Name: efficient pam-less base editing for zebrafish modeling of human genetic disease with zspry-abe8e
Uploaded: 2023-02-17T13:15:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Efficient PAM-Less Base Editing for Zebrafish Modeling of Human Genetic Disease with zSpRY-ABE8e at JoVE.com

We danken Barbara Garbers, PhD, van Liwen Bianji (Edanz) voor het bewerken van de Engelse tekst van een concept van dit manuscript. Dit werk werd ondersteund door het Key-Area Research and Development Program van de provincie Guangdong (2019B030335001), het National Key R&D Program of China (2019YFE0106700), de National Natural Science Foundation of China (32070819, 31970782) en het Research Fund Program of Guangdong Provincial Key Lab of Pathogenic Biology and Epidemiology for Aquatic Economic Animals (PBEA2020YB05).

Deze studie werd uitgevoerd in strikte overeenstemming met de richtlijnen van de Care and Use Committee van de South China Normal University.
1. Synthetisch gemodificeerd gRNA en zSpRY-ABE8e mRNA bereiden
<ol><li>Ontwerp het gRNA volgens eerdere publicaties37,38.<ol><li>Selecteer bij voorkeur NRN als de PAM-reeks, omdat zSpRY-ABE8e een hogere voorkeur voor NRN PAM vertoont dan NYN PAM (waarbij R A of G is en Y C of T...

