Summary

Протоколы для сборки ДНК ДНК C-Brick с использованием Cpf1

Published: June 15, 2017
doi:

Summary

КРИСПР-ассоциированный протеин Cpf1 может управляться специально разработанной РНК CRISPR (crRNA) для расщепления двухцепочечной ДНК на желаемых участках, создавая липкие концы. Основываясь на этой характеристике, был установлен стандарт сборки ДНК (C-Brick), и здесь описывается протокол, подробно описывающий его использование.

Abstract

CRISPR-ассоциированный белок Cpf1 расщепляет двухцепочечную ДНК под руководством РНК CRISPR (crRNA), образуя липкие концы. Из-за этой характеристики Cpf1 использовался для установления стандарта сборки ДНК под названием C-Brick, который имеет преимущество в длинных местах распознавания и коротких рубцах. На стандартном векторе C-Brick существует четыре сайта распознавания Cpf1 – префикс (сайты T1 и T2) и суффикс (сайты T3 и T4) – фланкирующие части биологической ДНК. Расщепление сайтов T2 и T3 дает дополнительные липкие концы, которые позволяют собирать части ДНК с участками T2 и T3. Между тем короткий шов «GGATCC» образуется между частями после сборки. Поскольку новообразованная плазмида снова содержит четыре сайта расщепления Cpf1, этот метод позволяет итеративно собирать части ДНК, которые аналогичны тем, что указаны в стандартах BioBrick и BglBrick. Процедура, описывающая использование стандарта C-Brick для сборки частей ДНКОписывается здесь. Стандарт C-Brick может широко использоваться учеными, аспирантами и студентами и даже любителями.

Introduction

Стандартизация биологических частей ДНК важна для развития синтетической биологии 1 . Разработка процедуры сборки ДНК может заменить специальные экспериментальные проекты и устранить многие неожиданные результаты, возникающие при сборке генетических компонентов в более крупные системы. Стандарт BioBrick (BBF RFC 10) был одним из самых ранних предложенных стандартов сборки ДНК. Он использует префиксную последовательность (содержащую сайты резания EcoRI и XbaI) и последовательность суффикса (содержащую сайты репликации SpeI и PstI) 2 , 3 . Поскольку XbaI и SpeI имеют комплементарные когезионные концы, части ДНК BioBrick, которые разрезаны XbaI и SpeI, могут быть объединены вместе, создавая новый BioBrick для дальнейшей итеративной сборки.

Некоторые дефекты были идентифицированы с использованием стандарта BioBrick 4 . Например, он производит шрам на 8 п.о.Между частями ДНК, что не позволяет создавать белки-слитые. Кроме того, четыре вышеупомянутых типа рестрикционных сайтов с 6 п.о. должны быть удалены из частей ДНК, что очень неудобно. Стандарт BglBrick был создан для решения первой проблемы 5 . Он создает шрам «GGATCT» 6 б.п., продуцирующий Gly-Ser и позволяющий слияние нескольких белков или доменов белка. IBrick был разработан для решения второй проблемы 6 . Он использует самонастраивающиеся эндонуклеазы (HE), которые распознают длинные последовательности ДНК. Поскольку сайты узнавания HE редко существуют в естественных последовательностях ДНК, стандарт iBrick можно использовать для прямой конструирования частей iBrick без изменения их последовательностей ДНК. Тем не менее, стандарт iBrick оставляет шрам 21 п.о. между частями ДНК, что может быть причиной его непопулярности.

В последние годы кластеры регулярно пересекали короткие палиндромные повторы (CRISPR) система быстро развивалась 7,8 . Среди CRISPR-ассоциированных (Cas) белков в настоящее время широко используется эндонуклеаза Cas9 от Streptococcus pyogenes . В основном он вводит двухцепочечные разрывы ДНК (DSB) с тупыми концами 9 .

В 2015 году Чжан и его коллеги впервые описали Cpf1 (CRISPR из Prevotella и Francisella 1). Он относится к системе типа К CRISPR-Cas класса 2 и представляет собой CRISRP-РНК (crRNA) -направленную эндонуклеазу 10 . В отличие от Cas9, Cpf1 вводит DSB с 4 или 5-дюймовым 5-дюймовым выступом 10 . Основываясь на этой характеристике, Cpf1 использовался для разработки стандарта сборки ДНК C-Brick 4 . На стандартном векторе C-Brick четыре целевых сайта Cpf1 с префиксом T1 / T2 и суффикс T3 / T4 фланкируют биологические части; Это похоже на стандарт BioBrick. Поскольку расщепление сайтов T2 и T3 pСтимулирует комплементарные липкие концы, можно выполнить итерационную сборку частей ДНК, образуя шрам «GGATCC» между частями. Примечательно, что стандарт C-Brick имеет два основных преимущества: распознавание длинных последовательностей мишеней и отсутствие коротких шрамов. Шрам 6 гп «GGATCC», вырабатываемый C-Brick, кодирует Gly-Ser, что позволяет создавать гибридные белки. Кроме того, стандарт C-Brick также частично совместим со стандартами BglBrick и BioBrick.

