인간 배아 줄기 세포에 표적으로 아연 손가락 핵산 분해 효소 향상된 유전자
Summary
리포터 세포주 시각화 추적 이종 집단의 관심의 세포를 분리 할 수있는 수단을 제공한다. 그러나, 유전자 – 표적 인간 배아 줄기 세포에서 종래의 상동 재조합을 사용하여 매우 비효율적이다. 여기서, 우리는 아연 핑거 클레아 향상된 상동 재조합을 사용하여 EGFP CNS 중뇌 특정 전사 인자 PITX3 궤적 타겟팅 기술한다.
Abstract
현재 인간 배아 줄기 세포 (ESC) 분화 프로토콜을 하나의 주요 제한은 이종 세포 집단의 생성이다. 이러한 배양 관심의 세포를 포함 할뿐만 아니라 미분화 ESCS 비 신경 유도체 및 다른 신경 세포 아형로 오염된다. 이것은 시험 관내에서 이러한 약물 발견 또는 세포 대체 요법에 대한 시험 관내 모델로서 생체 애플리케이션에서의 사용을 제한한다. 이것을 극복하기 위해, 시각화 트랙과 관심 셀을 분리하는 수단을 제공 리포터 세포주는 설계 될 수있다. 종래의 상 동성 재조합은 매우 비효율적이다 통해 그러나, 인간 배아 줄기 세포에 이것을 달성한다. 이 프로토콜과 함께 뇌하수체의 호 메오 박스 (homeobox) 인간 배아 줄기 세포에서 삼 (PITX3) 궤적 사이트 별 이중 가닥 DNA 나누기를 소개 맞춤 설계된 아연 핑거 뉴 클레아 제를 사용하는 대상에 대해 설명PITX3 – EGFP – 특정 DNA 기증자 벡터입니다. PITX3 리포터 세포주의 발생에 이어, 그 다음 그러한 체외 파킨슨 병 모델링 또는 세포 대체 요법으로 연구에 사용하기 위해 발행 프로토콜을 사용하여 구별 될 수있다.
Introduction
현재 배아 줄기 세포 (ESC) 분화 프로토콜은 특히 특정 신경 표현형의 유도와 관련하여, 이종 세포 집단에서 발생. 배양이 원하는 세포 표현형, 다른 신경 세포가 포함되지만 이에 따라, 비 – 신경 세포와 분화되지 않은 세포 유형은 종종 하나 존재한다. 이러한 특성은 ESC의 적용 세포 대체 요법에 사용하기위한 시험 관내 및 질병 모델링 셀 소스를 유도 제한한다.
유전자 리포터 세포주 시각화 추적 관심 셀을 분리하는 수단을 제공하는, 리포터 단백질 (RP)의 발현은 내인성 발현을 재현 한한다. 유전자 코딩 영역의 바로 상류 프로모터의 사용은 유전자 조 기자를 유도하는 데 사용될 수 있지만, 이러한 구조는 내인성 유전자 발현을 제어하는 조절 요소 정확한 부족하다. 대조적으로, 상 동성 재조합이 구비기회는 RP의 고품질 표현을 보장합니다. 과거에, 관심있는 특정 유전자좌에 상 동성 재조합을 위해 설계된 벡터를 표적으로하는 DNA 1,2 전달하는 수단으로 전기 천공을 사용하여 마우스 ESCS (mESCs)에서의 RP를 대상으로 사용되어왔다. 그러나 종래의 상 동성 재조합을 통해 리포터 세포주의 생성 인간 ESCS (인간 배아 줄기) 매우 비효율적이다, 따라서 전용 (3에서 검토)의 경우 소수의 문서화되었다. 징크 핑거 뉴 클레아 제 (ZFNs)로 통칭 사이트 특정 징크 핑거 모티프와 FOK I 클레아의 융합을 포함하는 엔지니어링 키메라 단백질을 사용하여 DNA 이중 가닥 나누기 소정 게놈 유전자좌에 도입 될 수있다. DNA 이중 가닥 브레이크 양측 상 동성을 가진 DNA 벡터가 추가 될 때, 사이트는 게놈 DNA 공여체 서열의 혼입을 허용, 상동 재조합에 의해 복구 될 수있다. 이 기술은 유용 F를 증명했다인간 일차 전지 4,5와 인간 배아 줄기 6,7 모두에서 게놈 편집. 보다 최근의 작업들이 이용했다 전사 활성제와 같은 이펙터 클레아 (TALENs), 공장에서 사용 전사 인자는 부위 – 특이 적 뉴 클레아 제 (9)의 설계에 도움 8 병원체.
다음의 프로토콜에서는 인간 뇌하수체 메오 3 (PITX3)에 대한 궤적 ZFNs 함께 상동 타겟팅 벡터 (6)를 함유 EGFP의 일렉트로 hESC의 리포터 세포주의 생성을 보여준다. 2~3주에 대한 항생제의 선택에 따라, 제대로 통합 된 DNA를 가진 인간 배아 줄기 수동으로 집어 확장 및 PCR을 통해 처음 상영하고,이어서 남부 블로 팅에 의해 검증 될 수있다.
Protocol
Representative Results
Discussion
리포터 세포주의 생성은, 추적 시각화하고 인간 배아 줄기 유래의 이종 집단으로부터 관심 세포를 분리하기위한 강력한 수단을 제공한다. 그러나, 기존의 상동 재조합을 통해 표적 유전자는 인간의 ESCS 3 매우 비효율적 인 것으로 입증되었습니다. 이 프로토콜에서는 ZFNs 함께 널리 타겟팅 벡터를 이용하여 인간 배아 줄기에서 엑손 PITX3 궤적 중 하나에 RP를 도입하는 비교적 간단한 ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 프로토콜에 설명 된 작품은 재생 의료에 대한 캘리포니아 연구소 (CIRM)와 공동 제휴의 일환으로 빅토리아 정부에서 자금을 지원에 의해 가능하게되었다.
Materials
| Mouse Embryonic Fibroblasts (DR4) | GlobalStem | GSC-6004G | |
| Gelatin | Sigma | G1393-100ML | |
| HBSS, no Calcium, no Magnesium, no Phenol Red (HBSS) | Life Technologies | 14175-095 | |
| Dispase | StemCell Technologies | 7923 | |
| Cell Scraper | Corning | 3008 | |
| Accutase | Life Technologies | A11105-01 | |
| Y27632 | Axon Medchem | Axon 1683 | |
| Cell Strainer – 40um | BD Biosciences | 352340 | |
| 33mm – 0.22 um filter | Millipore | SLGP033RS | |
| rhFGF2 | R&D Systems | 233-FB-025/CF | |
| Electroporator | BioRad | 165-2661 | |
| 0.4cm electroporation cuvette | BioRad | 165-2088 | |
| Human TV-hPITX3-forward targeting construct | Addgene | 31942 | |
| ZFN Kit; Human PITX3 | Sigma-Aldrich | CKOZFN1050-1KT | |
| Puromycin | Invivogen | ant-pr-1 | |
| Matrigel | BD Biosciences | 354277 | |
| Geltrex | Life Technologies | A1569601 | |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S3014 | |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Life Technologies | 10566-016 | |
| Fetal Bovine Serum, Qualified, Heat Inactivated, US Origin (FBS) | Life Technologies | 16140-071 | |
| Pen/Strep | Life Technologies | 15070-063 | |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium/Nutrient Mixture F-12 (DMEM/F12) | Life Technologies | 11320-033 | |
| KnockOut Serum Replacement (KSR) | Life Technologies | 10828-028 | |
| MEM Non-Essential Amino Acids (NEAA) | Life Technologies | 11140-050 | |
| GlutaMAX | Life Technologies | 35050-061 | |
| ß-mercaptoethanol | Life Technologies | 21985-023 | |
| N-Lauroylsarcosine sodium salt solution (Sarcosyl) (30%) | Sigma-Aldrich | 61747 | |
| EDTA | Sigma-Aldrich | E9884 | |
| Trizma Hydrochloride | Sigma-Aldrich | T3253 | |
| Proteinase K solution (20mg/ml) | Bioline Australia | BIO-37084 | |
| Expand Long Template PCR System | Roche Australia | 11681834001 | |
| hPITX3 L arm gen. F (primer): 5’ TGTCCTAAGGAGAATGGGTAACAGACA 3’ | GeneWorks, Australia | ||
| hPITX3 L arm GFP R (primer): 5’ ACACGCTGAACTTGTGGCCGTTTA 3’ | GeneWorks, Australia | ||
| HyperLadder 1kb | Bioline Australia | BIO-33025 | |
| GelRed | Jomar Bioscience, Australia | 41003 |
Riferimenti
- Nefzger, C. M., et al. Lmx1a Allows Context-Specific Isolation of Progenitors of GABAergic or Dopaminergic Neurons During Neural Differentiation of Embryonic Stem Cells. Stem Cells. 30 (7), 1349-1361 (2012).
- Zeng, W. R., Fabb, S. R. A., Haynes, J. M., Pouton, C. W. Extended periods of neural induction and propagation of embryonic stem cell-derived neural progenitors with EGF and FGF2 enhances Lmx1a expression and neurogenic potential. Neurochemistry International. 59 (3), 394-403 (2011).
- Collin, J., Lako, M. Concise review: putting a finger on stem cell biology: zinc finger nuclease-driven targeted genetic editing in human embryonic stem cells. Stem Cells. 29 (7), 1021-1033 (2011).
- Carroll, D. Progress and prospects: zinc-finger nucleases as gene therapy agents. Gene Therapy. 15 (22), 1463-1468 (2008).
- Urnov, F. D., et al. Highly efficient endogenous human gene correction using designed zinc-finger nucleases. Nature. 435 (7042), 646-651 (2005).
- Hockemeyer, D., et al. Efficient targeting of expressed and silent genes in human ESCs and iESCs using zinc-finger nucleases. Nature Biotechnology. 27 (9), 851-857 (2009).
- Lombardo, A., et al. Gene editing in human stem cells using zinc finger nucleases and integrase-defective lentiviral vector delivery. Nature Biotechnology. 25 (11), (2007).
- Boch, J., Bonas, U. Xanthomonas AvrBs3 family-type III effectors: discovery and function. Annual Review of Phytopathology. 48, 419-436 (2010).
- Hockemeyer, D., et al. Genetic engineering of human embryonic cells using TALE nucleases. Nature Biotechnology. 29 (8), 731-734 (2011).
- Tucker, K. L., Wang, Y., Dausman, J., Jaenisch, R. A transgenic mouse strain expressing four drug-selectable marker genes. Nucleic Acids Research. 25 (18), 3745-3746 (1997).
- Ramírez-Solis, R., Rivera-Pérez, J., Wallace, J. D., Wims, M., Zheng, H., Bradley, A. Genomic DNA microextraction: a method to screen numerous samples. Analytical Biochemistry. 201 (2), 331-335 (1992).
- Kawasaki, H., et al. Induction of midbrain dopaminergic neurons from ES cells by stromal cell-derived inducing activity. Neuron. 28 (1), 31-40 (2000).
- Denham, M., Thompson, L. H., Leung, J., Pébay, A., Björklund, A., Dottori, M. Gli1 is an inducing factor in generating floor plate progenitor cells from human embryonic stem cells. Stem Cells. 28 (10), 1805-1815 (2010).
- Smidt, M. P., et al. A homeodomain gene Ptx3 has highly restricted brain expression in mesencephalic dopaminergic neurons. Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A. 94, 13305-13310 (1997).