<ol>
	<li>Eichler, E. 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=Completing+the+map+of+human+genetic+variation.">Completing the map of human genetic variation.</a> Nature. 447 (7141), 161-165 (2007).</li><li>Koukouli, F., 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=Nicotine+reverses+hypofrontality+in+animal+models+of+addiction+and+schizophrenia.">Nicotine reverses hypofrontality in animal models of addiction and schizophrenia.</a> Nature Medicine. 23 (3), 347-354 (2017).</li><li>Kalueff, A. V., Stewart, A. M., Gerlai, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Zebrafish+as+an+emerging+model+for+studying+complex+brain+disorders.">Zebrafish as an emerging model for studying complex brain disorders.</a> Trends in Pharmacological Sciences. 35 (2), 63-75 (2014).</li><li>Anzalone, A. V., Koblan, L. W., 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=Genome+editing+with+CRISPR-Cas+nucleases,+base+editors,+transposases+and+prime+editors.">Genome editing with CRISPR-Cas nucleases, base editors, transposases and prime editors.</a> Nature Biotechnology. 38 (7), 824-844 (2020).</li><li>Sander, J. D., Joung, J. K. <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+for+editing,+regulating+and+targeting+genomes.">CRISPR-Cas systems for editing, regulating and targeting genomes.</a> Nature Biotechnology. 32 (4), 347-355 (2014).</li><li>Komor, A. C., Kim, Y. B., Packer, M. S., 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=Programmable+editing+of+a+target+base+in+genomic+DNA+without+double-stranded+DNA+cleavage.">Programmable editing of a target base in genomic DNA without double-stranded DNA cleavage.</a> Nature. 533 (7603), 420-424 (2016).</li><li>Nishida, 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=Targeted+nucleotide+editing+using+hybrid+prokaryotic+and+vertebrate+adaptive+immune+systems.">Targeted nucleotide editing using hybrid prokaryotic and vertebrate adaptive immune systems.</a> Science. 353 (6305), (2016).</li><li>Gaudelli, N. 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=Directed+evolution+of+adenine+base+editors+with+increased+activity+and+therapeutic+application.">Directed evolution of adenine base editors with increased activity and therapeutic application.</a> Nature Biotechnology. 38 (7), 892-900 (2020).</li><li>Liu, Z., 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=Highly+efficient+RNA-guided+base+editing+in+rabbit.">Highly efficient RNA-guided base editing in rabbit.</a> Nature Communications. 9, 2717 (2018).</li><li>Levy, J. 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=Cytosine+and+adenine+base+editing+of+the+brain,+liver,+retina,+heart+and+skeletal+muscle+of+mice+via+adeno-associated+viruses.">Cytosine and adenine base editing of the brain, liver, retina, heart and skeletal muscle of mice via adeno-associated viruses.</a> Nature Biomedical Engineering. 4 (1), 97-110 (2020).</li><li>Liu, Z., 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+generation+of+mouse+models+of+human+diseases+via+ABE-+and+BE-mediated+base+editing.">Efficient generation of mouse models of human diseases via ABE- and BE-mediated base editing.</a> Nature Communications. 9, 2338 (2018).</li><li>Landrum, M. 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=ClinVar:+Public+archive+of+interpretations+of+clinically+relevant+variants.">ClinVar: Public archive of interpretations of clinically relevant variants.</a> Nucleic Acids Research. 44, 862-868 (2016).</li><li>Qin, 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=Precise+A&#8226;T+to+G&#8226;C+base+editing+in+the+zebrafish+genome.">Precise A&#8226;T to G&#8226;C base editing in the zebrafish genome.</a> BMC Biology. 16 (1), 139 (2018).</li><li>Tanaka, 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=In+vivo+targeted+single-nucleotide+editing+in+zebrafish.">In vivo targeted single-nucleotide editing in zebrafish.</a> Scientific Reports. 8, 11423 (2018).</li><li>Carrington, B., Weinstein, R. N., Sood, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=BE4max+and+AncBE4max+are+efficient+in+germline+conversion+of+C:G+to+T:A+base+pairs+in+zebrafish.">BE4max and AncBE4max are efficient in germline conversion of C:G to T:A base pairs in zebrafish.</a> Cells. 9 (7), 1690 (2020).</li><li>Zhang, 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=Programmable+base+editing+of+zebrafish+genome+using+a+modified+CRISPR-Cas9+system.">Programmable base editing of zebrafish genome using a modified CRISPR-Cas9 system.</a> Nature Communications. 8, 118 (2017).</li><li>Rosello, 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=Precise+base+editing+for+the+in+vivo+study+of+developmental+signaling+and+human+pathologies+in+zebrafish.">Precise base editing for the in vivo study of developmental signaling and human pathologies in zebrafish.</a> eLife. 10, 65552 (2021).</li><li>Liang, F., 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=SpG+and+SpRY+variants+expand+the+CRISPR+toolbox+for+genome+editing+in+zebrafish.">SpG and SpRY variants expand the CRISPR toolbox for genome editing in zebrafish.</a> Nature Communications. 13, 3421 (2022).</li><li>Qin, W., Lu, X., Lin, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programmable+base+editing+in+zebrafish+using+a+modified+CRISPR-Cas9+system.">Programmable base editing in zebrafish using a modified CRISPR-Cas9 system.</a> Methods. 150, 19-23 (2018).</li><li>Feng, 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=Expanding+CRISPR/Cas9+genome+editing+capacity+in+zebrafish+using+SaCas9.">Expanding CRISPR/Cas9 genome editing capacity in zebrafish using SaCas9.</a> G3. 6 (8), 2517-2521 (2016).</li><li>Liu, 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=Genome+editing+in+zebrafish+by+ScCas9+recognizing+NNG+PAM.">Genome editing in zebrafish by ScCas9 recognizing NNG PAM.</a> Cells. 10 (8), 2099 (2021).</li><li>Kleinstiver, B. 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=Engineered+CRISPR-Cas9+nucleases+with+altered+PAM+specificities.">Engineered CRISPR-Cas9 nucleases with altered PAM specificities.</a> Nature. 523 (7561), 481-485 (2015).</li><li>Liu, K., Petree, C., Requena, T., Varshney, P., Varshney, G. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Expanding+the+CRISPR+toolbox+in+zebrafish+for+studying+development+and+disease.">Expanding the CRISPR toolbox in zebrafish for studying development and disease.</a> Frontiers in Cell and Developmental Biology. 7, 13 (2019).</li><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 (6096), 816-821 (2012).</li><li>Hu, J. H., 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=Evolved+Cas9+variants+with+broad+PAM+compatibility+and+high+DNA+specificity.">Evolved Cas9 variants with broad PAM compatibility and high DNA specificity.</a> Nature. 556 (7699), 57-63 (2018).</li><li>Nishimasu, H., 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=Engineered+CRISPR-Cas9+nuclease+with+expanded+targeting+space.">Engineered CRISPR-Cas9 nuclease with expanded targeting space.</a> Science. 361 (6408), 1259-1262 (2018).</li><li>Endo, 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=Genome+editing+in+plants+by+engineered+CRISPR-Cas9+recognizing+NG+PAM.">Genome editing in plants by engineered CRISPR-Cas9 recognizing NG PAM.</a> Nature Plants. 5, 14-17 (2019).</li><li>Li, 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=Plant+genome+editing+using+xCas9+with+expanded+PAM+compatibility.">Plant genome editing using xCas9 with expanded PAM compatibility.</a> Journal of Genetics and Genomics. 46 (5), 277-280 (2019).</li><li>Ren, 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=PAM-less+plant+genome+editing+using+a+CRISPR-SpRY+toolbox.">PAM-less plant genome editing using a CRISPR-SpRY toolbox.</a> Nature Plants. 7, 25-33 (2021).</li><li>Xu, Z., 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=SpRY+greatly+expands+the+genome+editing+scope+in+rice+with+highly+flexible+PAM+recognition.">SpRY greatly expands the genome editing scope in rice with highly flexible PAM recognition.</a> Genome Biology. 22 (1), 6 (2021).</li><li>Walton, R. T., Christie, K. A., Whittaker, M. N., Kleinstiver, B. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unconstrained+genome+targeting+with+near-PAMless+engineered+CRISPR-Cas9+variants.">Unconstrained genome targeting with near-PAMless engineered CRISPR-Cas9 variants.</a> Science. 368 (6488), 290-296 (2020).</li><li>Li, 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=Genome+editing+mediated+by+SpCas9+variants+with+broad+non-canonical+PAM+compatibility+in+plants.">Genome editing mediated by SpCas9 variants with broad non-canonical PAM compatibility in plants.</a> Molecular Plant. 14 (2), 352-360 (2021).</li><li>Vicencio, 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=Genome+editing+in+animals+with+minimal+PAM+CRISPR-Cas9+enzymes.">Genome editing in animals with minimal PAM CRISPR-Cas9 enzymes.</a> Nature Communications. 13, 2601 (2022).</li><li>Rosello, 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=Disease+modeling+by+efficient+genome+editing+using+a+near+PAM-less+base+editor+in+vivo.">Disease modeling by efficient genome editing using a near PAM-less base editor in vivo.</a> Nature Communications. 13, 3435 (2022).</li><li>Cornean, 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=Precise+in+vivo+functional+analysis+of+DNA+variants+with+base+editing+using+ACEofBASEs+target+prediction.">Precise in vivo functional analysis of DNA variants with base editing using ACEofBASEs target prediction.</a> eLife. 11, 72124 (2022).</li><li>Wang, X., 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+gene+silencing+by+adenine+base+editor-mediated+start+codon+mutation.">Efficient gene silencing by adenine base editor-mediated start codon mutation.</a> Molecular Therapy. 28 (2), 431-440 (2020).</li><li>Hanna, R. E., Doench, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+analysis+of+CRISPR-Cas+experiments.">Design and analysis of CRISPR-Cas experiments.</a> Nature Biotechnology. 38 (7), 813-823 (2020).</li><li>Doench, J. G., 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=Optimized+sgRNA+design+to+maximize+activity+and+minimize+off-target+effects+of+CRISPR-Cas9.">Optimized sgRNA design to maximize activity and minimize off-target effects of CRISPR-Cas9.</a> Nature Biotechnology. 34 (2), 184-191 (2016).</li><li>Kossack, M. E., Draper, B. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetic+regulation+of+sex+determination+and+maintenance+in+zebrafish+(Danio+rerio).">Genetic regulation of sex determination and maintenance in zebrafish (Danio rerio).</a> Current Topics in Developmental Biology. 134, 119-149 (2019).</li><li>Crossley, B. 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=Guidelines+for+Sanger+sequencing+and+molecular+assay+monitoring.">Guidelines for Sanger sequencing and molecular assay monitoring.</a> Journal of Veterinary Diagnostic Investigation. 32 (6), 767-775 (2020).</li><li>Kluesner, M. G., 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=EditR:+A+method+to+quantify+base+editing+from+Sanger+sequencing.">EditR: A method to quantify base editing from Sanger sequencing.</a> The CRISPR Journal. 1 (3), 239-250 (2018).</li><li>Gripp, K. 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=Diamond-Blackfan+anemia+with+mandibulofacial+dystostosis+is+heterogeneous,+including+the+novel+DBA+genes+TSR2+and+RPS28.">Diamond-Blackfan anemia with mandibulofacial dystostosis is heterogeneous, including the novel DBA genes TSR2 and RPS28.</a> American Journal of Medical Genetics Part A. 164 (9), 2240-2249 (2014).</li><li>Kim, S., Kim, D., Cho, S. W., Kim, J., Kim, J. S. <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+RNA-guided+genome+editing+in+human+cells+via+delivery+of+purified+Cas9+ribonucleoproteins.">Highly efficient RNA-guided genome editing in human cells via delivery of purified Cas9 ribonucleoproteins.</a> Genome Research. 24 (6), 1012-1019 (2014).</li><li>Ramakrishna, 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=Gene+disruption+by+cell-penetrating+peptide-mediated+delivery+of+Cas9+protein+and+guide+RNA.">Gene disruption by cell-penetrating peptide-mediated delivery of Cas9 protein and guide RNA.</a> Genome Research. 24 (6), 1020-1027 (2014).</li><li>Fu, Y., Reyon, D., Joung, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeted+genome+editing+in+human+cells+using+CRISPR/Cas+nucleases+and+truncated+guide+RNAs.">Targeted genome editing in human cells using CRISPR/Cas nucleases and truncated guide RNAs.</a> Methods in Enzymology. 546, 21-45 (2014).</li></ol>

Dit protocol beschrijft de constructie van een zebravisziektemodel met behulp van de basiseditor zSpRY-ABE8e. In vergelijking met de traditionele HDR-route voor basisvervanging, kan dit protocol efficiëntere basisbewerking bereiken en het optreden van indelaten verminderen. Tegelijkertijd omvat dit protocol de implementatie van de onlangs voorgestelde i-Silence gen-knock-out strategie in zebravissen. Alles bij elkaar zal zSpRY-ABE8e de toepassing van zebravismodellen in ziekteonderzoek verbeteren.
<p class="jove_con...

Single-nucleotide varianten (SNV's) die missense of nonsense mutaties veroorzaken zijn de meest voorkomende bron van mutaties in het menselijk genoom1. Om te bepalen of een bepaalde SNV pathogeen is en om licht te werpen op de pathogenese ervan, zijn nauwkeurige diermodellen nodig2. Zebravissen zijn goede menselijke ziektemodellen, vertonen een hoge mate van fysiologische en genetische homologie met mensen, een korte ontwikkelingscyclus en een sterk voortplantingsvermogen, wat gunstig is voor onderzoek naar pathogene kenmerken en mechanismen, evenals geneesmiddelenscreening3.
Het clustered regular interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/Cas9-systeem is op grote schaal toegepast in de genoombewerking van verschillende soorten, waaronder zebravis4. Met gRNA-begeleiding kan het CRISPR/Cas9-systeem DNA-dubbelstrengsbreuken (DSB's) genereren op de doellocatie, die vervolgens single-base substitutie mogelijk maakt door recombinatie van de doellocatie met donor-DNA-sjablonen via de homologie-gerichte reparatie (HDR) -route. De efficiëntie van deze basevervangingsmethode is echter vrij laag omdat het cellulaire DNA-reparatieproces voornamelijk wordt uitgevoerd door de niet-homologe end-joining (NHEJ) -route, die meestal gepaard gaat met insertie- en deletiemutaties (indel)5. Gelukkig verlicht CRISPR / Cas9-gebaseerde single-base bewerkingstechnologie dit probleem aanzienlijk door basiseditors te gebruiken, die efficiëntere single-base editing mogelijk maken zonder DSB's te induceren. Twee belangrijke klassen van base editors, adenine base editors (ABE's) en cytosine base editors (CBE's), zijn ontwikkeld om base substitution editing voor A· T tot G· C en C·G t/m T· A, respectievelijk 6,7,8,9,10,11. Deze vier soorten basesubstituties dekken 30% van de humane pathogene varianten12. Van beide klassen van basiseditors, waaronder PmCDA1, BE-systeem, CBE4max, ABE7.10 en ABE8e, is gemeld dat ze werken in zebravissen, waarbij BE4max en ABE8e vooral zijn gemeld om een hoge bewerkingsactiviteit te bereiken 13,14,15,16,17,18,19.
Cas9-eiwitten van verschillende soorten, waaronder Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes en S. canis, zijn geïmplementeerd in zebravisgenbewerking, waarbij de Streptococcus pyogenes Cas9 (SpCas9) het meest wordt gebruikt20,21,22,23. SpCas9 kan echter alleen doellocaties herkennen met een NGG protospacer adjacent motif (PAM), wat het bewerkbare bereik beperkt en ertoe kan leiden dat er geen geschikte sequentie wordt gevonden in de buurt van de pathogene site van belang24. Om het doelbereik uit te breiden, zijn verschillende SpCas9-varianten ontworpen om verschillende PAM's te herkennen door middel van gerichte evolutie en structuurgestuurd ontwerp. Weinig varianten zijn echter effectief bij dieren, vooral bij zebravissen, wat de toepassing van zebravissen in SNV-gerelateerd ziekteonderzoek beperkt25,26,27,28. Onlangs zijn twee varianten van SpCas9, SpG en SpRY, met minder strenge PAM-beperkingen (NGN voor SpG en NNN voor SpRY met een hogere voorkeur voor NRN dan NYN) gemeld om een hoge bewerkingsactiviteit te vertonen in menselijke cellen en planten 29,30,31,32. Vervolgens is gemeld dat SpG en SpRY, evenals een aantal van hun gemedieerde basisredacteuren, zoals SpRY-gemedieerde CBE's en SpRY-gemedieerde ABE's, ook werken in zebravissen, wat de toepassing van zebravismodellen in de mechanistische studie en medicijnscreening van SNV-gerelateerde ziekten zal verbeteren 18,33,34,35. Bovendien werd i-Silence voorgesteld als een effectieve en nauwkeurige gen-knock-out strategie door ABE-gemedieerde start codon conversie van ATG naar GTG of ACG36. De combinatie van de i-Silence-strategie en de SpRY-gemedieerde basiseditor zSpRY-ABE8e biedt een nieuwe methode voor ziektemodellering18. Dit protocol laat zien hoe genbewerking met zSpRY-ABE8e in zebravissen kan worden uitgevoerd om een tsr2 (M1V) model te construeren met behulp van de i-Silence-strategie. De bewerkingsefficiëntie en fenotypen die voorkomen in zebravismodellen werden beoordeeld en geanalyseerd.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Agarose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A9539</td>
			<td>1.5% Agarose used to make an injection plate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Borosilicate Glass Capillaries&#160;</td>
			<td>Harvard Apparatus</td>
			<td>BS4 30-0016</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell culture dishes&#160;</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>351029</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ClonExpress Ultra One Step Cloning Kit</td>
			<td>Vazyme</td>
			<td>C115</td>
			<td>Kit for Infusion clone&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Codon optimization service</td>
			<td>Sangon Biotech</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drummond Microcaps</td>
			<td>Drummond Microcaps</td>
			<td>P1299-1PAK</td>
			<td>Length:32 mm, capacity:0.5 &#956;L</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EasyEdit gRNA service</td>
			<td>GenScript</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fine Forceps</td>
			<td>Fine Scientific Instrument</td>
			<td>11254-20</td>
			<td>Used to break meedle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flaming/Brown Micropipette Puller&#160;</td>
			<td>Stutter Instrument</td>
			<td>P-97</td>
			<td>Used to pull the glass capillaries</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HotStart Taq PCR StarMix</td>
			<td>Genstar</td>
			<td>A033-101</td>
			<td>Used for PCR reaction</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Intelligent artificial climate box</td>
			<td>TENLIN</td>
			<td>PRX-1000A</td>
			<td>Used to culture zebrafish embryos</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methylcellulose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M0512</td>
			<td>Used to fix zebrafish when photographing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microloader pipette tips&#160;</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>5242956003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>mMACHINE kit&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mut Express II Fast Mutagenesis Kit V2</td>
			<td>Vazyme</td>
			<td>C214-01</td>
			<td>Kit for site-directed mutagenesis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pneumatic Microinjector</td>
			<td>ZGene Biotech</td>
			<td>ZGPCP-1500 PLUS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pT3TS-zSpCas9</td>
			<td>Addgene</td>
			<td>46757</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RNeasy FFPE kit&#160;</td>
			<td>Qiagen</td>
			<td>73504</td>
			<td>Kit for RNA purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sanger Sequencing service</td>
			<td>Sangon Biotech</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide, granular</td>
			<td>Sangon</td>
			<td>A100173-0500</td>
			<td>NaOH used for genome extraction</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereo Microscope</td>
			<td>Olympus&#160;</td>
			<td>SZX10</td>
			<td>Used for photograph of phenotype</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SZ Series Zoom Stereo Microscope</td>
			<td>CNOPTEC</td>
			<td>SZ650</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T3 mMESSAGE</td>
			<td>Ambion</td>
			<td>AM1348</td>
			<td>Kit for in vitro transcription&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TIANprep Mini Plasmid Kit</td>
			<td>TIANGEN</td>
			<td>DP103-03</td>
			<td>Kit for plasmid extraction kit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TIANquick Mini Purification Kit</td>
			<td>TIANGEN</td>
			<td>DP203-02</td>
			<td>Kit for purification for linearized plasmid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tricaine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>E10521</td>
			<td>Used to anesthetize zebrafish</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris (hydroxymethyl) aminomethane</td>
			<td>Sangon</td>
			<td>A600194-0500</td>
			<td>Component of Tris&#183;HCl used for genome extraction</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>XbaI</td>
			<td>New England Biolabs</td>
			<td>R0145S</td>
			<td>Restriction endonuclease used for plasmid linearization</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

efficient pam-less base editing for zebrafish modeling of human genetic disease with zspry-abe8e

CRISPR / Cas9-technologie heeft de waarde van zebravissen verhoogd voor het modelleren van menselijke genetische ziekten, het bestuderen van ziektepathogenese en medicijnscreening, maar protospacer adjacent motif (PAM) -beperkingen zijn een belangrijk obstakel voor het creëren van nauwkeurige diermodellen van menselijke genetische aandoeningen veroorzaakt door single-nucleotidevarianten (SNV's). Tot nu toe hebben sommige SpCas9-varianten met brede PAM-compatibiliteit efficiëntie getoond in zebravissen. De toepassing van de geoptimaliseerde SpRY-gemedieerde adenine base editor (ABE), zSpRY-ABE8e en synthetisch gemodificeerd gRNA in zebravissen heeft een efficiënte adenine-guanine base conversie mogelijk gemaakt zonder PAM-beperking. Hier wordt een protocol beschreven voor efficiënte adeninebasisbewerking zonder PAM-beperking in zebravissen met behulp van zSpRY-ABE8e. Door een mengsel van zSpRY-ABE8e mRNA en synthetisch gemodificeerd gRNA in zebravisembryo's te injecteren, werd een zebravisziektemodel geconstrueerd met een precieze mutatie die een pathogene plaats van de TSR2-ribosoomrijpingsfactor (tsr2) simuleerde. Deze methode biedt een waardevol hulpmiddel voor het opzetten van nauwkeurige ziektemodellen voor het bestuderen van ziektemechanismen en behandelingen.

Van de mutatie van TSR2 is gemeld dat deze Diamond Blackfan-anemie (DBA)42 veroorzaakt. Hier werd een DBA zebravismodel geconstrueerd met een tsr2 (M1V) mutatie met behulp van de i-Silence strategie. De adenine van het startcodon van de zebravis tsr2 werd met zSpRY-ABE8e succesvol omgezet in guanine (figuur 3).
De EditR-analyse van de Sanger-sequencingresultaten toonde aan dat er een A/G-overlap was op de adenineb...

Watch this Scientific Journal Video about Efficient PAM-Less Base Editing for Zebrafish Modeling of Human Genetic Disease with zSpRY-ABE8e at JoVE.com

Efficient PAM-Less Base Editing for Zebrafish Modeling of Human Genetic Disease with zSpRY-ABE8e

Dit protocol beschrijft hoe efficiënte adenine-basisbewerking zonder PAM-beperking kan worden uitgevoerd om een nauwkeurig zebravisziektemodel te construeren met behulp van zSpRY-ABE8e.

Efficiënte PAM-loze basisbewerking voor zebravismodellering van menselijke genetische ziekten met zSpRY-ABE8e

CRISPR/Cas9 technology has increased the value of zebrafish for modeling human genetic diseases, studying disease pathogenesis, and drug screening, but ...

Dit protocol stelt onderzoekers in staat om een aantal voorheen niet-beschikbare zebravismodellen van ziekterelevante single-nucleotidevarianten te bouwen. PAM-beperkingen zijn een groot obstakel voor het maken van nauwkeurige diermodellen en zSpRY-ABE8e maakt efficiënte adenine naar guanine-basisconversie mogelijk met lage intermutatie en ontspannen PAN-beperking. Deze tool kan worden gebruikt om nauwkeurige zebravismodellen te construeren voor het bestuderen van de pathogene kenmerken ziektemechanismen gerelateerd aan single-nucleotide mariniers, evenals medicijnscreening voor deze ziekte.Stel om te beginnen het micropipette-trekkersysteem in en verwarm het minstens 30 minuten voor. Om aan de glazen haarvaten te trekken, selecteert u een programma, stelt u de ramptestwaarde in als warmte, 50 als trekkracht, de snelheid op 100, tijd als 50 en druk als 30. Installeer vervolgens de capillaire buis en zorg ervoor dat deze zich in de groef bevindt.Druk op pull start/stop"om het programma uit te voeren. Om de getrokken haarvaten te behouden, steekt u ze in schuim met openingen die de naald hangend houden. Gebruik voor experimenten zSpRY-ABE8e mRNA beschreven in het manuscript en bewerk eenvoudig sgRNA gemodificeerd met 2'O-methylfosforothioaat aan beide uiteinden.Selecteer voor het gRNA-ontwerp bij voorkeur NRN als PAM-sequentie, omdat zSpRY-ABE8e een hogere voorkeur voor NRN PAM vertoont dan NYN PAM. Voer het doel in adeninenucleotide bevindt zich in het zeer actieve bewerkingsvenster van het derde tot het negende nucleotide langs de protospacer. Zet de nacht voor de injectie kweektanks op.Plaats een scheidingswand en plaats twee vrouwelijke en een mannelijke zebravis in elke tank. Plaats een deksel over elke tank. De volgende ochtend meng je met behulp van RNase-vrije tips, buisjes en handschoenen het ontdooide mRNA en EEgRNA op ijs tot een eindconcentratie van respectievelijk 400 en 200 nanogram per microliter.Om de pneumatische micro-injector te configureren, sluit u eerst het partiële drukventiel van de luchtpomp. Open vervolgens de hoofdklep, schroef de gasfles los en stel de druk van de partiële drukklep in op 0,2 Megapascal. Schakel nu de micro-injector in en stel de modus in op timer.Stel de parameterdrukklep in op 20 pond per vierkante inch en de timerwaarde op 0,040 seconden. Breek met een fijne tang hoekig de naalden van de getrokken glazen haarvaten onder een stereomicroscoop. Voeg met behulp van een pipetpunt van een microloader het mRNA/gRNA-mengsel toe aan de punt van een glazen capillair en bevestig de naald aan de micromanipulator.Configureer de druk- en timerwaarde om twee nanolitermengsel per injectie te produceren met behulp van een microcap. Na het kweken van de vis gedurende 10 tot 15 minuten, verzamel je de eieren in een zeef. Onderzoek het celstadium en de eikwaliteit onder de stereomicroscoop.Selecteer eencellige eieren voor injectie om de bewerkingsefficiëntie te verbeteren. Lijn de eieren op een 1,5% agarose-injectieplaat en injecteer twee nanoliter van het RNA-mengsel in de cel van de embryo's met behulp van een microscoop. Verzamel de eieren in petrischaaltjes met E3 Buffer en broed ze uit bij 28 graden Celsius.Verwijder de dode eieren en vervang de kweekbuffer elke 12 uur gedurende 48 uur na de bevruchting. Verzamel na 48 uur na de bevruchting drie pools van zes willekeurig geselecteerde geïnjecteerde embryo's in een PCR-buis. Zodra zes willekeurig geselecteerde controle-embryo's zijn verzameld, gebruikt u een pipet om de resterende E3-buffer op te zuigen.Voeg 40 microliter 50 millimolair natriumhydroxide toe aan de embryo's. Plaats de buizen gedurende 20 minuten in een metalen bad op 95 graden Celsius en vervolgens gedurende 15 seconden vortex. Voeg vier microliter van één kies Tris-hydrochloride bij pH acht toe aan elke buis.Centrifugeer de buizen op 2000g gedurende 10 seconden bij kamertemperatuur. Breng het supernatant over in een nieuwe PCR-buis. Verwijder een microliter van het supernatant uit de PCR-buis en gebruik het voor Sanger-sequencing.Bewaar vervolgens het resterende supernatant bij 20 graden Celsius. Om de Sanger-sequencinggegevens te analyseren, begint u met het uploaden van het sequencingbestand naar het uploadvak ab1 File". Voer de 20-basenpaar gRNA-sequentie in de 5'tot 3'-oriëntatie in het vak gRNA"-sequentie invoeren.Voer de overeenkomstige basispositie in de vakken 5'start en 3'ends in. Verkrijg de basisbewerkingsefficiëntie door op voorspellende bewerking te klikken "en de kwaliteit van de sequencinggegevens te controleren. Een diamantzwarte anemie zebravismodel werd geconstrueerd door de adenine van het startcodon van Tsr2 om te zetten in guanine.De EditR-analyse van sequentiegegevens toonde een AG-overlap aan op de adeninebasis van het Tsr2-startcodon. Het fenotype van de twee dagen oude Tsr2-embryo's toonde kleinere ogen in vergelijking met de controle-embryo's. Een gezwollen pericardium werd ook waargenomen in de gemuteerde embryo's.Om een efficiënte basisbewerking te bereiken, dient u het eerder genoemde ontwerpprincipe van de richtlijn strikt te volgen, wat een voorwaarde is voor het succes van het experiment. Nauwkeurige modellen zijn essentieel voor de studie van single-nucleotide variant-gerelateerde ziekten. De ontwikkeling van de SprY-ABE8e biedt een effectief hulpmiddel voor nauwkeurige modellering, wat helpt om het onderzoek naar ziektemechanismen en behandelingen te bevorderen.

Research

JoVE Journal

Biology

An Allele-specific Gene Expression Assay to Test the Functional Basis of Genetic Associations

Een allel-specifieke genexpressie Assay aan de functionele basis van genetische associaties Test

The number of significant genetic associations with common complex traits is constantly increasing. However, most of these associations have not been ...

Efficient Derivation of Human Cardiac Precursors and Cardiomyocytes from Pluripotent Human Embryonic Stem Cells with Small Molecule Induction

Efficiënte Afleiding van de Mens Cardiac precursoren en cardiomyocyten uit pluripotente menselijke embryonale stamcellen met op kleine moleculen Inductie

To date, the lack of a suitable human cardiac cell source has been the major setback in regenerating the human myocardium, either by cell-based ...

Biochemical and High Throughput Microscopic Assessment of Fat Mass in Caenorhabditis Elegans

Biochemical and High Throughput Microscopic Assessment of Fat Mass in Caenorhabditis Elegans

Biochemische en High Throughput microscopische beoordeling van Fat Mass in<em&gt; Caenorhabditis Elegans</em

The nematode C. elegans has emerged as an important  model for the study of conserved genetic pathways regulating fat metabolism as  it relates to human ...

In Vivo Modeling of the Morbid Human Genome using Danio rerio

In Vivo Modeling of the Morbid Human Genome using Danio rerio

In vivo modellering van de Morbid Human Genome behulp Danio rerio

Here,  we present methods for the development of assays to query potentially clinically  significant nonsynonymous changes using in  vivo complementation ...

Generation of Human Cardiomyocytes: A Differentiation Protocol from Feeder-free Human Induced Pluripotent Stem Cells

Generatie van Human Cardiomyocytes: Een Differentiatie Protocol van Feeder-vrije Human geïnduceerde pluripotente stamcellen

In order to investigate the events driving heart development and to determine the molecular mechanisms leading to myocardial diseases in humans, it is ...

Efficient Agroinfiltration of Plants for High-level Transient Expression of Recombinant Proteins

Efficiënte Agroinfiltration van planten voor High-level Tijdelijke expressie van recombinante eiwitten

Mammalian cell culture is the major platform for commercial production of human vaccines and therapeutic proteins. However, it cannot meet the increasing ...

Rapid and Efficient Zebrafish Genotyping Using PCR with High-resolution Melt Analysis

Snelle en efficiënte zebravis Genotyping Met behulp van PCR met een hoge resolutie Melt Analyse

Zebrafish is a powerful vertebrate model system for studying development, modeling disease, and performing drug screening. Recently a variety of genetic ...

Efficient Production and Purification of Recombinant Murine Kindlin-3 from Insect Cells for Biophysical Studies

Efficiënte productie en zuivering van recombinant muizen Kindlin-3 uit Insect Cellen voor Biofysische Studies

Kindlins are essential coactivators, with talin, of the cell surface receptors&#160;integrins and also participate in integrin outside-in signalling, and ...

Efficient Generation Human Induced Pluripotent Stem Cells from Human Somatic Cells with Sendai-virus

Efficiënte Generation humane geïnduceerde pluripotente stamcellen uit menselijke somatische cellen met Sendai-virus

A few years ago, the establishment of human induced pluripotent stem cells (iPSCs) ushered in a new era in biomedicine. Potential uses of human iPSCs ...

Genetic Barcoding with Fluorescent Proteins for Multiplexed Applications

Genetische barcodes met fluorescerende eiwitten voor multiplexverzending Toepassingen

Fluorescent proteins, fluorescent dyes and fluorophores in general have revolutionized the field of molecular cell biology. In particular, the discovery ...