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Article de méthode

Modification du génome dans des lignées de cellules mammifères à l’aide de CRISPR-Cas

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DOI :

10.3791/59086

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11 avril 2019

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Dans cet article

Résumé

SAE-CRISPR est une technologie puissante à l’ingénieur les génomes complexes de plantes et d’animaux. Ici, nous détaillons un protocole pour modifier efficacement le génome humain endonucléases de Cas différents. Nous mettons en évidence les considérations importantes et des paramètres de conception pour optimiser l’efficacité édition.

Résumé

Le système régulièrement dois‑je courts palindromes répétitions (CRISPR) en cluster fonctionne naturellement dans l’immunité adaptative bactérienne, mais a été réorienté avec succès pour le génie du génome chez de nombreux organismes de vie différents. Le plus souvent, le type sauvage CRISPR associés 9 (Cas9) ou endonucléase de Cas12a est utilisé en conjonction avec des sites spécifiques dans le génome, après quoi la rupture d’ADN double brin est réparée par l’intermédiaire de la fin non homologue, rejoindre la voie (NHEJ) ou le (réparation axés sur l’homologie Voie HDR) selon si un modèle de donneur est absent ou présentent respectivement. A ce jour, systèmes CRISPR provenant de différentes espèces bactériennes ont démontré être capable d’effectuer le montage de génome dans les cellules de mammifères. Toutefois, malgré l’apparente simplicité de la technologie, plusieurs paramètres de conception doivent être prises en considération qui laissent souvent perplexes sur la façon de mieux pour réaliser leur génome édition expériences les utilisateurs. Nous décrivons ici un workflow complet de conception expérimentale à l’identification des clones de cellules qui transportent les adaptations ADN désirées, dans le but de faciliter l’exécution réussie du génome édition des expériences dans des lignées cellulaires de mammifères. Nous mettons en évidence les considérations clés pour les utilisateurs de prendre note du, y compris le choix du système CRISPR, la longueur de l’entretoise et la conception d’un modèle de donateurs monocaténaire ODN (ssODN). Nous prévoyons que ce flux de travail vous sera utile pour les études de gènes knockout, modélisation des efforts, la maladie ou la génération de reporter des lignées cellulaires.

Introduction

La capacité à l’ingénieur le génome de tout organisme vivant a beaucoup d’applications biomédicales et biotechnologiques, telles que la correction des pathogènes mutations, construction de modèles cellulaires précis pour les études de la maladie, ou génération d’agricoles cultures avec traits désirables. Depuis le tournant du siècle, plusieurs technologies ont été développées pour le génie du génome dans les cellules de mammifères, y compris les méganucléases1,2,3, zinc finger nucleases4,5, ou transcription activator ....

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Protocole

1. conception de sgRNAs

  1. Sélectionnez un système CRISPR-Cas approprié.
    1. Tout d’abord, examinez la région cible pour les séquences de PAM de tous les nucléases Cas9 et Cas12a qui sont sont révélées être fonctionnel dans les cellules de mammifères16,21-32. Cinq enzymes fréquemment utilisés sont donnés dans le tableau 1 ainsi que de leurs respectifs PAMs.
      Remarque : outre les endonucléases énumérés au tableau 1, il existe d’autres enzymes Cas moins fréquemment utilisés qui ont été déployées avec succès dans les cellules de mammifères, tels qu’une nucléase Cas9 de Streptococcus thermophilus (St1Cas9)....

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Résultats

Pour effectuer un génome édition experiment, un plasmide CRISPR exprimant un sgRNA ciblant que le locus d’intérêt doit être cloné. Tout d’abord, le plasmide est digéré par une enzyme de restriction (généralement de type IIs enzyme) de linéariser il. Il est recommandé de régler le produit digéré sur un gel d’agarose de 1 % aux côtés d’un plasmide non digéré de distinguer une digestion complète ou partielle. Comme les plasmides non digérés sont surenroulés, ils ont tendance à courir plus vite que leurs homologues linéarisé.......

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Discussion

Le système CRISPR-Cas est une puissante technologie révolutionnaire à l’ingénieur les génomes et les transcriptions des plantes et des animaux. De nombreuses espèces bactériennes ont été trouvés pour contenir les systèmes CRISPR-Cas, qui peuvent éventuellement être adaptées pour le génome et transcriptome fins44d’ingénierie. Bien que l’endonucléase Cas9 de Streptococcus pyogenes (SpCas9) a été la première enzyme qui seront déployés avec succès dans les cellules humaines2.......

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Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont pas de concurrence des intérêts financiers.

Remerciements

M.H.T. est pris en charge par un organisme de délivrance de bureau conseil commun Science Technology and Research (1431AFG103), un Conseil National de la recherche médicale accorde (OFIRG/0017/2016), accorde à la National Research Foundation (NRF2013-THE001-046 et NRF2013-THE001-093), un Subvention du ministère de l’éducation niveau 1 (RG50/17 (S)), une startup subvention de Nanyang Technological University et les fonds pour le concours International génétiquement ingénierie Machine (iGEM) de Nanyang Technological University.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
T4 Polynucléotide kinase (PNK)NEBM0201
Crevette Phosphatase alcaline (rSAP)NEBM0371
Tris-Acétate-EDTA (TAE) Tampon, 50X1ère BaseBUF-3000-50X4LDiluer à 1X avant utilisation. La solution 1X contient 40 mM de Tris, 20 mM d’acide acétique et 1 mM d’EDTA.
Tampon Tris-EDTA (TE), 10X1ère BaseBUF-3020-10X4LDiluer à 1X avant utilisation. La solution 1X contient 10 mM de Tris (pH 8,0) et 1 mM d’EDTA.
BbsINEBR0539
BsmBINEBR0580
T4 DNA LigaseNEBM0202400 000 unités/ml
Kit de ligature rapideNEBM2200Une alternative à l’ADN ligase T4.
Kit de ligature rapide de l’ADNThermo ScientificK1423Une alternative à l’ADN ligase T4.
Kit de clonage TOPO PCR Zero BluntThermo Scientific451245La solution saline est livrée avec le vecteur TOPO dans le kit.
NEBuilder HiFi DNA Assembly Master MixNEBE2621LKit pour montage Gibson.
One Shot Stbl3 Chimiquement compétent E.ColiThermo ScientificC737303
LB Bouillon (Lennox), poudreSigma AldrichL3022Reconstituer en ddH20, et autoclave avant utilisation
LB Bouillon avec gélose (Lennox), poudreSigma AldrichL2897Reconstituer en ddH20, et autoclave avant utilisation
du milieu SOC--2,5 mM de KCl, 10 mM de MgCl2, 20 mM de glucose dans 1 L de bouillon LB
Ampicilline (sodium), USP GradeGold BiotechnologyA-301
REDiant 2X PCR Mastermix1ère BaseBIO-5185
Agarose1ère BaseBIO-1000
T7 Endonuclease INEBM0302
Extraction d’ADN plasmidique Miniprep KitFavorgenFAPDE 300
Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM), Hyclone à haute teneur en glucoseSH30081.014,5 g/L de glucose, sans L-glutamine, HEPES et pyruvate de sodium
L-glutamine, 200mM Gibco25030
Pénicilline-streptomycine, 10, 000U/mLGibco15140
0,25 % trypsine-EDTA, 1XGibco25200
Fœtus bovin Le sérumHycloneSV30160FBS est inactivé thermiquement avant utilisation à 56 oC pendant 30 minutes
Solution saline tamponnée au phosphate, 1XGibco20012
jetPRIME réactif de transfectionPolyplus Transfection114-75
Solution d’extraction d’ADN QuickExtract, 1.0EpicentreLUCG-QE09050
ISOLATE II Kit d’ADN génomiqueBiolineBIO-52067Une alternative à QuickExtract
Q5 ADN polymérase haute fidélitéNEBM0491
Désoxynucléotide (dNTP) Mélange de solutionNEBN0447
6X Colorant de chargement d’ADNThermo ScientificR061110 mM Tris-HCl (pH 7,6) 0,03 % de bleu de bromophénol, 0,03 % de cyanol de xylène FF, 60 % de glycérol, 60 mM d’EDTA
Cocktail d’inhibiteur de protéase, Set3Merck
Membrane nitrocellulosique, 0,2µ ; mBio-Rad1620112
Tris-glycine-SDS tampon, 10XBio-Rad1610772Diluer à 1X avant utilisation. La solution 1x contient 25 mM de Tris, 192 mM de glycine et 0,1 % de SDS.
Tampon tris-glycine, 10X1ère baseBUF-2020Diluer à 1X avant utilisation. La solution 1x contient 25 mM de Tris et 192 mM de glycine.
Ponceau S solutionSigma AldrichP7170
TBS, 20X1ère baseBUF-3030Diluer à 1X avant utilisation. La solution 1x contient 25 mM de Tris-HCl (pH 7,5) et 150 mM de NaCl.
Tween 20Sigma AldrichP9416
Lait écrémé pour immunodosageNacalai Tesque31149-75
WesternBright Sirius-femtogramme HRPAdvanstaK12043
Anticorps pour &bêta ;-actine (C4)Santa Cruz Biotechnologysc-47778Numéro de lot : C0916
Système MiSeqIlluminaSY-410-1003
Spectrophotomètre NanoDropThermo ScientificND-2000
Fluorimètre QubitThermo ScientificQ33226
EVOS FL Système d’imagerie cellulaireThermo ScientificAMF4300
plasmide CRISPR : pSpCas9(BB)-2A-GFP (PX458)Addgene48138Système à vecteur unique : L’ARNg est exprimé à partir du même plasmide.
Plasmide CRISPR : pX601-AAV-CMV ::NLS-SaCas9-NLS-3xHA-bGHpAAddgene61591Système à vecteur unique : L’ARNg est exprimé à partir du même plasmide.
Plasmide CRISPR : xCas9 3.7Addgene108379Système à double vecteur : L’ARNg est exprimé à partir d’un plasmide différent.
Plasmide CRISPR : pX330-U6-Chimeric_BB-CBh-hSpCas9Addgene42230Système à vecteur unique : L’ARNg est exprimé à partir du même plasmide.
Plasmide CRISPR : hCas9Addgene41815Système à double vecteur : L’ARNg est exprimé à partir d’un plasmide différent.
Plasmide CRISPR : eSpCas9(1.1)Addgene71814Système à vecteur unique : L’ARNg est exprimé à partir du même plasmide.
Plasmide CRISPR : VP12 (SpCas9-HF1)Addgene72247Système à double vecteur : L’ARNg est exprimé à partir d’un plasmide différent.
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Références

  1. Epinat, J. C., et al. A novel engineered meganuclease induces homologous recombination in yeast and mammalian cells. Nucleic Acids Research. 31 (11), 2952-2962 (2003).
  2. Arnould, S., et al.

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Réimpressions et autorisations

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