효율적인 체 외에서 이항 메서드인 Transcriptionally 규제 자 아름다움 시스템 통합 결함이 Lentiviral 벡터에 포장 하 여

Summary

이 프로토콜 transcriptionally 규제 잠자는 미녀 시스템에 의해 인간 게놈에 관심사의 유전자의 안정적인 통합을 달성 하는 방법을 설명 합니다. 결함이 lentiviral 벡터, 인간의 세포, 생체 외에서 변환 및 불리고 세포에 분자 분석 결과의 통합의 준비 보고 됩니다.

Abstract

잠자는 미녀 (SB) transposon는 유전자 이동 및 기능 유전체학에 대 한 입증 된 효능 비 바이러스 성 통합 시스템입니다. SB transposon 기계를 최적화 하려면 transcriptionally 규제 활동적인 transposase (SB100X) 및 T2 기반 transposon 고용 됩니다. 일반적으로, transposase와 transposon 제공한 정도 플라스 미드 transfection 그리고 SB100X 식 제정 발기인에 의해 구동 됩니다. 여기, 우리는 여러 가지 물리적, 화학적 transfection 방법 SB100X 식 제어 통합 하 고 안정적으로 “잘라내기 및 붙여넣기” SB 통해 관심 (GOI)의 유전자에는 인간의 세포에 SB 구성 요소를 제공 하는 효율적인 방법 설명 메커니즘입니다. 활동적인 transposase의 식은 단단히 Tet에 시스템, 1992 년부터 유전자 발현 제어를 널리 의해 제어 됩니다. 관심사의 유전자는 T2 transposon의 거꾸로 반복 (IR)에 의해 측면 이다. 두 SB 부품 결함이 lentiviral 벡터 뚜렷이 HEK293T 세포에서 생산 하는 통합에 포장 됩니다. 인간 세포, 세포 선 또는 인간 직물에서 1 차 셀에 체 외에 바이러스 성 벡터와 정도 불리고 있습니다. 문화 매체에 doxycycline (dox, 항생물질 아날로그)의 추가, 시 transposase 식의 미세 조정 측정 되 고 긴-지속적인 통합 치료 세포의 게놈의 유전자의 결과. 이 방법은 효율적이 고 셀 라인 (예를 들어, HeLa 세포) 및 1 차 셀 (예를 들어, 인간의 기본 keratinocytes)에 적용 되 고 따라서 유전 공학 및 유전자 치료 이동에 대 한 유용한 도구를 나타냅니다.

Introduction

T2 기반 transposon에 결합 된 활동적인 SB100X transposase 전 임상 유전자 치료 응용 프로그램^1,2,3, 게놈 수정^4,5에 이미 사용 되 고 유도 만능 줄기 세포 (iPSC) 프로그래밍^6,7. 일반적으로, SB 구성 요소 정도 플라스 미드 transfection에 의해 제공 됩니다 및 강한 제정 발기인 드라이브는 transposase의 표현. 그러나, transfection의 향상 된 새로운 방법에도 불구 하 고 배달 두 구성 요소 시스템의 많은 응용 프로그램에 대 한 도전 남아 있습니다. 따라서, 새로운 배달 프로토콜의 개발 증가 관심이 있다. 플라스 미드⁸ 및 mRNA⁹transfection 방법, 외 바이러스 배달 adenoviral^10,11, adeno 관련 바이러스 (AAV)¹², 잠재¹³, gammaretroviral^{14에 따라} 및 lentiviral 벡터¹⁵ 과거에 제안 되었습니다. 특히, 선택의 시스템에 바이러스 성 벡터의 통합 없이 SB 부품의 과도 납품을 보장 해야 합니다. 그럼에도 불구 하 고, transposase의 구성 식 안전 관심사는 transposon의 통제 rehopping의 위험으로 인해 발생 합니다.

