Name: a new toolkit for evaluating gene functions using conditional cas9 stabilization
Uploaded: 2021-09-02T13:00:00
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私たちの研究室の以前のメンバーと科学者のセリフ・セントゥルクに前の研究に感謝します。この原稿を批判的に読んでくださったダニーロ・セゴビアに感謝します。この研究は、スイム・アクロス・アメリカと国立がん研究所がんターゲット発見開発センタープログラムによって可能であり、支援されました。

1.DD-Cas9 ベクトル
<ol><li>Addgene(フィラーシーケンスと金星(EDCPV)、プラスミド90085を有するDD-Cas9ベクターを得る。 注:これは、EFSプロモーターがDD-Cas9転写を駆動している間、単一のガイドRNA(sgRNA)転写を駆動するU6プロモーターを備えたレンチウイルスDD-Cas9プラスミドです。DYKDDDDK配列(フラグタグ)は、Cas9のC末端に存在し、続いてDD-Cas9と修飾蛍光タンパク質Venus(mVenus)を分離する2A自己切断ペ?...

<ol>
	<li>Jinek, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+programmable+dual-RNA-guided+DNA+endonuclease+in+adaptive+bacterial+immunity.">A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity.</a> Science. 337, 816-821 (2012).</li><li>Al-Attar, S., Westra, E. R., van der Oost, J., Brouns, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clustered+regularly+interspaced+short+palindromic+repeats+(CRISPRs):+the+hallmark+of+an+ingenious+antiviral+defense+mechanism+in+prokaryotes.">Clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPRs): the hallmark of an ingenious antiviral defense mechanism in prokaryotes.</a> Biological Chemistry. 392, 277-289 (2011).</li><li>Hsu, P. D., Lander, E. S., Zhang, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+applications+of+CRISPR-Cas9+for+genome+engineering.">Development and applications of CRISPR-Cas9 for genome engineering.</a> Cell. 157, 1262-1278 (2014).</li><li>Mali, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RNA-guided+human+genome+engineering+via+Cas9.">RNA-guided human genome engineering via Cas9.</a> Science. 339, 823-826 (2013).</li><li>Barrangou, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+CRISPR-Cas9+genome+engineering:+lessons+learned+from+RNA+interference.">Advances in CRISPR-Cas9 genome engineering: lessons learned from RNA interference.</a> Nucleic Acids Research. 43, 3407-3419 (2015).</li><li>Zhang, J., Chen, L., Zhang, J., Wang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drug+Inducible+CRISPR/Cas+Systems.">Drug Inducible CRISPR/Cas Systems.</a> Computational and Structural Biotechnology Journal. , (2019).</li><li>Wade, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Throughput+Silencing+Using+the+CRISPR-Cas9+System:+A+Review+of+the+Benefits+and+Challenges.">High-Throughput Silencing Using the CRISPR-Cas9 System: A Review of the Benefits and Challenges.</a> Journal of Biomolecular Screening. 20, 1027-1039 (2015).</li><li>Egeler, E. L., Urner, L. M., Rakhit, R., Liu, C. W., Wandless, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ligand-switchable+substrates+for+a+ubiquitin-proteasome+system.">Ligand-switchable substrates for a ubiquitin-proteasome system.</a> Journal of Biological Chemistry. 286, 31328-31336 (2011).</li><li>Cao, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+easy+and+efficient+inducible+CRISPR/Cas9+platform+with+improved+specificity+for+multiple+gene+targeting.">An easy and efficient inducible CRISPR/Cas9 platform with improved specificity for multiple gene targeting.</a> Nucleic Acids Research. 44, 149 (2016).</li><li>Oakes, B. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Profiling+of+engineering+hotspots+identifies+an+allosteric+CRISPR-Cas9+switch.">Profiling of engineering hotspots identifies an allosteric CRISPR-Cas9 switch.</a> Nature Biotechnology. 34, 646-651 (2016).</li><li>Kamiyama, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Versatile+protein+tagging+in+cells+with+split+fluorescent+protein.">Versatile protein tagging in cells with split fluorescent protein.</a> Nature Communications. 7, 11046 (2016).</li><li>Roper, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+genome+editing+and+organoid+transplantation+models+of+colorectal+cancer+and+metastasis.">In vivo genome editing and organoid transplantation models of colorectal cancer and metastasis.</a> Nature Biotechnology. 35, 569 (2017).</li><li>Chu, B. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+progress+with+FKBP-derived+destabilizing+domains.">Recent progress with FKBP-derived destabilizing domains.</a> Bioorganic &amp; Medicinal Chemistry Letters. 18 (22), 5941-5944 (2008).</li><li>Banaszynski, L. A., Sellmyer, M. A., Contag, C. H., Wandless, T. J., Thorne, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+control+of+protein+stability+and+function+in+living+mice.">Chemical control of protein stability and function in living mice.</a> Nature Medicine. 14, 1123-1127 (2008).</li><li>Banaszynski, L. A., Chen, L. C., Maynard-Smith, L. A., Ooi, A. G., Wandless, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+rapid,+reversible,+and+tunable+method+to+regulate+protein+function+in+living+cells+using+synthetic+small+molecules.">A rapid, reversible, and tunable method to regulate protein function in living cells using synthetic small molecules.</a> Cell. 126, 995-1004 (2006).</li><li>Sentmanat, M. F., Peters, S. T., Florian, C. P., Connelly, J. P., Pruett-Miller, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Survey+of+Validation+Strategies+for+CRISPR-Cas9+Editing.">A Survey of Validation Strategies for CRISPR-Cas9 Editing.</a> Scientific Reports. 8, 888 (2018).</li><li>Hua, Y., Wang, C., Huang, J., Wang, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+and+efficient+method+for+CRISPR/Cas9-induced+mutant+screening.">A simple and efficient method for CRISPR/Cas9-induced mutant screening.</a> Journal of Genetics and Genomics. 44 (4), 207-213 (2017).</li><li>Guschin, D. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+rapid+and+general+assay+for+monitoring+endogenous+gene+modification.">A rapid and general assay for monitoring endogenous gene modification.</a> Methods in Molecular Biology. 649, 247-256 (2010).</li><li>Senturk, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+and+tunable+method+to+temporally+control+gene+editing+based+on+conditional+Cas9+stabilization.">Rapid and tunable method to temporally control gene editing based on conditional Cas9 stabilization.</a> Nature Communications. 8, 14370 (2017).</li><li>McJunkin, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversible+suppression+of+an+essential+gene+in+adult+mice+using+transgenic+RNA+interference.">Reversible suppression of an essential gene in adult mice using transgenic RNA interference.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 108, 7113 (2011).</li><li>Davis, K. M., Pattanayak, V., Thompson, D. B., Zuris, J. A., Liu, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small+molecule-triggered+Cas9+protein+with+improved+genome-editing+specificity.">Small molecule-triggered Cas9 protein with improved genome-editing specificity.</a> Nature Chemical Biology. 11, 316-318 (2015).</li><li>Dow, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inducible+in+vivo+genome+editing+with+CRISPR-Cas9.">Inducible in vivo genome editing with CRISPR-Cas9.</a> Nature Biotechnology. 33, 390-394 (2015).</li><li>Wright, A. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rational+design+of+a+split-Cas9+enzyme+complex.">Rational design of a split-Cas9 enzyme complex.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112, 2984-2989 (2015).</li><li>Albrecht, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+Lentiviral+Packaging+Mixes+and+Producer+Cell+Lines+for+RNAi+Applications.">Comparison of Lentiviral Packaging Mixes and Producer Cell Lines for RNAi Applications.</a> Molecular Biotechnology. 57, 499-505 (2015).</li><li>Froschauer, A., Kube, L., Kegler, A., Rieger, C., Gutzeit, H. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tunable+Protein+Stabilization+In+Vivo+Mediated+by+Shield-1+in+Transgenic+Medaka.">Tunable Protein Stabilization In Vivo Mediated by Shield-1 in Transgenic Medaka.</a> PLOS One. , (2015).</li><li>Sellmyer, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intracellular+context+affects+levels+of+a+chemically+dependent+destabilizing+domain.">Intracellular context affects levels of a chemically dependent destabilizing domain.</a> PLOS One. 7 (9), 43297 (2012).</li><li>Iwamoto, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+general+chemical+method+to+regulate+protein+stability+in+the+mammalian+central+nervous+system.">A general chemical method to regulate protein stability in the mammalian central nervous system.</a> Chemistry &amp; Biology. 17 (9), 981-988 (2010).</li><li>Tai, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Destabilizing+domains+mediate+reversible+transgene+expression+in+the+brain.">Destabilizing domains mediate reversible transgene expression in the brain.</a> PLOS One. 7 (9), 46269 (2012).</li><li>Auffenberg, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Remote+and+reversible+inhibition+of+neurons+and+circuits+by+small+molecule+induced+potassium+channel+stabilization.">Remote and reversible inhibition of neurons and circuits by small molecule induced potassium channel stabilization.</a> Scientific Reports. 6, 19293 (2016).</li></ol>

CRISPR/Cas9技術は、機能的にゲノム2を尋問する能力に革命を起こしました。しかし、遺伝子の不活性化は、しばしば細胞の致死性、機能的欠陥、および発生欠陥をもたらし、遺伝子機能を研究するためのそのようなアプローチの有用性を制限する7。さらに、Cas9の構成的な表現は、毒性およびオフターゲット効果6の生成をもたらす可能性が?...

CRISPR-Cas9は、定期的に間隔をあけられた短いパリンドローム反復関連タンパク質9"を表すCRISPR-Cas9は、細菌適応免疫1,2に関する研究の一環として初めて発見された。今日、CRISPR/Cas9はプログラム可能な遺伝子編集のための最も認識されたツールとなっており、システムの異なる反復は、転写およびエピジェネティックな変調を可能にするために開発されています3.この技術は、DNA4のほぼすべての配列の非常に正確な遺伝子操作を可能にする。
CRISPR遺伝子編集の必須コンポーネントは、カスタマイズ可能なガイドRNA配列とCas9ヌクレアーゼ5です。RNAガイドはDNA中の標的相補配列に結合し、Cas9ヌクレアーゼをゲノム3,4の特定の時点で二本鎖破断を行うように指示する。得られた切断部位は、次いで非相同性エンド結合(NHEJ)または相同性指向修復(HDR)によって修復され、その結果、標的DNA配列5に変化が導入された。
CRISPR/Cas9ベースの遺伝子編集は使いやすく、以前の遺伝子編集技術に比べて比較的安価であり、システム2、4、5の多重度において効率的かつ堅牢であることが証明されている。しかし、システムはいくつかの制限を提示します。Cas9の構成的な表現は、しばしばオフターゲットの増加数と高い細胞毒性4、6、7、8をもたらすことが示されている。さらに、Cas9による必須および細胞生存遺伝子の構成的標的化は、細胞死の運動学的研究のような特定のタイプの機能研究を行う能力を奪う7。
これらの問題に対処するために、Tet-ON や Tet-OFF9など、さまざまな誘導可能なまたは条件付きで制御された CRISPR-Cas9 ツールが開発されています。部位特異的組換え10;化学的に誘発された近接性11;インテイン依存スプライシング3;4-ヒドロキシタモキシフェンエストロゲン受容体(ER)ベース核局在化システム12.一般に、これらの手順の大部分(インテインスプライシングおよび化学的に誘発された近接分割システム)は、可逆的な制御を提供せず、薬物治療に対する非常に遅い運動応答(Tet-On/Offシステム)を提示するか、またはハイスループット操作6に適していない。
これらの制限に対処するために、我々は、高速かつ堅牢な時間制御遺伝子編集を提供するだけでなく、高スループット遺伝子操作にトレーサビリティ、タンナビリティ、無時性を保証する新しいツールキットを開発しました。この新しい技術は、細胞株、オルガノイド、および動物モデルに使用することができます。私たちのシステムは、Cas9に融合すると、その急速な劣化を誘発する、工学的ドメインに基づいています。しかし、非常に選択的で非毒性の細胞透過性の低分子で急速に安定化することができます。より具体的には、ヒトFKBP12変異体「不安定化ドメイン」(DD)をCas9に設計し、哺乳動物細胞13で発現したユビキチン・プロテアソーム系を介して迅速かつ構成的な分解を行うためにCas9をマーキングした。DD合成リガンドは、Shield-1がDD立体構造を安定化させることができ、非常に効率的な方法でDD(Cas9など)に融合したタンパク質の分解を防ぎ、かつ速い運動応答14,15を有する。注目に、Shield-1は、その野生型の対応する14よりも突然変異FKBP12に3桁の重さで結合します。
DD-Cas9/Shield-1ペアは、ミトコンドリアの代謝に重要な役割を果たすCypD遺伝子を条件付きで標的化することによって、培養細胞および動物モデルにおける必須遺伝子の体系的同定と特徴付けを研究するために使用することができます。EGFR、発癌性転換の主要プレーヤー;そしてTp53、DNA損傷応答の中心遺伝子。一時的および条件付きの遺伝子編集に加えて、この方法のもう一つの利点は、DD-Cas9の安定化がその転写に依存しない点である。この機能は、同じプロモーターの下で、エストロゲン受容体依存リコンビナーゼ、CREERなどのリコンビナーゼと同様に追跡可能なマーカーの共発現を可能にする。本研究では、DNA複製遺伝子、RPA3などの条件付きで標的化するために、インビトロで我々の方法をうまく使用する方法を示す。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>100mM DTT</td>
			<td>Thermosfisher</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10X FastDigest buffer</td>
			<td>Thermosfisher</td>
			<td>B64</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10X T4 Ligation Buffer</td>
			<td>NEB</td>
			<td>M0202S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>colorimetric BCA kit</td>
			<td>Pierce</td>
			<td>23225</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM, high glucose, glutaMax</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>10566024</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FastAP</td>
			<td>Thermosfisher</td>
			<td>EF0654</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FastDigest BsmBI</td>
			<td>Thermosfisher</td>
			<td>FD0454</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flag [M2] mouse mAb</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>F1804-50UG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Genomic DNA extraction kit</td>
			<td>Macherey Nagel</td>
			<td>740952.1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>lipofectamine 2000</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>11668019</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phusion High-Fidelity DNA Polymerase</td>
			<td>NEB</td>
			<td>M0530S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>oligonucleotides</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pMD2.G</td>
			<td>Addgene</td>
			<td>12259</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>polybrene</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>TR-1003-G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>psPAX2</td>
			<td>Addgene</td>
			<td>12260</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>QIAquick PCR &#38; Gel Cleanup Kit</td>
			<td>Qiagen</td>
			<td>28506</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>secondary antibodies</td>
			<td>LICOR</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shield-1</td>
			<td>Cheminpharma</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stbl3 competent bacterial cells</td>
			<td>Thermofisher</td>
			<td>C737303</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SURVEYOR Mutation Detection Kit</td>
			<td>Transgenomic/IDT</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T4 PNK</td>
			<td>NEB</td>
			<td>M0201S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Taq DNA Polymerase</td>
			<td>NEB</td>
			<td>M0273S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#945;-tubulin [DM1A] mouse mAb</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>CP06-100UG</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a new toolkit for evaluating gene functions using conditional cas9 stabilization

クラスター化された定期的に間隔を合わせた短いパリンドローム反復(CRISPR-)関連タンパク質9(CRISPR/Cas9)技術は、ゲノムに正確で標的化された改変を導入するための一般的な実験室ツールとなっています。その巨大な人気と急速な普及は、その前任者に比べてその使いやすさと精度に起因しています。しかし、システムの構成的な活性化は限られた用途を有する。本論文ではCas9タンパク質の条件安定化に基づくCRISPR/Cas9活性の時間的制御を可能にする新しい方法について述べた。ラパマイシン結合タンパク質FKBP12の操作された変異体をCas9(DD-Cas9)に融合させることで、FKBP12合成リガンド(Shield-1)の存在により安定させることができるCas9の急速な分解が可能になります。他の誘導可能な方法とは異なり、このシステムは、第2の遺伝子の条件付き調節なしに、関心のある別の遺伝子とDD-Cas9を共発現させるバイシストロニック系を生成するように容易に適応することができる。この方法は、追跡可能なシステムの生成だけでなく、Cas9ヌクレアーゼによって標的とされる対立遺伝子の平行、独立した操作を可能にする。この方法のプラットフォームは、必須遺伝子の系統的同定と特徴付け、およびin vitroおよびin vivo設定における遺伝子の機能的相互作用の尋問に使用することができる。

Cas9の条件式を可能にするため、SgRNAを構成的に発現させるU6駆動プロモーターと、DD-Cas9融合タンパク質の発現を駆動するEF-1αコアプロモーターからなる二重レンチウイルスベクター構築物を開発した(図1A)19。システムの堅牢性と効率を説明するパラダイムとして、レンチウイルス構築物を用いた肺癌腫A549細胞株を導入した。リ...

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A New Toolkit for Evaluating Gene Functions using Conditional Cas9 Stabilization

ここでは、低分子Shield-1の下で定期的に間隔を合わせた短いパリンドローム反復(CRISPR-)関連タンパク質9(Cas9)の時間的および条件付き安定化に基づくゲノム編集ツールについて説明する。この方法は、培養細胞および動物モデルに使用することができる。

条件Cas9安定化を用いた遺伝子機能評価のための新しいツールキット

The clustered regularly interspaced short palindromic repeat- (CRISPR-) associated protein 9 (CRISPR/Cas9) technology has become a prevalent laboratory ...

この方法は、高速な温度制御CRISPR-Cas9遺伝子編集を低分子Shield-1の下で提供します。また、Cas9の構成的活性化と比較すると、オフターゲット効果が少なく、細胞毒性が低く、また内部で制御された遺伝子編集も高くなります。この粒子の主な利点は、腫瘍生存遺伝子と同様に、必須遺伝子の特性評価に使用できることである。DD-Cas9の不安定化は、その発現とは無関係であり、これにより、同じプロモーターの下で関心のある遺伝子を共発現させることができます。この方法は、インビボおよびインビトロ研究に容易に適用することができる。Shield-1はまた、血液脳関門を貫通することができ、脳の発達に関与する遺伝子を研究することも容易になります。10%濾過されたFBSで10ミリリットルのグルコースDMEMを使用することにより、10センチメートル組織培養プレートあたり1〜200万個の密度で健康なHEK293T細胞を均等に播種します。20時間の間、5%の二酸化炭素と37°Cで組織培養インキュベーター内の細胞をインキュベートします。翌日、明視野顕微鏡で細胞が70%の合流率に達し、プレート全体に均等に分散していることを確認します。トランスフェクションの1時間前に、最終体積10ミリリットルでメディアを交換してください。500マイクロリットルの温かい媒体との2つの管を準備する。25マイクロリットルのトランスフェクション試薬をチューブ1に加え、室温で5分間インキュベートします。他のチューブに、プラスミドの混合物を加える。チューブ1をチューブ2と混合してトランスフェクション混合物を形成し、室温で20分間インキュベートする。トランスフェクション混合物をHEK293T細胞に滴下して加え、組織培養インキュベーターにプレートをインキュベートします。18時間後、培地を10%FBSで10ミリリットルの新鮮なDMEMに慎重に交換し、トランスフェクション試薬を除去します。次の48時間細胞をインキュベートします。48時間後、上清を10ミリリットルのシリンジで回収し、0.45マイクロメートルフィルターを通過します。アリコートウイルス上清とマイナス80°Cでそれを保存します。ウイルスのチターを決定するために、2つの6ウェルプレートに井戸あたり500万HEK293T細胞を播種する。両方のプレートを摂氏37度、二酸化炭素5%を一晩でインキュベートし、50~60%のコンフルエンシーに達します。翌日、6ウェルプレートのうちの1つを使用して、6つの井戸の細胞を数えます。シリアル希釈を行い、ポリブレン試薬のミリリットル当たり8マイクログラムを追加するために使用されるウイルスアリコートを解凍し、ウイルスの連続希釈のために10%FBSでDMEMを調製し、ポリブレン試薬を追加します。培地を含むポリブレンで0.1から0.0001までのレンチウイルスの10倍の連続希釈液の2ミリリットルを調製する。6ウェルプレートから培地を取り除き、1ミリリットルのウイルス希釈液を井戸に加え、メディアだけでネガティブコントロール、100%ウイルスを持つ井戸を1つ残します。細胞を24時間インキュベートする。翌日、6ウェルプレートからウイルスに感染した培地を取り除き、10%FBSの新鮮なDMEMを2ミリリットルに変更します。細胞を48~72時間インキュベートし、毎日蛍光顕微鏡でGFPを観察します。48~72時間後、セルを取り外し、最大バッファに再中断します。フローサイトメーターを使用してGFP発現の割合を決定し、テキスト原稿に記載された式を使用してウイルス力計を計算します。目的の細胞株を10センチメートルプレートにプレートし、50〜60%の合流に達するために一晩インキュベートし、10ミリリットルの培養培地中のウイルス粒子の500〜2,000マイクロリットルで細胞に感染する。ウイルス培地を24時間インキュベートする。翌日、ウイルス培地を培地に変更し、フローサイトメトリーを用いてGFP陽性細胞の割合を決定する。BD FACSAria II を使用してセルの並べ替えに GFP 陽性セルを選択します。正のセルを展開し、ストックを固定します。陽性に選択された細胞と未透過細胞を、感染後24時間、12ウェルプレートに別々にプレートします。細胞が200ナノモルシールド-1を含む細胞培養培地にメディアを取り付けて変更するまで待ちます。プレート内のメディアをトランスデューセおよび未透過細胞に置き換え、プレートごとに2つのウェルを通常のメディアを陰性対照として残します。Shield-1をウェルに加えた後、ゼロ、2、6、12、24、48、72時間後に各ウェルからタンパク質をインキュベートして抽出します。その後、シールド-1でメディアを残りのウェルから取り外し、通常のセルメディアに変更します。培地交換後2時間、6時間、12時間でそれらの井戸からタンパク質を収集します。Cas9タンパク質の誘導は、Shield-1の有無にかかわらず、トランスデューシングされた細胞と車両の間で発現レベルが類似することによって確認された。Shield-1による処置の2時間後に、トランスデューシングされたA549細胞株にCas9発現の十分な誘導があり、これはShield−1の離脱後6〜12時間以内に無視できる。Shield-1処理されたA549細胞は、枯渇したRPA3タンパク質に対する抗体を用いて免疫ブロット法によって検証されたリネラサンプルに影響を与えることなく、48時間後に数減少した。遺伝子編集反転またはインデル変異は、測量ナククレアーゼアッセイを用いて確認した。設計されたレンチウイルスベクター構築物は、同一EF-1aプロモーターの下で関心のある別の遺伝子を有する二味体系であった。修飾された蛍光タンパク質P2Aを、微量の感染細胞に添加した。mVenusタンパク質の発現は、DD-Cas9発現およびShield-1治療とは無関係に、車両およびA549導入細胞で観察された。DD-Cas9ベクターを用いた細胞株の効率的な伝達は、レート制限ステップの1つであり、健康なHEK293T細胞を有し、その低い通過数を使用することが重要である。DD-Cas9プラスミド、包装プラスミド、およびエンベローププラスミドの比率の最適化は、最適なトランスフェクションにとって非常に重要です。しかし、それ以外にも、DD-Cas9標的細胞を安定化させるために必要なShield-1の量は、注意する必要があるものです。Creプラスミドを備えたDD-Cas9も利用可能であり、Cre-loxシステムに基づくインビボ研究における遺伝的相互作用の研究に使用できます。

Research

JoVE Journal

Genetics

QTL Mapping and CRISPR/Cas9 Editing to Identify a Drug Resistance Gene in Toxoplasma gondii

QTL Mapping and CRISPR/Cas9 Editing to Identify a Drug Resistance Gene in Toxoplasma gondii

QTLマッピングとCRISPR / Cas9編集による薬剤耐性遺伝子同定<em&gt; Toxoplasma gondii</em

Scientific knowledge is intrinsically linked to available technologies and methods. This article will present two methods that allowed for the ...

