Linear Amplificação Mediada por PCR - Localização de elementos genéticos e Caracterização de Unknown Flanquear DNA

Summary

Linear-amplificação mediada (LAM)-PCR é um método desenvolvido para identificar as posições exactas dos vectores de integração no genoma viral. A técnica evoluiu para ser o método superior para estudar a dinâmica clonais em pacientes de terapia genética, biossegurança de tecnologias inovadoras de vetores, a diversidade de células T, modelos de células-tronco do câncer, etc

Abstract

Linear-amplification mediated PCR (LAM-PCR) has been developed to study hematopoiesis in gene corrected cells of patients treated by gene therapy with integrating vector systems. Due to the stable integration of retroviral vectors, integration sites can be used to study the clonal fate of individual cells and their progeny. LAM- PCR for the first time provided evidence that leukemia in gene therapy treated patients originated from provirus induced overexpression of a neighboring proto-oncogene. The high sensitivity and specificity of LAM-PCR compared to existing methods like inverse PCR and ligation mediated (LM)-PCR is achieved by an initial preamplification step (linear PCR of 100 cycles) using biotinylated vector specific primers which allow subsequent reaction steps to be carried out on solid phase (magnetic beads). LAM-PCR is currently the most sensitive method available to identify unknown DNA which is located in the proximity of known DNA. Recently, a variant of LAM-PCR has been developed that circumvents restriction digest thus abrogating retrieval bias of integration sites and enables a comprehensive analysis of provirus locations in host genomes. The following protocol explains step-by-step the amplification of both 3’- and 5’- sequences adjacent to the integrated lentiviral vector.

Introduction

Linear-amplificação mediada por PCR (LAM-PCR) permite a identificação e caracterização de DNA flanqueando desconhecida adjacente ao ADN conhecida de qualquer origem. Mais especificamente, a LAM-PCR foi desenvolvido para localizar locais de integração de vectores virais (IS) dentro do genoma do hospedeiro ^{de 1,2.} Os elementos genéticos como retrovírus ou transposons integrar o seu genoma no genoma do hospedeiro em uma (semi-) forma aleatória ^3-6. Em muitos casos, é decisivo saber exactamente a posição em que esses vectores integrados. LAM-PCR tem sido provado ser superior a técnicas alternativas, como mediada por ligadura PCR ⁷ e suas variantes ou PCR inversa ^8. A sensibilidade e robustez deste método surge a partir da pré-amplificação inicial das junções vector de genoma e selecção magnética de produtos de PCR amplificados. Como os métodos alternativos mencionados, LAM-PCR baseia-se na utilização de enzimas de restrição, a introdução de um preconceito na capacidade de recuperação dos SI ^9-11. Assim,apenas um subconjunto do repertório é (a integrome) pode ser detectada numa reacção. Esta distorção é minimizada por meio da análise paralela de uma determinada amostra, utilizando as melhores combinações de enzimas de restrição de ^9. Recentemente, uma variante da tecnologia denominada não-restritivo LAM-PCR (PCR-nrLAM) tem sido desenvolvida que contorna o uso de enzimas de restrição e permite a análise de todo o genoma imparcial de uma amostra numa única reacção de ^9,12.

No passado, a LAM-PCR foi utilizada para identificar o retrovírus causador é o que dá origem a leucemia em alguns pacientes, em ensaios clínicos de terapia génica ^13-15. Desde então, a LAM-PCR foi adaptado para identificar é de outros vetores de integração (vetores lentivirais, transposons) e também para identificar padrões de integração de integrar passivamente vetores como vetores adeno-associados (AAV) ou lentivirais integrase-defeituoso (IDLV) ^{16 -21.} Aplicações da LAM-PCR são ampla: tradicionally, a técnica é utilizada para estudar a composição clonal de células de genes modificados em pacientes que foram submetidos a terapia de gene, ou para avaliar a segurança biológica de sistemas de vectores novos por desvendar o seu comportamento integração ^15,16,22-24. Recentemente, a LAM-PCR permitiu determinar especificidade e atividade fora do alvo de nucleases de grife por um ensaio prendendo IDLV ^25.

Além disso, a LAM-PCR permite seguir facilmente o destino de uma célula transduzida ao longo do tempo em um organismo. Isso permite identificar proto-oncogenes, bem como genes supressores de tumores e também para estudar hematopoiese ou caule câncer biologia celular ^26-28. Por último, mas não menos importante, a LAM-PCR foi adaptado para estudar a diversidade de receptores de células T em humanos ⁽²⁹ e dados não publicados).

O poder intrínseca da tecnologia é reforçada pela ligação entre o método de tecnologias de seqüenciamento de profundidade que permitem caracterizar milhões de desconhecido flanqueando DNA com um único nucleotídeo reSolution em genomas inteiros. No seguinte protocolo, descrevemos passo a passo a amplificação e identificação de DNA flanqueando desconhecido exemplarmente para identificar lentiviral vetor IS. Os oligonucleótidos utilizados no protocolo estão listadas na Tabela 1. Extraído DNA ou cDNA de qualquer fonte pode ser utilizado como modelo de ADN para a LAM-PCR e nrLAM-PCR.

Protocol

1. Preparação de Linker Cassetes (LC) Misturar 40 ul de oligonucleótido LC1 (Tabela 1), 40 ul de oligonucleótido LC2 (Tabela 1, com a enzima de restrição adequada saliência), 110 ul de Tris-HCl (100 mM, pH 7,5), e 10 ul de 250 mM MgCl2. Incubar a 95 ° C durante 5 minutos e deixar a reacção arrefecer lentamente até à temperatura ambiente. Adicionar 300 ul de H2O e concentrar dsLinker-ADN num filtro de centrifugação. Adicionar 80 ul…

Representative Results

LAM-PCR resulta na amplificação do genoma do vetor cruzamentos com um tamanho de fragmento definido para cada junção. O tamanho dos fragmentos de PCR individuais depende da distância entre o local do ADN conhecido no genoma e o local de reconhecimento da enzima de restrição mais próximo. Isto permite visualizar a diversidade das junções amplificados em amostras analisadas por electroforese em gel, por exemplo. Se apenas simples (monoclonais), vários (oligoclonais), ou múltiplos (policlonais) as band…

Discussion

A técnica da LAM-PCR permite a identificação de sequências de ADN desconhecidas que flanqueiam uma região conhecida de ADN. Devido à elevada sensibilidade resultante do pré-amplificação dos cruzamentos com os iniciadores específicos de hibridação na sequência de ADN conhecida, que é possível amplificar e detectar até mesmo junções raras para baixo para o nível de uma única célula. Ao contrário, em uma situação policlonal LAM-PCR é capaz de amplificar milhares de junções diferentes numa única …

Materials

Name of Material/ Equipment	Company	Catalog Number	Comments/Description
Taq DNA Polymerase	Genaxxon Bioscience GmbH	M3001.5000	Alternative Taq Polymerases may be used
PCR Buffer	Qiagen	201203	Use of this buffer is recommended
dNTP-Mixture	Genaxxon Bioscience GmbH	M3015.4020	or any other dNTPs
Oligonucleotides (Primers)	MWG Biotech		HPLC purified
Dynabeads M-280 Streptavidin	Invitrogen	11206D
PBS	Gibco	14190-086	0.1 % wt/vol BSA
6M LiCl	Roth	3739.1	10 mM Tris-HCl  (pH 7.5)/1 mM EDTA
Tris-HCl, pH 7.5	USB Corporation	22637	or any other supplier
EDTA	Applichem	A1103,0250	or any other supplier
Klenow Polymerase	Roche Diagnostics	10104523001
Hexanucleotide mixture	Roche Diagnostics	11277081001
Restriction endonuclease	NEB		or any other supplier
Fast-Link DNA ligation kit	Epicentre Biotechnologies	LK11025
CircLigase ssDNA Ligase Kit	Epicentre Biotechnologies	CL4111K
NaOH	Sigma-Aldrich	72068	or any other supplier
Agarose LE	Roche Diagnostics	11685660001	or any other supplier
TBE buffer	Amresco	0658	or any other supplier
Ethidium bromide	Applichem	A2273,0005	Ethidium bromide is mutagenic
100 bp DNA Ladder	Invitrogen	15628-050	or any other DNA ladder
20 mM NaCl	Sigma-Aldrich	71393-1L	or any other supplier
Magna-Sep Magnetic Particle Separator	Life Technologies	K158501	for use with 1.5 ml Tubes
Magna-Sep Magnetic Particle Separator	Life Technologies	K158696	for use with 96 well plates
Amicon Ultra-0.5, Ultracel-30 membrane	Millipore	UFC503096
PerfectBlue Gelsystem Midi S	PeqLab	40-1515	or other electrophoresis system
TProfessional 96	Biometra	050-551	or other Thermocycler for 96-well plates
Orbital shaker KS 260 basic	IKA	2980200	or other horizontal shaker
PCR softtubes 0.2 ml	Biozym Scientific GmbH	711082	or other 0.2 ml PCR tubes
1.5 ml tubes	Eppendorf	12682	or other 1.5 ml tubes
Gel documentation system	PeqLab		or any other gel documentation system
Nanodrop ND-1000 spectrophotometer	Thermo Scientific	ND-1000
Spreadex EL1200 precast gel	Elchrom Scientific	3497
Submerged gel electrophoresis apparatus SEA 2000	Elchrom Scientific	2001E
2100 Electrophoresis Bioanalyzer	Agilent Technologies	G2939AA