Protocol

1. Получение кРНК Подготовка шаблонов crRNA Повторно суспендируйте отдельные олигонуклеотиды ( табл. 1 ) в воде, свободной от РНКазы, до концентрации 10 мкМ. Добавить 22,5 мкл олигонуклеотида с верхней нитью (T7-F в таблице 1 ), 22,5 мкл олигонуклеотида ниж…

Representative Results

Этот протокол продемонстрировал сборку трех кассет хромопротеинов (cjBlue (BBa_K592011), eforRed (BBa_K592012) и amilGFP (BBa_K592010)). Во-первых, кодирующие последовательности трех вышеупомянутых генов и терминаторов были индивидуально клонированы в стандартный вектор C-Brick. Короткие части …

Discussion

В этом протоколе описывается процедура для стандартного сборщика ДНК C-Brick. Наиболее важным шагом в этом протоколе является линеаризация стандартного вектора C-Brick; Неполное расщепление вектора может серьезно повлиять на скорость успеха. Кроме того, хотя Cpf1 главным образом расщепляет ц…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Мы благодарим Shanghai Tolo Biotech за техническую помощь во время разработки стандарта C-Brick. Эта работа была поддержана грантами Программы стратегических приоритетных исследований Академии наук Китая (грант № XDB19040200).

Materials

Comercial Oligonucleotide Sangon Biotech
10x Taq PCR Buffer Transgen #J40928
Ultra Pure Distilled Water Invitrogen 10977-015
5x RNA Transcription Buffer Thermo Scientific K0441
T7 RNA polymerase Thermo Scientific #EP0111
NTP mixture Sangon #ND0056
RRI(Recombinant RNase Inhibitor) Takara 2313A
RNA Clean & Concentrator-5 Zymo Research R1015
UV-Vis Spectrometer Thermo Scientific Nano-Drop 2000c
2x Phanta Max Buffer Vazyme PB505 PCR buffer
dNTPs Transgen AD101
Phanta Max Super-Fidelity DNA Polymerase Vazyme P505-d1
Ezmax for One-step Cloning Tolobio 24303-1 seamless assembly kit
5x Buffer for Ezmax One-step Cloning Tolobio 32006
BamHI NEB #R0136L
BamHI-HF NEB #R3136L
BglII  NEB #R0144L
XbaI NEB #R0145L
SpeI NEB #R3133L
10x Buffer 3 NEB #B7003S
10x CutSmart Buffer NEB B7204S
10x T4 DNA ligase Buffer Tolobio 32002
T4 PNK Tolobio 32206
T4 DNA ligase Tolobio 32210
DpnI NEB #R01762
SV Gel and PCR clean-up system Promega A9282
Plasmid Mini Kit I Omega D6943-02 plasmid preparation kit
thermosensitive alkaline phosphatase  Thermo Scientific #EF0651 FastAP
10x Cpf1 buffer Tolobio 32008
Cpf1 Tolobio 32105 FnCpf1
thermocycler Applied Biosystems veriti 96 well
C-Brick standard vector Tolobio 98101
E. coli [DH10B] Invitrogen 18297010
Luria-Bertani media (tryptone) Oxoid LP0042
Luria-Bertani media (yeast extract) Oxoid LP0021
Luria-Bertani media (NaCl) Sangon Biotech B126BA0007

References

  1. Canton, B., Labno, A., Endy, D. Refinement and standardization of synthetic biological parts and devices. Nat Biotechnol. 26 (7), 787-793 (2008).
  2. Shetty, R. P., Endy, D., Knight, T. F. Engineering BioBrick vectors from BioBrick parts. J Biol Eng. 2, (2008).
  3. Knight, T. . Idempotent Vector Design for Standard Assembly of Biobricks. , 1-11 (2003).
  4. Li, S. Y., Zhao, G. P., Wang, J. C-Brick: A New Standard for Assembly of Biological Parts Using Cpf1. ACS Synth Biol. 5 (12), 1383-1388 (2016).
  5. Anderson, J. C., et al. BglBricks: A flexible standard for biological part assembly. J Biol Eng. 4 (1), (2010).
  6. Liu, J. K., Chen, W. H., Ren, S. X., Zhao, G. P., Wang, J. iBrick: a new standard for iterative assembly of biological parts with homing endonucleases. PLoS One. 9 (10), e110852 (2014).
  7. Hsu, P. D., Lander, E. S., Zhang, F. Development and applications of CRISPR-Cas9 for genome engineering. Cell. 157 (6), 1262-1278 (2014).
  8. Wright, A. V., Nunez, J. K., Doudna, J. A. Biology and Applications of CRISPR Systems: Harnessing Nature’s Toolbox for Genome Engineering. Cell. 164 (1-2), 29-44 (2016).
  9. Jinek, M., et al. A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. Science. 337 (6096), 816-821 (2012).
  10. Zetsche, B., et al. Cpf1 is a single RNA-guided endonuclease of a class 2 CRISPR-Cas system. Cell. 163 (3), 759-771 (2015).
  11. Sanger, F., Nicklen, S., Coulson, A. R. DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proc Natl Acad Sci U S A. 74 (12), 5463-5467 (1977).
  12. Engler, C., Kandzia, R., Marillonnet, S. A one pot, one step, precision cloning method. PLoS One. 3 (11), e3647 (2008).
  13. Gibson, D. G., et al. Enzymatic assembly of DNA molecules up to several hundred kilobases. Nat Methods. 6 (5), 343-345 (2009).
  14. Casini, A., Storch, M., Baldwin, G. S., Ellis, T. Bricks and blueprints: methods and standards for DNA assembly. Nat Rev Mol Cell Biol. 16 (9), 568-576 (2015).
  15. Cameron, D. E., Bashor, C. J., Collins, J. J. A brief history of synthetic biology. Nat Rev Microbiol. 12 (5), 381-390 (2014).
  16. Keasling, J. D. Synthetic biology for synthetic chemistry. ACS Chem Biol. 3 (1), 64-76 (2008).

Play Video

Cite This Article
Li, S., Zhao, G., Wang, J. Protocols for C-Brick DNA Standard Assembly Using Cpf1. J. Vis. Exp. (124), e55775, doi:10.3791/55775 (2017).

View Video