Name: screening sperm for the rapid isolation of germline edits in zebrafish
Uploaded: 2023-02-10T12:10:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Screening Sperm for the Rapid Isolation of Germline Edits in Zebrafish at JoVE.com

ברצוננו להודות לאנה הינדס מבית הספר לרפואה של אוניברסיטת וושינגטון על מאמציה הראשוניים להשיג DNA גנומי זרע באיכות טובה בשיטת הזריקה החמה. עבודה זו מומנה על ידי המכון הלאומי לדלקת פרקים ומחלות שרירים ושלד ועור של המכונים הלאומיים לבריאות תחת פרס (R01AR072009 ל- R.S.G).

מחקר זה בוצע בהתאם להנחיות במדריך לטיפול ושימוש בחיות מעבדה של המכונים הלאומיים לבריאות. הפרוטוקול אושר על ידי אוניברסיטת טקסס בוועדה לטיפול ושימוש בבעלי חיים באוסטין (AUP-2021-00254).
1. תכנון sgRNA עבור מוטגנזה של קריספר
<ol><li>השג את רצף האקסון המכיל את loci היעד.</li>
	<li>תכנן ר...

<ol>
	<li>Auer, T. O., Duroure, K., De Cian, A., Concordet, J. P., Del Bene, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+efficient+CRISPR/Cas9-mediated+knock-in+in+zebrafish+by+homology-independent+DNA+repair.">Highly efficient CRISPR/Cas9-mediated knock-in in zebrafish by homology-independent DNA repair.</a> Genome Research. 24 (1), 142-153 (2014).</li><li>Hwang, W. 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=Efficient+genome+editing+in+zebrafish+using+a+CRISPR-Cas+system.">Efficient genome editing in zebrafish using a CRISPR-Cas system.</a> Nature Biotechnology. 31 (3), 227-229 (2013).</li><li>Jao, L. E., Wente, S. R., Chen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+multiplex+biallelic+zebrafish+genome+editing+using+a+CRISPR+nuclease+system.">Efficient multiplex biallelic zebrafish genome editing using a CRISPR nuclease system.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (34), 13904-13909 (2013).</li><li>Troutwine, B. 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=The+Reissner+fiber+is+highly+dynamic+in+vivo+and+controls+morphogenesis+of+the+spine.">The Reissner fiber is highly dynamic in vivo and controls morphogenesis of the spine.</a> Current Biology. 30 (12), 2353-2362 (2020).</li><li>Xu, Y., Li, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CRISPR-Cas+systems:+Overview,+innovations+and+applications+in+human+disease+research+and+gene+therapy.">CRISPR-Cas systems: Overview, innovations and applications in human disease research and gene therapy.</a> Computational and Structural Biotechnology Journal. 18, 2401-2415 (2020).</li><li>Creaser, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+technic+of+handling+the+zebrafish+(Brachydanio+rerio)+for+the+production+of+eggs+which+are+favorable+for+embryological+research+and+are+available+at+any+specified+time+throughout+the+year.">The technic of handling the zebrafish (Brachydanio rerio) for the production of eggs which are favorable for embryological research and are available at any specified time throughout the year.</a> Copeia. 1930 (4), 159-161 (1934).</li><li>Carmichael, C., Westerfiel, M., Varga, Z. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cryopreservatin+and+in+vitro+fertilization+at+the+zebrafish+international+resource+center.">Cryopreservatin and in vitro fertilization at the zebrafish international resource center.</a> Methods in Molecular Biology. 546, 45-65 (2009).</li><li>Wang, Y., Troutwine, B. R., Zhang, H., Gray, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+axonemal+dynein+heavy+chain+10+gene+is+essential+for+monocilia+motility+and+spine+alignment+in+zebrafish.">The axonemal dynein heavy chain 10 gene is essential for monocilia motility and spine alignment in zebrafish.</a> Developmental Biology. 482, 82-90 (2021).</li><li>Gray, R. 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=Postembryonic+screen+for+mutations+affecting+spine+development+in+zebrafish.">Postembryonic screen for mutations affecting spine development in zebrafish.</a> Developmental Biology. 471, 18-33 (2021).</li><li>Brocal, I., 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=Efficient+identification+of+CRISPR/Cas9-induced+insertions/deletions+by+direct+germline+screening+in+zebrafish.">Efficient identification of CRISPR/Cas9-induced insertions/deletions by direct germline screening in zebrafish.</a> BMC Genomics. 17, 259 (2016).</li><li>Davis, M. W., Jorgensen, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ApE,+A+Plasmid+Editor:+A+freely+available+DNA+manipulation+and+visualization+program.">ApE, A Plasmid Editor: A freely available DNA manipulation and visualization program.</a> Frontiers in Bioinformatics. 2, 816619 (2022).</li><li>Labun, 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=CHOPCHOP+v3:+Expanding+the+CRISPR+web+toolbox+beyond+genome+editing.">CHOPCHOP v3: Expanding the CRISPR web toolbox beyond genome editing.</a> Nucleic Acids Research. 47, 171-174 (2019).</li><li>Hill, J. T., 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=Poly+Peak+Parser:+Method+and+software+for+identification+of+unknown+indels+using+sanger+sequencing+of+polymerase+chain+reaction+products.">Poly Peak Parser: Method and software for identification of unknown indels using sanger sequencing of polymerase chain reaction products.</a> Developmental Dynamics. 243 (12), 1632-1636 (2014).</li><li>Varshney, G. 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=High-throughput+gene+targeting+and+phenotyping+in+zebrafish+using+CRISPR/Cas9.">High-throughput gene targeting and phenotyping in zebrafish using CRISPR/Cas9.</a> Genome Research. 25 (7), 1030-1042 (2015).</li><li>Liu, Q., 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=Hi-TOM:+A+platform+for+high-throughput+tracking+of+mutations+induced+by+CRISPR/Cas+systems.">Hi-TOM: A platform for high-throughput tracking of mutations induced by CRISPR/Cas systems.</a> Science China. Life Sciences. 62 (1), 1-7 (2019).</li><li>Sorlien, E. L., Witucki, M. A., Ogas, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.</a> Journal of Visualized Experiments. (138), e56969 (2018).</li><li>Draper, B. W., Moens, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+high-throughput+method+for+zebrafish+sperm+cryopreservation+and+in+vitro+fertilization.">A high-throughput method for zebrafish sperm cryopreservation and in vitro fertilization.</a> Journal of Visualized Experiments. (29), e1395 (2009).</li><li>Parant, J. M., George, S. A., Pryor, R., Wittwer, C. T., Yost, H. 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+and+efficient+method+of+genotyping+zebrafish+mutants.">A rapid and efficient method of genotyping zebrafish mutants.</a> Developmental Dynamics. 238 (12), 3168-3174 (2009).</li></ol>

פרוטוקול זה מתאר שיטה לאפיון מהיר של עריכות גנום משוערות או מוטציות ממוקדות באמצעות טכנולוגיית CRISPR-Cas על ידי ניתוח ממוקד של גנומי זרע זכריים F0. פרוטוקול זה צריך להיות מקובל על מודלים אחרים של בעלי חיים שבהם הזרע זמין לדגימה ללא המתת חסד. שיטה זו תגדיל את תפוקת הסינון לעריכות רצויות והיא שימ...

מערכת CRISPR (Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeats)/Cas היא כלי רב עוצמה לביצוע מוטגנזה ספציפית ללוקי ועריכת גנום מדויקת במערכת מודל Danio rerio (דג זברה) 1,2,3,4. Cas-ribonucleoprotein (RNP) מורכב משני מרכיבים עיקריים: Cas endonuclease (בדרך כלל Cas9 או Cas12a) ו- RNA מדריך סינתטי ספציפי ללוקוס (sgRNA)5. יחד, Cas-RNP יוצר שבר דו-גדילי (DSB) במיקום הרצוי שניתן לתקן על ידי אחד משני מנגנוני תיקון פנימיים. מנגנון התיקון הלא הומולוגי של הצטרפות הקצה (NHEJ) מועד לשגיאות ולעתים קרובות גורם למגוון של הוספות או מחיקות (indels) סביב DSB. אינדלים אלה יכולים להיות מזיקים אם הם מציגים מוטציה frameshift או עצירה מוקדמת ברצף החלבונים המתקבל. לחלופין, מנגנון התיקון מונחה הומולוגיה (HDR) משתמש בתבנית תורם עם אזורי הומולוגיה המקיפים את אתר DSB כדי לתקן את הנזק. חוקרים יכולים לנצל את מערכת HDR כדי ליצור עריכות גנומיות מדויקות. באופן ספציפי, הם יכולים להזריק במשותף מבנה תורם DNA דו-גדילי המכיל את העריכות הרצויות, כמו גם אזורים של הומולוגיה הצמודים לאתר DSB בגנום. הגידול בכלכלת הגודל של רכיבי CRISPR המיוצרים באופן מסחרי צמצם מאוד את המחסומים לסינון אתרים מרובים ולהקמת מאמצים בקנה מידה גדול יותר לעריכה מדויקת של הגנום. עם זאת, במודלים של בעלי חיים המתרבים מינית, צוואר בקבוק עיקרי הוא זיהוי ובידוד של בעלי חיים מוטנטיים יציבי נבט.
מערכת מודל דגי הזברה מציגה מספר תכונות מפתח המשפרות את השימוש בה במחקרים גנטיים הפוכים. קל לגדל אותם במספרים גדולים עם ציוד דיור ימי בסיסי, והנקבות מפגינות פריון גבוה כל השנה6. יתר על כן, הטלת הביצים וההפריה החיצונית שלהם הופכות אותם למקובלים למיקרו-הזרקה של רכיבי CRISPR/Cas. ה- Cas-RNP מוזרק בדרך כלל לעוברים של דגי זברה בשלב חד תאי כדי ליצור DSBs/תיקון שהוא, בתיאוריה, בירושה על ידי כל תאי הבת. עם זאת, גנומים דיפלואידים דורשים שני אירועי DSB/תיקון כדי לבצע מוטגניזציה של שני הכרומוזומים ההומולוגיים. יתר על כן, למרות ש- Cas-RNP מוזרק בשלב התא האחד, ה- DSB/תיקון עשוי להתרחש רק בנקודות מאוחרות יותר בהתפתחות. יחד, גורמים אלה תורמים לאופי הפסיפס של דגים המוזרקים F0. נוהג נפוץ הוא לחצות דגים המוזרקים F0 ולסנן את צאצאי F1 עבור indels / עריכות ספציפיות. עם זאת, מכיוון שלא לכל הדגים המוזרקים F0 יש מוטציות בקו הנבט, נוהג זה גורם להצלבות לא פרודוקטיביות רבות שאינן מייצרות את העריכה הרצויה. סינון הרקמה הסומטית F0 במקום F1 מגדיל את ההסתברות לבידוד מערך הנבט הרצוי ומקטין את מספר בעלי החיים הדרושים בתהליך זה.
ניתן לאסוף זרע בקלות מדגי זברה המוזרקים F0 ללא צורך בהמתת חסד. תכונה זו מאפשרת שימור בהקפאה וגזירה מחדש של מלאי זרע קפוא7 אך ניתן גם לנצל אותה כדי לסנן, לזהות ולבודד במהירות את נשאי הנבט של מוטציות גנומיות רצויות 8,9. Brocal et al. (2016) תיארו בעבר שיטה מבוססת ריצוף לסינון עריכות קו הנבט בדגי זברה זכרים בהזרקת F010. למרות שהיא שימושית לזיהוי האללים המוטנטים הנמצאים בקו הנבט, גישה זו עלולה להיות יקרה בתפוקה גבוהה וייתכן שלא תהיה נגישה לכל המעבדות. לעומת זאת, הפרוטוקול הנוכחי מציע אסטרטגיה נגישה וחסכונית מבוססת אלקטרופורזה לזיהוי עריכות קו הנבט. באופן ספציפי, פרוטוקול זה מתאר שיטה חזקה לסינון ובידוד מוטציות של קו הנבט באתרים ספציפיים באמצעות אלקטרופורזה של ג'ל אגרוז ברזולוציה גבוהה. בנוסף, פרוטוקול זה מתאר אסטרטגיה דומה לזיהוי שילוב מוצלח של מבנה תורם המכיל עריכות ספציפיות. כמו תמיד, אם יש צורך בעריכות ספציפיות, ניתן לבצע אסטרטגיות מבוססות רצף במקביל לפרוטוקול המתואר להלן. למרות שפרוטוקול זה הוא ספציפי למערכת מודל דגי הזברה, עקרונות אלה צריכים להיות ניתנים להתאמה לכל מודל שבו איסוף הזרע הוא הליך שגרתי. יחד, אסטרטגיות אלה יאפשרו זיהוי של זכרים עם הזרקת F0 עם indels/edits germline שניתן לפתור על ג'ל לאחר תגובת שרשרת פולימראז סטנדרטית (PCR) ו / או הגבלת digest.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Agarose powder&#160;</td>
			<td>Fisher BioReagents</td>
			<td>BP1356-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Breeding tanks</td>
			<td>Carolina Biological&#160;</td>
			<td>161937</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BstNI Restriction Enzyme</td>
			<td>NEB</td>
			<td>R0168S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cas9 Endonuclease</td>
			<td>IDT</td>
			<td>1081060</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DNA Ladder, 100 bp&#160;</td>
			<td>Thermo Scientific&#160;</td>
			<td>FERSM0241</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dnah10 donor construct&#160;&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>DNA Oligo in Tube; 0.025 nM, standard desalt purification, dry. 
			Phosphorothioate bond on the donor at the first three phosphate bonds on both the 5&#8217; and 3&#8217; ends (5&#39;-CCTCTCTCCCTTTCAGAAGCTTC 
			TGCTCATCCGCTGCTTCTGCCT 
			GGACCGAGTGTACCGTGCCGTC 
			AGTGATTACGTCACGC-3&#39;)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dnah10 forward primer&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>DNA Oligo in Tube; 0.025 nM, standard desalt purification, dry (5&#39;-CATGGAACTCTTTCCTAATGAGT 
			TTGGC-3&#39;)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dnah10 reverse primer&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>DNA Oligo in Tube; 0.025 nM, standard desalt purification, dry (&#39;5-AGTAGAGATCACACATCAACAGA 
			ATACAGC-3&#39;)&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dnah10 synthetic sgRNA&#160;</td>
			<td>Synthego&#160;</td>
			<td>Synthetic sgRNA, target sequence: 5&#39;-GCTCATCCGCTGCTTCAGGC-3&#39;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrophoresis power supply</td>
			<td>Thermo Scientific&#160;</td>
			<td>105ECA-115</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter forceps</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>XX6200006P</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fish (system) water</td>
			<td>Generic</td>
			<td>n/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gel electrophoresis system (including casting frame, comb, and electrophoresis chamber)&#160;</td>
			<td>Thermo Scientific&#160;</td>
			<td>B2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gel imaging light box&#160;</td>
			<td>Azure Biosystems</td>
			<td>AZI200-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gel stain, 10000X&#160;</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>S33102</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass bowl, 250 mL&#160;</td>
			<td>Generic</td>
			<td>n/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isolation tanks, 0.8 L&#160;</td>
			<td>Aquaneering</td>
			<td>ZT080</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcap capillary tube with bulb, 20 &#181;L&#160;</td>
			<td>Drummond</td>
			<td>1-000-0020/CA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Minicentrifuge</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>12011919EDU</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipettes, various with appropriate tips</td>
			<td>Generic&#160;</td>
			<td>n/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microwave&#160;</td>
			<td>Generic&#160;</td>
			<td>n/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nuclease free water</td>
			<td>Promega</td>
			<td>P119-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paper towels</td>
			<td>Generic</td>
			<td>n/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PCR tubes, 0.2 mL</td>
			<td>Bioexpress</td>
			<td>T-3196-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic spoon, with drilled holes/slots&#160;</td>
			<td>Generic</td>
			<td>n/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KCl solution, 0.2 M RNAse Free</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P9333</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>p2ry12 forward primer&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>DNA Oligo in Tube; 0.025 nM, standard desalt purification, dry (5&#39;-CCCAAATGTAATCCTGACCAGT 
			-3&#39;)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>p2ry12 reverse primer</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>DNA Oligo in Tube; 0.025 nM, standard desalt purification, dry (5&#39;-CCAGGAACACATTAACCTGGAT 
			-3&#39;)&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>p2ry12 synthetic sgRNA&#160;</td>
			<td>Synthego&#160;</td>
			<td>Synthetic sgRNA, target sequence: 5&#39;-GGCCGCACGAGGTCTCCGCG-3&#39;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Restriction Enzyme 10X Buffer</td>
			<td>NEB</td>
			<td>B6003SVIAL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaOH solution, 50 mM&#160;</td>
			<td>Thermo Scientific&#160;</td>
			<td>S318; 424330010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sponge, 1-inch x 1-inch cut with small oval divot</td>
			<td>Generic&#160;</td>
			<td>n/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereomicroscope</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Stemi 508</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Taq polymerase master mix, 2X</td>
			<td>Promega</td>
			<td>M7122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TBE Buffer Concentrate, 10X</td>
			<td>VWR</td>
			<td>E442</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermal Cycler</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>1861096</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue paper</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>06-666</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tricaine-methanesulfonate solution (Syncaine, MS-222), 0.016% in fish water (pH 7.0&#177;0.2)&#160;</td>
			<td>Syndel</td>
			<td>200-266</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris Base, 1M (Buffered with HCl to ph 8.0)&#160;</td>
			<td>Promega</td>
			<td>H5131</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

screening sperm for the rapid isolation of germline edits in zebrafish

הופעתן של טכנולוגיות נוקלאז CRISPR-Cas ממוקדות חוללה מהפכה ביכולת לבצע עריכת גנום מדויקת במערכות מודל מבוססות ומתפתחות כאחד. מערכות עריכת הגנום של CRISPR-Cas משתמשות ב-RNA מנחה סינתטי (sgRNA) כדי לכוון אנדונוקלאז הקשור לקריספר (Cas) ל-DNA loci גנומי ספציפי, שבו אנדונוקלאז Cas יוצר שבר דו-גדילי. תיקון שברים דו-גדיליים על ידי מנגנונים המועדים לטעויות מהותיות מוביל להחדרות ו/או מחיקות, המשבשות את הלוקוס. לחלופין, הכללתם של תורמי DNA דו-גדיליים או אוליגונוקלאוטידים חד-גדיליים של DNA בתהליך זה יכולה לעורר הכללת עריכות גנום מדויקות החל מפולימורפיזמים של נוקלאוטידים בודדים ועד תגים אימונולוגיים קטנים או אפילו מבנים חלבוניים פלואורסצנטיים גדולים. עם זאת, צוואר בקבוק משמעותי בהליך זה יכול להיות מציאת ובידוד העריכה הרצויה בקו הנבט. פרוטוקול זה מתאר שיטה חזקה לסינון ובידוד מוטציות של תאי נבט במוקדים ספציפיים בדגי זברה ( Danio rerio ); עם זאת, עקרונות אלה עשויים להיות ניתנים להתאמה בכל מודל שבו איסוף זרע in vivo אפשרי.

הגישות הניסיוניות המתוארות בפרוטוקול זה מאפשרות זיהוי מהיר יותר של עריכות גנום או אללים מזיקים לכאורה על ידי התמקדות בניתוח אלפי גנומים הנגזרים מאוסף הזרע הגברי המוזרק F0. איור 2 מדגיש כיצד לפרש את התוצאות המתקבלות באמצעות פרוטוקול זה.
כדי ליצור מוטציות בלו?...

Watch this Scientific Journal Video about Screening Sperm for the Rapid Isolation of Germline Edits in Zebrafish at JoVE.com

Screening Sperm for the Rapid Isolation of Germline Edits in Zebrafish

טכנולוגיות CRISPR-Cas חוללו מהפכה בתחום עריכת הגנום. עם זאת, מציאת ובידוד עריכת קו הנבט הרצויה נותרה צוואר בקבוק משמעותי. לכן, פרוטוקול זה מתאר שיטה חזקה לסינון מהיר של זרע דג זברה מוזרק F0 CRISPR לעריכות קו הנבט באמצעות טכניקות PCR סטנדרטיות, תקציר הגבלה ואלקטרופורזה בג'ל.

בדיקת זרע לבידוד מהיר של עריכות נבט בדגי זברה

The advent of targeted CRISPR-Cas nuclease technologies has revolutionized the ability to perform precise genome editing in both established and emerging ...

פרוטוקול זה מתאר שיטה לסינון מהיר של אלפי גנומים באמצעות זרע של דג זברה בהזרקת F0 CRISPR. טכניקה זו היא יתרון בנגישות שלה. במקום גישות יקרות ומיוחדות המבוססות על ריצוף, השיטה שלנו משתמשת באנזימי הגבלת PCR ואלקטרופורזה בג'ל כדי לסנן נשאי F0 זכרים עבור indels או עריכות גנום ספציפיות.החלק הקשה ביותר של הליך זה הוא פשוט לקבל את הזרע במהירות, אבל זה הופך להיות טכניקה טובה עבור הפריה חוץ גופית אם אנחנו עובדים עם הרבה דגים דיסמורפיים, ולכן זו דרך קלה עבורנו לחצות דגים שעושים לנו צרות. התחילו בהקמת מיכלי רבייה הן לדגי הבר והן לדגיית F0 ודגרו על המכלים למשך הלילה. לאחר הרדמת הדג הזכר למחרת, השתמשו בכף מחוררת כדי להעביר אותו לערימה של מגבות נייר נקיות.גלגלו בעדינות את הדג כדי להסיר עודפי מים. יש להסיר את כל המים על ידי ייבוש עם רקמה נקייה ומקופלת. בעזרת הכפית המחוררת, מעבירים את הדג לספוג המוכן.הניחו את צד הגחון של הדג כלפי מעלה וכתם בעדינות את האזור סביב סנפירי פי הטבעת עם נייר טישו מקופל ונקי. כדי לאסוף את הזרע, השתמש בצינור נימי כדי להזיז בעדינות את סנפירי האגן מקו האמצע, לחשוף את cloaca. מניחים את צינור הנימים ליד cloaca.בעזרת האצבעות או זוג מלקחיים פילטר, סחטו בעדינות את דפנות הדג מהזימים כלפי מטה. באמצעות פעולה נימית, לאסוף את הזרע בצינור ולמקם אותו בצינור PCR המכיל 40 מיקרוליטר של 50 מילימולר נתרן הידרוקסיד פתרון, ולאחר מכן לגרש את הדגימה לתוך הצינור. לאחר סיבוב דגימות הזרע בצנטריפוגה קטנה, הכניסו את צינורות ה-PCR למחזור תרמי.הפעל את המחזור על ידי חימום הדגימות במשך 40 דקות ב 95 מעלות צלזיוס ולאחר מכן קירור ב 25 מעלות צלזיוס. לאחר הסרת הדגימות מהמחזור, נטרלו את ה- pH על ידי הוספת 10 מיקרוליטר של טריס הידרוכלוריד מולארי אחד של pH שמונה. מערבבים על ידי שאיפת המתלה ולאחר מכן צנטריפוגות את הדגימות.כוונו את המחזור התרמי ל-95 מעלות צלזיוס לצורך חימום מוקדם. ובינתיים, הכינו 25 מיקרוליטר של תערובת תגובת PCR לכל דגימת זרע. מערבבים היטב על ידי פיפטינג למעלה ולמטה, ואז מסובבים את הדגימות.מניחים את הדגימות במחזור התרמי שחומם מראש וקובעים את המחזור. כדי לקבל תמיסת ג'ל, יש לחמם במיקרוגל תמיסת ג'ל אגרוז 4% שהוכנה על ידי ערבוב אבקת אגרוז, כתם ג'ל וחיץ TBE. יוצקים את תמיסת הג'ל למסגרת יציקת ג'ל ומכניסים מסרק בצד אחד.לאחר התמצקות הג'ל, הסר בזהירות את המסרק. מניחים את הג'ל במתקן אלקטרופורזה כך שהבארות יהיו הקרובות ביותר לאלקטרודה השלילית. יוצקים את חיץ הריצה TBE לתוך האסדה עד שהבארות שקועות במלואן.התחל לטעון את הג'ל על ידי pipeting חמישה מיקרוליטר של סולם DNA לתוך הבאר הראשונה. לטעון את הבארות הנותרות עם 5 עד 10 מיקרוליטר של מוצר PCR. הפעל את הג'ל במשך שעה אחת במתח של 150 וולט כדי להבטיח הפרדה נאותה של המגברים.השתמש במצלמת הג'ל כדי להציג את רצועות ה- DNA. ניתוח לוקוס P2RY12 הראה כי האמפליקון מסוג Wild הציג רצועה אחת באורך של 250 זוגות בסיסים בעוד שהאמפליקונים הזכריים שהוזרקו F0 והכילו indels רצו כרצועות מרובות. ניתוח לוקוס DNAH10 הראה כי אמפליקון מסוג Wild רץ כרצועה אחת של 400 זוגות בסיסים ארוכים.אמפליקונים זכריים בהזרקת F0 המכילים אינדלים רצו כמספר רצועות או כרצועה אחת עם ניידות ג'ל מופחתת. למספר אחד הגברי המוזרק F0 הייתה רצועה נוספת במוצר המעוכל, שנעדרה במוצר ה-PCR, מה שהפך אותו למועמד המייסד הטוב ביותר להקמת קו נוק-אין מוטנטי. אם דג זכר אינו מייצר זרע כאשר הוא סחוט, עדיף לנוח את הדגים במשך שבוע ולנסות שוב במקום לסחוט אותם חזק מדי ולהסתכן בפגיעה בהם.ברגע שה-FC או המייסד הזכר מוצלבים, האללים צריכים להיות מאומתים ברצף בצאצאי F1. ריצוף ישיר של אמפליקונים F1 וביצוע ניתוח אללים הטרוזיגוטי היא דרך קלה לעשות זאת.

Research

JoVE Journal

Genetics

Novel RNA-Binding Proteins Isolation by the RaPID Methodology

RNA מחייב רומן בידוד חלבונים לפי שיטת RAPID

RNA-binding proteins (RBPs) play important roles in every aspect of RNA metabolism and regulation. Their identification is a major challenge in modern ...

High-Throughput Robotically Assisted Isolation of Temperature-sensitive Lethal Mutants in Chlamydomonas reinhardtii

High-Throughput Robotically Assisted Isolation of Temperature-sensitive Lethal Mutants in Chlamydomonas reinhardtii

תפוקה גבוהה בידוד Assisted רובוטית של מוטאנטים קטלניים רגישים-טמפרטורה<em&gt; Chlamydomonas reinhardtii</em

Systematic identification and characterization of genetic perturbations have proven useful to decipher gene function and cellular pathways. However, the ...

Detection of Copy Number Alterations Using Single Cell Sequencing

איתור של שינוי מספר העתקה באמצעות רצף תא יחיד

Detection of genomic changes at single cell resolution is important for characterizing genetic heterogeneity and evolution in normal tissues, cancers, and ...

Robust DNA Isolation and High-throughput Sequencing Library Construction for Herbarium Specimens

DNA חזקים בידוד ובנייה ספריית רצף תפוקה גבוהה עבור דגימות עשבייה

Herbaria are an invaluable source of plant material that can be used in a variety of biological studies. The use of herbarium specimens is associated with ...

Formaldehyde-assisted Isolation of Regulatory Elements to Measure Chromatin Accessibility in Mammalian Cells

בסיוע פורמלדהיד בידוד של אלמנטים הרגולציה על אמצעי נגישות כרומטין בתאים בתרבית

Appropriate gene expression in response to extracellular cues, that is, tissue- and lineage-specific gene transcription, critically depends on highly ...

Mating-based Overexpression Library Screening in Yeast

ביטוי ההזדווגות מבוססי ספריית הקרנה שמרים

Budding yeast has been widely used as a model in studying proteins associated with human diseases. Genome-wide genetic screening is a powerful tool ...

Isolation, Characterization and MicroRNA-based Genetic Modification of Human Dental Follicle Stem Cells

בידוד, אפיון, ההנדסה הגנטית מבוסס-MicroRNA, בתאי גזע אנושיים זקיק שיניים

To date, several stem cell types at different developmental stages are in the focus for the treatment of degenerative diseases. Yet, certain aspects, such ...

Screening Cotton Genotypes for Reniform Nematode Resistance

הקרנת כותנה גנוטיפים לעמידות בפני ההתנגדות של רנפורם

A rapid non-destructive reniform nematode (Rotylenchulus reniformis) screening protocol is needed for the development of resistant cotton (Gossypium ...

Characterizing Histone Post-translational Modification Alterations in Yeast Neurodegenerative Proteinopathy Models

אפיון שינויים Post-translational שינוי היסטון במודלים ניווניות Proteinopathy שמרים

Neurodegenerative diseases, such as amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and Parkinson&#39;s disease (PD), cause the loss of hundreds of thousands of lives ...

Investigation of the Transcriptional Role of a RUNX1 Intronic Silencer by CRISPR/Cas9 Ribonucleoprotein in Acute Myeloid Leukemia Cells

Investigation of the Transcriptional Role of a RUNX1 Intronic Silencer by CRISPR/Cas9 Ribonucleoprotein in Acute Myeloid Leukemia Cells

חקירת התפקיד הטרנססאני של משתיק הRUNX1 נית על ידי CRISPR/Cas9 Ribonucleoprotein בתאי לוקמיה מיאלואיד חריפה

The bulk of the human genome (~98%) is comprised of non-coding sequences. Cis-regulatory elements (CREs) are non-coding DNA sequences that contain binding ...