Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Bu makale, CRISPR/Cas9 sistemi ve üç fenotip tabanlı tarama stratejisi kullanılarak sentromerle ilişkili protein-E (CENP-E) nakavt hücrelerinin yapımını bildirmektedir. İlaç geliştirme ve biyolojik araştırmalar için yararlı olan CENP-E inhibitörlerinin özgüllüğünü ve toksisitesini doğrulamak için yeni bir yaklaşım oluşturmak için CENP-E nakavt hücre hattını kullandık.
CRISPR (kümelenmiş düzenli aralıklı kısa palindromik tekrarlar) / Cas9 sistemi, çeşitli organizmalarda hassas ve verimli gen düzenleme için güçlü bir araç olarak ortaya çıkmıştır. Sentromer ile ilişkili protein-E (CENP-E), kinetokor-mikrotübül yakalama, kromozom hizalaması ve mil montaj kontrol noktası için gerekli olan artı uca yönelik bir kinesindir. CENP-E proteinlerinin hücresel fonksiyonları iyi çalışılmış olmasına rağmen, CENP-E proteinlerinin doğrudan fonksiyonlarını geleneksel protokoller kullanarak incelemek zor olmuştur çünkü CENP-E ablasyonu genellikle iğ montaj kontrol noktası aktivasyonuna, hücre döngüsü durmasına ve hücre ölümüne yol açar. Bu çalışmada, insan HeLa hücrelerindeki CENP-E genini tamamen devre dışı bıraktık ve CRISPR/Cas9 sistemini kullanarak CENP-E-/- HeLa hücrelerini başarıyla ürettik.
Hücre kolonisi taraması, kromozom hizalama fenotipleri ve CENP-E proteinlerinin floresan yoğunlukları dahil olmak üzere, CENP-E nakavt hücrelerinin tarama verimliliğini ve deneysel başarı oranını etkili bir şekilde artıran üç optimize edilmiş fenotip tabanlı tarama stratejisi oluşturulmuştur. Önemli olarak, CENP-E delesyonu, kromozomun yanlış hizalanmasına, BUB1 mitotik kontrol noktası serin / treonin kinaz B (BubR1) proteinlerinin anormal konumuna ve mitotik kusurlara neden olur. Ayrıca, CENP-E'ye özgü inhibitörler için bir tanımlama yöntemi geliştirmek için CENP-E nakavt HeLa hücre modelini kullandık.
Bu çalışmada, CENP-E inhibitörlerinin özgüllüğünü ve toksisitesini doğrulamak için yararlı bir yaklaşım oluşturulmuştur. Ayrıca, bu makale, hücre bölünmesinde CENP-E mekanizmalarını araştırmak için güçlü bir araç olabilecek CRISPR/Cas9 sistemini kullanarak CENP-E gen düzenleme protokollerini sunmaktadır. Ayrıca, CENP-E nakavt hücre hattı, antitümör ilaç geliştirme, hücre biyolojisinde hücre bölünme mekanizmaları çalışmaları ve klinik uygulamalar için önemli etkileri olan CENP-E inhibitörlerinin keşfine ve doğrulanmasına katkıda bulunacaktır.
Tasarlanmış genom düzenleme, çeşitli hücrelerde ve organizmalarda genlerin hedeflenen modifikasyonlarına aracılık eder. Ökaryotlarda, bölgeye özgü mutajenez, hedef DNA1'in homolog rekombinasyonunu uyaran diziye özgü nükleazların uygulanmasıyla tanıtılabilir. Son yıllarda, çinko parmak nükleazları (ZFN'ler)2,3, transkripsiyon aktivatörü benzeri efektör nükleazlar (TALEN'ler)4,5 ve güdümlü meganükleazlar 6,7 dahil olmak üzere çeşitli genom düzenleme teknolojileri, genomları belirli bölgelerde parçalamak için tasarlanmıştır, ancak bu yaklaşımlar karmaşık protein mühendisliği ve gereksiz deneysel prosedürler gerektirir. Çalışmalar, tip II prokaryotik kümelenmiş düzenli aralıklı kısa palindromik tekrarlar (CRISPR)/Cas sisteminin, çok çeşitli hücrelerde ve türlerdeRNA kılavuzlu, bölgeye özgü DNA bölünmesine spesifik olarak aracılık eden verimli bir gen düzenleme teknolojisi olduğunu göstermiştir 8,9,10,11. CRISPR/Cas9 gen nakavt teknolojisi, temel biyoloji, biyoteknoloji ve tıp alanlarında devrim yarattı12.
