чтобы расширить целевой диапазон, было разработано множество вариантов SpCas9 для распознавания различных PAM посредством направленной эволюции и структурно-ориентированного проектирования. Тем не менее, немногие варианты эффективны для животных, особенно для рыбок данио, что ограничивает применение рыбок данио-рерио в исследованиях заболеваний, связанных с SNV 25,26,27,28. В последнее время сообщалось, что два варианта SpCas9, SpG и SpRY с менее строгими ограничениями PAM (NGN для SpG и NNN для SpRY с более высоким предпочтением NRN, чем NYN), проявляют высокую активность редактирования в клетках и растениях человека 29,30,31,32. Впоследствии сообщалось, что SpG и SpRY, а также ряд их опосредованных базовых редакторов, таких как SpRY-опосредованные CBE и SpRY-опосредованные ABE, также работают с рыбками данио, что расширит применение моделей рыбок данио-рерио в механистическом исследовании и скрининге лекарств заболеваний, связанных с SNV 18,33,34,35. Кроме того, i-Silence был предложен в качестве эффективной и точной стратегии нокаута генов посредством ABE-опосредованного преобразования стартового кодона из ATG в GTG или ACG36. Комбинация стратегии i-Silence и SpRY-опосредованного базового редактора zSpRY-ABE8e обеспечивает новый метод моделирования заболеваний18. Этот протокол демонстрирует, как выполнять редактирование генов с использованием zSpRY-ABE8e у рыбок данио-рерио для построения модели tsr2 (M1V) с использованием стратегии i-Silence. Была оценена и проанализирована эффективность редактирования и фенотипы, которые появляются в моделях рыбок данио.
Это исследование было проведено в строгом соответствии с рекомендациями Комитета по уходу и использованию Южно-Китайского педагогического университета.
1. Получение синтетически модифицированной гРНК и мРНК zSpRY-ABE8e
2. Подготовка стеклянных капилляров для микроинъекций
3. Микроинъекция смеси мРНК zSpRY-ABE8e и гРНК EE в эмбрионы рыбок данио-рерио
4. Анализ эффективности редактирования базы с помощью EditR
Сообщалось, что мутация TSR2 вызывает анемию Даймонда Блэкфана (DBA)42. Здесь была построена модель рыбок данио-рерио DBA с мутацией tsr2 (M1V) с использованием стратегии i-Silence. Аденин стартового кодона рыбок данио-рерио tsr2 был успешно преобразован в гуанин с помощью zSpRY...
В этом протоколе описано построение модели болезни рыбок данио-рерио с использованием базового редактора zSpRY-ABE8e. По сравнению с традиционным путем HDR для замены базы, этот протокол может обеспечить более эффективное редактирование базы и уменьшить количество инделов. В то же время это?...
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Мы благодарим Барбару Гарберс, доктора философии из Liwen Bianji (Edanz), за редактирование английского текста черновика этой рукописи. Эта работа была поддержана Программой исследований и разработок в ключевых областях провинции Гуандун (2019B030335001), Национальной ключевой программой исследований и разработок Китая (2019YFE0106700), Национальным фондом естественных наук Китая (32070819, 31970782) и Программой исследовательского фонда Ключевой лаборатории патогенной биологии и эпидемиологии водных экономических животных провинции Гуандун (PBEA2020YB05).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Agarose | Sigma-Aldrich | A9539 | 1.5% Agarose used to make an injection plate |
Borosilicate Glass Capillaries | Harvard Apparatus | BS4 30-0016 | |
Cell culture dishes | Falcon | 351029 | |
ClonExpress Ultra One Step Cloning Kit | Vazyme | C115 | Kit for Infusion clone |
Codon optimization service | Sangon Biotech | ||
Drummond Microcaps | Drummond Microcaps | P1299-1PAK | Length:32 mm, capacity:0.5 μL |
EasyEdit gRNA service | GenScript | ||
Fine Forceps | Fine Scientific Instrument | 11254-20 | Used to break meedle |
Flaming/Brown Micropipette Puller | Stutter Instrument | P-97 | Used to pull the glass capillaries |
HotStart Taq PCR StarMix | Genstar | A033-101 | Used for PCR reaction |
Intelligent artificial climate box | TENLIN | PRX-1000A | Used to culture zebrafish embryos |
Methylcellulose | Sigma-Aldrich | M0512 | Used to fix zebrafish when photographing |
Microloader pipette tips | Eppendorf | 5242956003 | |
mMACHINE kit | |||
Mut Express II Fast Mutagenesis Kit V2 | Vazyme | C214-01 | Kit for site-directed mutagenesis |
Pneumatic Microinjector | ZGene Biotech | ZGPCP-1500 PLUS | |
pT3TS-zSpCas9 | Addgene | 46757 | |
RNeasy FFPE kit | Qiagen | 73504 | Kit for RNA purification |
Sanger Sequencing service | Sangon Biotech | ||
Sodium hydroxide, granular | Sangon | A100173-0500 | NaOH used for genome extraction |
Stereo Microscope | Olympus | SZX10 | Used for photograph of phenotype |
SZ Series Zoom Stereo Microscope | CNOPTEC | SZ650 | |
T3 mMESSAGE | Ambion | AM1348 | Kit for in vitro transcription |
TIANprep Mini Plasmid Kit | TIANGEN | DP103-03 | Kit for plasmid extraction kit |
TIANquick Mini Purification Kit | TIANGEN | DP203-02 | Kit for purification for linearized plasmid |
Tricaine | Sigma-Aldrich | E10521 | Used to anesthetize zebrafish |
Tris (hydroxymethyl) aminomethane | Sangon | A600194-0500 | Component of Tris·HCl used for genome extraction |
XbaI | New England Biolabs | R0145S | Restriction endonuclease used for plasmid linearization |
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