遺伝学

A Standard Methodology to Examine On-site Mutagenicity As a Function of Point Mutation Repair Catalyzed by CRISPR/Cas9 and SsODN in Human Cells

点突然変異修復 CRISPR/Cas9 とひと細胞での SsODN によって触媒の機能として敷地内変異原性を調べるための標準方法論

Combinatorial gene editing using CRISPR/Cas9 and single-stranded oligonucleotides is an effective strategy for the correction of single-base point ...

Microinjection of CRISPR/Cas9 Protein into Channel Catfish, Ictalurus punctatus, Embryos for Gene Editing

Microinjection of CRISPR/Cas9 Protein into Channel Catfish, Ictalurus punctatus, Embryos for Gene Editing

遺伝子編集アメリカナマズ、 Ictalurus イシガキダイ胚に CRISPR/Cas9 蛋白質のマイクロインジェクション

The complete genome of the channel catfish, Ictalurus punctatus, has been sequenced, leading to greater opportunities for studying channel catfish gene ...

A Protocol for the Production of Integrase-deficient Lentiviral Vectors for CRISPR/Cas9-mediated Gene Knockout in Dividing Cells

細胞分裂に CRISPR/Cas9 を介した遺伝子ノックアウトのインテグラーゼ欠損レンチウイルスベクターの生産のためのプロトコル

Lentiviral vectors are an ideal choice for delivering gene-editing components to cells due to their capacity for stably transducing a broad range of cells ...

Efficient Production and Identification of CRISPR/Cas9-generated Gene Knockouts in the Model System Danio rerio

Efficient Production and Identification of CRISPR/Cas9-generated Gene Knockouts in the Model System Danio rerio

効率的な生産とモデル システムの動脈分布に CRISPR 識別/Cas9 生成遺伝子のノックアウト

Characterization of the clustered, regularly interspaced, short, palindromic repeat (CRISPR) system of Streptococcus pyogenes has enabled the development ...

Highly Efficient Gene Disruption of Murine and Human Hematopoietic Progenitor Cells by CRISPR/Cas9

CRISPR/Cas9 によるマウスおよび人間の造血前駆細胞の高効率遺伝子破壊

Advances in the hematopoietic stem cell (HSCs) field have been aided by methods to genetically engineer primary progenitor cells as well as animal models. ...

Using Mouse Oocytes to Assess Human Gene Function During Meiosis I

マウス卵母細胞を減数分裂の間に人間の遺伝子の機能を評価するために使用私

Embryonic aneuploidy is the major genetic cause of infertility in humans. Most of these events originate during female meiosis, and albeit positively ...

A Rapid and Facile Pipeline for Generating Genomic Point Mutants in C. elegans Using CRISPR/Cas9 Ribonucleoproteins

A Rapid and Facile Pipeline for Generating Genomic Point Mutants in C. elegans Using CRISPR/Cas9 Ribonucleoproteins

迅速かつ安易なパイプラインを生成する突然変異点ゲノムにc. の elegansを用いた CRISPR/Cas9 Ribonucleoproteins

The clustered regularly interspersed palindromic repeats (CRISPR)-CRISPR-associated protein 9 (Cas9) prokaryotic adaptive immune defense system has been ...

CRISPR/Cas9 Gene Editing to Make Conditional Mutants of Human Malaria Parasite P. falciparum

CRISPR/Cas9 Gene Editing to Make Conditional Mutants of Human Malaria Parasite P. falciparum

作る条件付き変異体の人間のマラリア原虫マラリアに CRISPR/Cas9 遺伝子の編集

Malaria is a significant cause of morbidity and mortality worldwide. This disease, which primarily affects those living in tropical and subtropical ...