Bakteriler ve çoğu arke, virüsleri ve plazmitleri tanımlamak ve yok etmek için CRISPR ve Cas proteinlerini kullanan RNA tabanlı bir adaptif bağışıklık sistemi geliştirmiştir13. Streptokok pyogenes Cas9 (SpCas9) endonükleaz, CRISPR RNA'ları (crRNA) ve trans-aktive edici crRNA (tracrRNA) içeren sentetik bir tek kılavuzlu RNA (sgRNA) sağlayarak diziye özgü, çift sarmallı kırılmalara (DSB'ler) verimli bir şekilde aracılık edebilen RuvC benzeri Holliday bağlantı resolvazı (RuvC) ve His-Asn-His (HNH) alanını içerir14,15,16. DSB'ler, memeli hücrelerinde insersiyonlar, delesyonlar veya yara izi olmayan tek nükleotid ikameleri dahil olmak üzere çoklu mutasyonları ortaya çıkaran indel oluşturan homolog olmayan uç birleştirme (NHEJ) veya homolojiye yönelik onarım (HDR) yolu ile onarılabilir 1,8. Hem hataya eğilimli NHEJ hem de yüksek kaliteli HDR yolu, çerçeve kayması mutasyonlarına ve erken durdurma kodonlarına neden olabilen eklemeler veya silmeler yoluyla gen nakavtına aracılık etmek için kullanılabilir10.
Kinesin-7 CENP-E, hücre bölünmesi sırasında kinetokor-mikrotübül bağlanması ve kromozom hizalaması için gereklidir 17,18,19. CENP-E'nin antikor mikroenjeksiyonu20,21, siRNA tükenmesi22,23, kimyasal inhibisyon 24,25,26 ve genetik delesyon 27,28,29, kromozom yanlış hizalanmasına, iğ montaj kontrol noktasının aktivasyonuna ve mitotik defektlere yol açar, bu da anöploidi ve kromozomal instabilite ile sonuçlanır19,30. Farelerde, CENP-E delesyonu, gelişimin çok erken aşamalarında anormal gelişim ve embriyonik ölümcüllük ile sonuçlanır 27,29,31. CENP-E'nin genetik silinmesi genellikle kromozomun yanlış hizalanmasına ve hücre ölümüne yol açar 26,27,29, bu da CENP-E proteinlerinin işlevlerini ve mekanizmalarını incelemede bir engeldir.
Yakın zamanda yapılan bir çalışma, CENP-E proteinlerinin nispeten kısa sürede hızlı bir şekilde parçalanmasını sağlayan bir Auxin ile indüklenebilir CRISPR / Cas9 gen düzenleme yöntemi32 kullanarak koşullu bir CENP-E nakavt hücre hattı oluşturmuştur33. Bununla birlikte, bugüne kadar, CENP-E biyolojisinde çözülmemiş bir teknik zorluk olan kararlı CENP-E nakavt hücre hatları kurulmamıştır. CENP-E'nin tamamen silinmesinin doğrudan sonuçları karmaşık ve öngörülemez olabileceğinden, genetik sağlamlık34, genetik kompanzasyon yanıtları 35,36,37 ve karmaşık hücre içi ortamlar göz önüne alındığında, kromozom hizalama mekanizmalarının araştırılması için CENP-E nakavt hücre hatlarının oluşturulması önemlidir.
CENP-E inhibitörlerinin keşfi ve uygulamaları kanser tedavisi için önemlidir. Bugüne kadar, GSK923295 ve türevleri24,25, PF-277138,39, imidazo [1,2-a] piridin iskele türevleri40,41, bileşik-A42,43, syntelin44,45, UA6278446 ve benzo [d] pirolo [2,1-b] tiazol türevleri47 dahil olmak üzere yedi tip CENP-E inhibitörü bulunmuş ve sentezlenmiştir. Bu inhibitörler arasında GSK923295, CENP-E'nin motor alanına bağlanan ve CENP-E mikrotübül ile uyarılan ATPaz aktivitesini 3.2 ila 0.2 nM24,25'lik bir Ki ile inhibe eden allosterik ± etkili bir CENP-E inhibitörüdür. Bununla birlikte, GSK923295'nin kültürlenmiş kanser hücreleri üzerindeki inhibitör etkileri ile karşılaştırıldığında, klinik kanser hastalarında GSK923295 terapötik etkileri ideal değildir48,49, bu da CENP-E için GSK923295 özgüllüğü konusunda endişeleri artırmıştır. Ayrıca, diğer CENP-E inhibitörlerinin CENP-E proteinleri üzerindeki özgüllüğü ve yan etkileri, kanser araştırmalarında kilit konulardır.