따라서, 세련 된 Tet-켜 짐 시스템에 의해 SB100X의 transcriptional 규칙은 첫 번째 도전 이다. 포진 심 플렉스 바이러스 1 (HSV-1)¹⁶, Timidine 키 니 아 제 (TK) 유전자의 최소 발기인 (-81)과 함께 원래 개발 된 최소한의 세포 (CMV) 발기인을 대체 하 여 얻은 수정된 Tet 응답 발기인 복제의 상류는 SB100X cDNA (pTetOTKSB100X) 돌연변이 역-항생물질-transactivator rtTA2^s-M2¹⁷ 다른 플라스 미드에 복제 강한 제정 발기인 (phosphoglycerate 발기인, PGK)의 통제 표현 된다 (pCCL-PGKrtTA2^S-M2). 문화 매체에 추가, dox 바인딩합니다 rtTA2^s-M2 변조기 tethers Tet 발기인 복잡 하거나, SB100X 식¹⁸단단히 규제 유도 결과 및.

두 번째 주요 과제는 여러 가지 물리적, 화학적 방법으로 인간의 1 차 셀의 비효율적인 transfection에서 발생합니다. 효율적으로 인간의 세포 transfection는 SB100X 및 rtTA2^s에 transposase를 전달 하기 위해-M2 식 카세트 2 통합 결함이 lentiviral 벡터 (IDLVs)¹⁹으로 포장 된다: IDLVTKSB 및 IDLVrtTA2^s– M2입니다. 바이러스 성 벡터는 HEK293T 셀²⁰ 에 Vescicular 구내 염 바이러스 (VSV-G), 광범위 한 감염을 수 여 하의 당단백질 G와 pseudotyped 제 3 세대 벡터로 정도 생산 된다. 벡터 입자 ultracentrifugation에 의해 집중 되며 p24 immunocapture V 1 개 그에 의해 적정. 셀 라인 및 1 차 셀 transduce를 벡터 입자 polybrene에 complexed 고 dox의 유무에서 대상 셀으로 알을 품. 불리고 셀에 SB100X 식의 약 의존 활성화 양적 RT-PCR (qRT-PCR)¹⁸에 의해 측정 됩니다.

Tet 규제 SB100X 식 시연, 일단 대상 세포 게놈으로 GOI (예를 들어, 녹색 형광 단백질, GFP)의 전위 명확 하 게 박 고 Mikkelsen²¹에 의해 도식화 분자 이벤트를 다음과 같습니다. 제 3 IDLV 벡터 GOI T2 transposon 국세청 (IDLVT2) 간의 복제에 대 한 식 카세트는 건설 하 고 위에서 언급 한 대로 포장 운반. 마지막으로, 3 개의 IDLV 벡터 효율적으로 인간의 세포 (예를 들어, 기본 keratinocytes) 시험관에 transduce doxycycline¹⁸존재 GOI 통합을 사용할 수 있습니다.

Protocol

1입니다. 플라스 미드 고용 참고: 플라스 미드 pCCL-PGKrtTA2S-m 2는 친절 하 게 교수 Zappavigna (모 데 나 대학 및 레지오 에밀리 아, 모 데 나, 이탈리아)에 의해 제공. PCMVSB100X 플라스 미드 활동적인 transposase의 코딩 시퀀스를 들고와 pT2/BH transposon 플라스 미드 친절 하 게 제공한 교수 Z. Ivics (폴 Ehrlich 연구소, 랑겐, 독일)와 교수 Z. Izvak (Max Delbruck 센터 분자 의학, 베를린, 독일)입?…

Representative Results

여기, 제시 된 절차를 사용 하 여 레 귤 레이트 된 SB 부품을 운반 하는 3 개의 IDLV 벡터 (SB100X, rtTA2S-m 2와 t 2-GFP transposon) 포장 하 고 효율적으로 제공 하 고 밀접 하 게 인간의 세포에서 SB 시스템을 조절 하는 데 사용 했다. 그림 1A 는 생체 외에서 변환 HeLa 세포 ( 표 2에 보고 된) 두 IDLV 벡터의 좋은 복용량 조합으로 SB transposase…

Discussion

여기, 우리는 안정적으로 GOI 잠자는 미녀여 대상 세포의 게놈으로 통합 하는 광범위 하 게 액세스할 수 있는 방법론을 설명-이항 중재. SB 시스템 게놈 편집에 대 한 nonviral 방법을 제공 하기 위해 개발 되었습니다, 하지만 통합 기계 (transposase 및 T2 transposon)의 효율적인 제공은 필수입니다. 따라서, SB 시스템을 사용 하 여 거의 transfectable 1 차 셀에,에 SB 구성 요소의 바이러스 배달 최근 몇 년 ?…

Materials

Dulbecco’s modified Eagle’s medium with 4.5g/L glucose w/o L-Glutamine	Lonza	BE12-614F	Cell culture medium.
HyClone Fetal Bovine Serum (U.S.), Characterized	GE Healthcare Life Sciences	SH30071.03	Serum used HEK293T cell culture for lentiviral particle production.
Penicillin 10.000 UI/ml Streptomycin 10.000 UI/ml	Lonza	DE17-602E	Reagents for cell culture medium.
L-Glutamine 200mM	Lonza	BE17-605E	Reagent for cell culture medium.
Sodium Chloride (NaCl)	Sigma-Aldrich	S7653	Reagent for HBS 2X preparation.
HEPES Buffer, 1M Stock in normal saline	Lonza	BE17-737E	Reagent for HBS 2X preparation.
Disodium hydrogen phosphate dihydrate (Na2HPO4·2H2O), 99.5%	Merck	106580	Reagent for HBS 2X preparation.
Hydrochloric acid – ACS reagent 37% (HCl)	Sigma-Aldrich	320331	Reagent for HBS 2X preparation.
Sterile water for injection	Fresenius Kabi	–	Reagent for HBS 2X preparation.
0.45 µm PESS filter	Whatman	10462100	Filters used to remove cell debris from viral supernatant.
Polyallomer Beckman tubes	Beckman Coulter	326823	Tubes for concentrating IDLV vectors by ultracentrifugation.
PBS-1X w/o Ca, Mg	Lonza	BE17-516F	Buffer for cell wash and lentiviral particle resuspension.
Bovine Serum Albumin (BSA)	Sigma-Aldrich	A2153	(Optional) Buffer for lentiviral particle resuspension.
HIV-1 Gag p24 immunocapture kit	Perkin Elmer	NEK50001KT	Kit for IDLV particle titration.
Polybrene	Sigma-Aldrich	107689	Reagent to enhance transduction efficiency.
Trypsin (10X) 2.5% in HBSS w/o Ca, Mg	GIBCO	BE17-160E	Reagent to detach HeLa cells (stock solution, to be diluted).
Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt (EDTA)	100938B	AnalaR BDH	Reagent for trypsin working solution preparation.
0.5% Trypsin-EDTA, no phenol red (10X)	GIBCO	15400-054	Reagent to detach keratinocytes (stock solution, to be diluted).
Donor Bovine Serum, New Zealand Origin	GIBCO	16030-074	Serum for Swiss mouse 3T3-J2 cell culture (feeder layer).
Ham’s F12 media	GIBCO	21765	Medium for keratinocytes.
Fetal bovine serum	Lonza	DE14-801F	Serum for HeLa cell culture medium.
Fetal Bovine Serum, qualified, Australia Origin	GIBCO	10099-141	Serum for human primary keratinocyte culture medium.
Insulin from bovine pancreas	Sigma-Aldrich	I5500	Reagents for keratinocyte growth.
Adenine	VWR	1152-25	Reagents for keratinocyte growth.
Hydrocortisone	VWR	3867-1	Reagents for keratinocyte growth.
Cholera Toxin from Vibrio cholerae	Sigma-Aldrich	C8052	Reagents for keratinocyte growth.
Triiodothyronine	Sigma-Aldrich	T5516	Reagents for keratinocyte growth.
Human EGF	Austral Biological	GF-010-9	Reagents for keratinocyte growth.
Mouse monoclonal APC-conjugated Anti-Feeder antibody	Miltenyi Biotech	130-096-099	To label feeder layer.
RNeasy Plus Mini Kit	Qiagen	74134	RNA purification kit.
SuperScript III Reverse Transcriptase	Life Technologies	18080051	Reverse transcriptase kit.
Deoxynucleotide Mix, 10 mM (dNTP)	Sigma-Aldrich	D7295	Reagent for semi-quantitative PCR.
UltraPure DNase/RNase-Free Distilled Water	(any)	–	Reagent for semi-quantitative PCR and for qRT-PCR.
GoTaq G2 Hot Start Polymerase	Promega	M740B	Taq polymerase.
Agarose, for molecular biology	Sigma-Aldrich	A9539	Reagent for agarose gel electrophoresis.
UltraPure TBE Buffer, 10X	Invitrogen	15581028	Reagent for agarose gel electrophoresis, to be dilute (1X) in ddH2O.
Ethidium bromide	Sigma-Aldrich	E1510	Reagent for agarose gel electrophoresis.
Doxycycline	Sigma-Aldrich	D-9891	drug to induce transposase expression in HeLa cells and in keratinocytes
TaqMan Universal PCR Master Mix	Applied Biosystem	4304437	TaqMan Universal PCR Master Mix including primers and probe.
15mL High Clarity polypropylene Centrifuge Tube, Conical Bottom, with Dome Seal Screw Cap, Sterile	Falcon Corning	352096	Tubes for cell collection and vector dilution preparation.
150 mm TC-Treated Cell Culture Dish with 20 mm Grid, Sterile	Falcon Corning	353025	Cell culture dish for viral production.
6 Well Clear Flat Bottom TC-Treated Multiwell Cell Culture Plate, with Lid, Individually Wrapped, Sterile	Falcon Corning	353046	Cell culture plate for HeLa and human primary keratinocyte transduction.
Safe-Lock microcentrifuge tubes, volume 1.5 mL	Eppendorf	0030 120.086	Tubes for dilution preparation.
Safe-Lock microcentrifuge tubes, volume 2 mL	Eppendorf	0030 120.094	Tubes for dilution preparation.
0.2ml PCR Tubes with flat caps, RNase, DNase, DNA and PCR Inhibitor free	(any)	–	Tubes for semi-quantitative PCR.
MicroAmp Fast Optical 96-Well Reaction Plate with Barcode, 0.1 mL	Applied Biosystem	4346906	96-well for qRT-PCR.
5mL Round Bottom Polystyrene Tube, without Cap	BD Falcon	352052	Tubes for flow cytometry acquisition.
Disposable Serological Pipets, Polystyrene, Individually Wrapped, Sterile (different volumes)	(any)	–	Pipettes for sterile tissue culture applications.
Filter Tips, Sterile, and RNase, DNase, DNA and Pyrogen free (different volumes)	(any)	–	Filter tips for sterile tissue colture and molecular biology applications.
pH meter	(any)	–	Equipment for measurement of HBS 2X pH.
PCR Thermal cycler	(any)	–	Equipment for semi-quantitative PCR.
Agarose gel electrophoresis equipment	(any)	–	Equipment for agarose gel electrophoresis of semi-quantitative PCR.
BD FACS Canto II 2LSR 4/2	BD	–	Flow cytometer.
7900HT Fast Real-Time PCR system	Applied Biosystem	7900HT	Equipment for qRT-PCR.
Benchtop centrifuges for efficient sample processing in cell culture applications, refrigerated, with microplate buckets.	(any)	–	Centrifuge for cell culture processing and spinoculation.
Optima L-90K Ultracentrifuge equipped with SW32TI rotor	Beckman Coulter	–	Ultracentrifuge for lentiviral particle production.
Equipment for cell culture and molecular biology laboratory (e.g., Class II laminar flow hood designed for work involving BSL2 materials, cell culture incubator,refrigerators and freezers (+4 °C, -20 °C, -80 °C), micropipettes and pipet-aid).
Protective laboratory coats, gloves, face protection in accordance with Institute rules and regulations, in particular for lentiviral particle production and transduction.