Bu çalışmada, CRISPR/Cas9 sistemini kullanarak HeLa hücrelerindeki CENP-E genini tamamen devre dışı bıraktık. CENP-E gen düzenlemesinin tarama verimliliğini ve başarı oranını artırmak için hücre kolonisi taraması, kromozom hizalama fenotipleri ve CENP-E proteinlerinin floresan yoğunlukları dahil olmak üzere optimize edilmiş üç fenotip tabanlı tarama stratejisi oluşturulmuştur. Ayrıca, CENP-E nakavt hücre hatları, CENP-E için aday bileşiklerin özgüllüğünü test etmek için kullanılabilir.
1. CRISPR/Cas9 gen nakavt vektörlerinin oluşturulması
2. CENP-E nakavt HeLa hücrelerinin transfeksiyonu, izolasyonu ve taranması
3. İmmünofloresan boyama ve yüksek çözünürlüklü konfokal mikroskopi
4. Kromozom hazırlama ve karyotip analizi
5. Hücre kolonisi oluşum testi
6. Hücre canlılığı testi
CENP-E-/- HeLa hücreleri, CRISPR/Cas9 sistemi kullanılarak başarıyla üretildi (Şekil 1). Bu yöntemin zaman çizelgesi ve kritik deneysel adımları Şekil 1'de gösterilmektedir. İlk olarak, CENP-E'ye özgü sgRNA'ları tasarladık ve sentezledik, sgRNA'ları tavladık ve pX458 plazmidine bağladık, plazmiti HeLa hücrelerine transfekte ettik ve 48 saat boyunca kültürledik. Transfekte edilen hücreler ayrıştırıldı ve ...
Kinesin-7 CENP-E, hücre bölünmesi 17,19,20 sırasında kromozom hizalamasında ve iğ montaj kontrol noktasında önemli bir düzenleyicidir. CENP-E'nin genetik silinmesi genellikle iğ montaj kontrol noktasının aktivasyonu, hücre döngüsü durması ve hücre ölümü ile sonuçlanır 27,29,51,52.
Yazarların ifşa edecek herhangi bir çıkar çatışması yoktur.
Fujian Tıp Üniversitesi'ndeki Hücre İskeleti Laboratuvarı'nın tüm üyelerine yararlı tartışmalar için teşekkür ederiz. Fujian Tıp Üniversitesi Kamu Teknoloji Hizmet Merkezi'nden Jun-Jin Lin, Zhi-Hong Huang, Ling Lin, Li-Li Pang, Lin-Ying Zhou, Xi Lin ve Min-Xia Wu'ya teknik yardımları için teşekkür ederiz. Fujian Tıp Üniversitesi Temel Tıp Bilimleri Deneysel Öğretim Merkezi'nden Si-Yi Zheng, Ying Lin ve Qi Ke'ye destekleri için teşekkür ederiz. Bu çalışma aşağıdaki hibelerle desteklenmiştir: Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (hibe numarası 82001608 ve 82101678), Fujian Eyaleti Doğa Bilimleri Vakfı, Çin (hibe numarası 2019J05071), Bilim ve Teknoloji İnovasyonu için Ortak Fonlar, Fujian Eyaleti, Çin (hibe numarası 2021Y9160) ve Fujian Tıp Üniversitesi üst düzey yetenekler bilimsel araştırma başlangıç fonu projesi (hibe numarası XRCZX2017025).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.25% Trypsin-EDTA | Gibco | 25200056 | |
1.5 mL centrifuge tube | Axygen | MCT-150-C | |
24-well plate | Corning | 3524 | |
4S Gelred, 10,000x in water | Sangon Biotech (Shanghai) | A616697 | |
50 mL centrifuge tube | Corning | 430828 | |
6 cm Petri dish | Corning | 430166 | |
95% ethanol | Sinopharm Chemical Reagent | 10009164 | |
96-well plate | Corning | 3599 | |
Acetic acid | Sinopharm Chemical Reagent | 10000218 | Dissolve in H2O to prepare a 10% working solution. |
Agarose | Sangon Biotech (Shanghai) | A620014 | |
Alexa Fluor 488-labeled Goat Anti-Mouse IgG(H+L) | Beyotime | A0428 | For immunofluorescence. Dissolve in 1% BSA/PBST. 1:500 dilution. |
Alexa Fluor 488-labeled Goat Anti-Rabbit IgG(H+L) | Beyotime | A0423 | For immunofluorescence. Dissolve in 1% BSA/PBST. 1:500 dilution. |
Alexa Fluor 555-labeled Donkey Anti-Mouse IgG(H+L) | Beyotime | A0460 | For immunofluorescence. Dissolve in 1% BSA/PBST. 1:500 dilution. |
Anhydrous ethanol | Sinopharm Chemical Reagent | 100092690 | |
Anti-BubR1 rabbit monoclonal antibody | Abcam | ab254326 | For immunofluorescence. Dissolve in 1% BSA/PBST. 1:100 dilution |
Anti-CENP-B mouse monoclonal antibody | Santa Cruz Biotechnology | sc-376392 | For immunofluorescence. Dissolve in 1% BSA/PBST. 1:50 dilution. |
Anti-CENP-E rabbit monoclonal antibody | Abcam | ab133583 | For immunofluorescence. Dissolve in 1% BSA/PBST. 1:100 dilution. |
Anti-fade mounting medium | Beyotime | P0131 | Slowing down the quenching of fluorescent signals. |
Anti-α-tubulin mouse monoclonal antibody | Abcam | ab7291 | For immunofluorescence. Dissolve in 1% BSA/PBST. 1:100 dilution. |
Biotek Epoch Microplate Spectrophotometer | Biotek Instruments | Biotek Epoch | |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Sinopharm Chemical Reagent | 69003435 | |
BpiI (BbsI) | Thermo Fisher Scientific | ER1011 | |
CellTiter 96 aqueous one solution cell proliferation assay | Promega | G3580 | |
Centrifuge | Eppendorf | 5424BK745380 | |
Colchicine | Sinopharm Chemical Reagent | 61001563 | |
Confocal scanning microscope | Leica | Leica TCS SP8 | |
Coverslip | CITOTEST | 80344-1220 | |
DAPI | Beyotime | C1006 | |
DH5α competent cells | Sangon Biotech (Shanghai) | B528413 | |
DL2000 DNA marker | TaKaRa | 3427A | |
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Gibco | C11995500BT | |
Endo-free plasmid mini kit ![]() | Omega | D6950 | |
Ezup Column Animal Genomic DNA Purification Kit | Sangon Biotech (Shanghai) | B518251 | |
Fetal bovine serum | Zhejiang Tianhang Biotechnology | 11011-8611 | |
Gentian violet | Sinopharm Chemical Reagent | 71019944 | Dissolve in PBS to prepare 0.1% gentian violet/PBS. |
Giemsa staining solution | Sinopharm Chemical Reagent | 71020260 | |
GraphPad Prism version 8.0 software | GraphPad | www.graphpad.com | Statistical analysis. |
GSK923295 | MedChemExpress | HY-10299 | |
HeLa cell line | ATCC | CCL-2 | |
Humidified incubator | Heal Force | HF90/HF240 | |
Image J software | National Institutes of Health | https://imagej.nih.gov/ij/ | Image processing and analysis. |
Inverted microscope | Nanjing Jiangnan Novel Optics | XD-202 | |
LB agar powder | Sangon Biotech (Shanghai) | A507003 | |
Lipo6000 transfection reagent | Beyotime | C0526 | |
Nikon Ti-S2 microscope | Nikon | Ti-S2 | |
Opti-MEM reduced serum medium | Gibco | 31985070 | |
Paraformaldehyde | Sinopharm Chemical Reagent | 80096618 | Dissolve in PBS to prepare 4% paraformaldehyde/PBS. |
Penicillin-streptomycin solution | HyClone | SV30010 | |
SanPrep column DNA gel extraction kit | Sangon Biotech (Shanghai) | B518131 | |
SanPrep column plasmid mini-preps kit | Sangon Biotech (Shanghai) | B518191 | |
T4 DNA ligase | TaKaRa | 2011A | |
T4 polynucleotide kinase | TaKaRa | 2021A | |
TaKaRa Ex Taq | TaKaRa | RR001A | |
Triton X-100 | Sinopharm Chemical Reagent | 30188928 | Dissolve in PBS to prepare 0.25% Triton X-100/PBS. |
Tween 20 | Sinopharm Chemical Reagent | 30189328 | Dissolve in PBS to prepare 0.1% Tween 20/PBS. |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır