פרוטוקול עבור הייצור של וקטורים Lentiviral חשוכת-Integrase עבור CRISPR/Cas9-מתווכת נוקאאוט גנטי חלוקת תאים

ג’ין מדויק עריכה צורות היסוד של התקדמות גדולה ביו המערבות הפיתוח של אסטרטגיות מקוריות כדי להתמודד עם מחלות גנטיות. At בחזית טכנולוגיות לעריכת ג’ין היא השיטה להסתמך על השימוש clustered regularly –אניnterspaced sהורט palindromic repeats (CRISPR) / מערכת Cas9 היה מזוהה תחילה רכיב של חיידקי חסינות מפני הפלישה של החומר הגנטי הנגיפי (נבדקה הפניות^1,2). יתרון גדול של מערכת CRISPR/Cas9 על עריכת הגן כלים אחרים, כגון אבץ-אצבע nucleases (ZFNs) ו- nucleases אפקטור activator דמוי שעתוק (TALENs) (נבדקה הפניה³), הוא הפשטות היחסית של פלסמיד עיצוב ו בניית רכיבים CRISPR — תכונה יש מופעל הרחבת גן לעריכת ממעבדות מיוחדים כמה רחב יותר לקהילה מחקר רב. בנוסף, הפשטות של תכנות CRISPR/Cas9 ואת יכולת זיהוי המטרה מרובבת יש נוספת מונעת את הפופולריות שלו כטכנולוגיה חסכוניים, קל לשימוש. בין השיטות השונות לרשות החוקרים למסור לרכיבים אלה לעריכת ג’ין תאים, וקטורים ויראלי נותרו עד כה במערכת הפופולרית והיעילה ביותר.

Lentiviral וקטורים (אותו) הופיעו כמו הרכב של לספק את הרכיבים של CRISPR/Cas9 מערכת ויוו עבור יישומים שונים ומגוונים^4,5,6,7. מספר תכונות מפתח להפוך אותו בחירה פופולרית עבור תהליך זה כולל את היכולת שלהם להדביק החלוקה הלא-חלוקת תאים, immunogenicity נמוך, והן רעילות מינימלית הסלולר (נבדקה הפניה⁸). כתוצאה מכך, LV בתיווך ריפוי גנטי כבר מועסקים בטיפולים של מחלות זיהומיות, כגון HIV-1, HBV ו- HSV-1, כמו גם את התיקון של פגמים הבסיסית האנושית מחלות תורשתיות, כגון סיסטיק פיברוזיס, ניאו-וסקולרית ניוון מקולרי ^{4 , 5 , 7 , 9 , 10 , 11}. Moreover, הזינו אותו ביעילות שונו כדי לבצע ג’ין מולטיפלקס העריכה ברורים לוקוסים גנומית באמצעות מערכת של וקטור יחידה¹².

עם זאת, המאפיין הטבועה של אותו לשלב לתוך הגנום המארח יכול להיות מוטגן, לעיתים קרובות מגבילה את השירות שלהם בתור כלי רכב משלוח transgene, במיוחד בהגדרות קליני. יתר על כן, מאז אותו משולבת stably אקספרס transgenes שלהם ברמה גבוהה בר קיימא, מערכת זו היא נועד למסירה של עריכת ג’ין רכיבים כגון CRISPR/Cas9; ביטוי של Cas9-מדריך RNA (gRNA), חלבונים דומים כגון ZFNs, קשורים עם רמות גבוהות של חופש-יעד אפקטים, הכוללים מוטציות לא רצויים^{13,14,15,16 , 17} פוטנציאלי יכול לשפר את cytotoxicity¹⁸. כדי להשיג דיוק לעריכת ג’ין עם תופעות מינימליות את המטרה, לכן לבריאותה של עיצוב מערכות המאפשרות עבור הביטוי ארעית של ג’ין עריכה רכיבים.

בשנים האחרונות פותחו מגוון רחב של פלטפורמות משלוח לבטא transiently CRISPR/Cas9 תאים^16,19,20,21 (נבדקה הפניה²²). אלה כוללים שיטות המסתמכות על ישירות ידביקו מטוהרים Cas9 יחד עם RNAs המדריך המתאים תאים, אשר הוצגה להיות יעילה יותר ממוקד לעריכת ג’ין לעומת תקנים בתיווך פלסמיד¹⁶. מחקרים הראו כי ribonucleoprotein (RNP) מתחמי המורכב מדריך RNA/Cas9 החלקיקים מופעלים במהירות לאחר תיווכה ביקוע DNA במטרות שלהם, רומז כי הביטוי לטווח קצר של רכיבים אלה מספיקה להשיג גנים חזקים עריכה¹⁶. . שכעיקרון, שילוב שאינו וקטור ויראלי פלטפורמות כגון adeno-הקשורים וקטורים ויראלי (AAVs) יכול לספק אלטרנטיבה מעשית כדי לספק מכונות לעריכת גנים לתאים. למרבה הצער, AAV capsids בעלי יכולת אריזה נמוך משמעותית מאשר אותו (< 5kb), אשר פוגעת קשות ביכולתם כדי לארוז את ערכת הכלים CRISPR רב רכיבים בתוך וקטור יחידה (נבדקה הפניה⁸). ראוי לציין כי תוספת של תרכובות היסטון deacetylases (למשל, נתרן butyrate²³) לעכב או לעצור את מחזור התא (למשל, קפאין²⁴) הוכחו להגביר את lentiviral titers. למרות התקדמות האחרונות, המערכות ביטוי ארעי פיתחה עד כה הם עדיין מובן חסרונות מספר, כגון יעילות ייצור נמוכה יותר, אשר להוביל titers ויראלי מופחתת ויעילות נמוכה התמרה חושית של וירוסים שנוצר דרך כך ניגש²⁵.

וקטורים lentiviral חשוכת-Integrase (IDLVs) מייצגים לקידום המשמעותי בפיתוח של ג’ין-מסירה רכב, המשלבים את היכולת אריזה של אותו עם ערך מוסף כמו AAV תחזוקה episomal בתאים. תכונות אלה מסייעות IDLVs במידה רבה לעקוף את הנושאים העיקריים הקשורים עם שילוב של וקטורים, ושהבנק vis ביטוי רציף של פוטנציאל genotoxic רכיבים, המוטגניות בתיווך אינטגרציה. בעבר הוכח כי ניתן לשנות בהצלחה IDLVs כדי לשפר את ג’ין episomal ביטוי^26,27. לגבי משלוח בתיווך IDLV CRISPR/Cas9, ייצור נמוך titers וביטוי התחתון של הגנום בעקיצות episome ביחס למערכות lentiviral integrase שולטים מגביל את השירות שלהם פיד ה בונה כלי להעברת לעריכת הגנום בונה מהונדס. לאחרונה להדגים כי הביטוי transgene והן titers ויראלי המשויך IDLV ייצור באופן משמעותי משופר על ידי הכללת מחייב אתרים עבור גורם שעתוק Sp1 בתוך קלטת הביטוי ויראלי²⁸. IDLVs ששונה robustly הנתמכים בתיווך CRISPR גן לעריכת במבחנה (בתאים HEK-293T) והן ויוו (בתוך הנוירונים במוח mitotic פוסט), תוך גרימת מוטציות את המטרה מזערית בהשוואה המתאימה בתיווך ICLV מערכות²⁸. בסך הכל, פיתחנו רומן, ערכת CRISPR קומפקטי, ה-all-in-one נישא על פלטפורמה IDLV, התווה את יתרונות שונים של שימוש כזה משלוח הרכב לעריכה ג’ין משופרת.

כאן, פרוטוקול הייצור של המערכת IDLV-CRISPR/Cas9 הוא כמתואר לעיל, כולל את השלבים השונים הכרוכים הרכבה, היטהרות, ריכוז, וכן טיטור של IDLVs, כמו גם אסטרטגיות כדי לאמת את היעילות לעריכת גנים של וקטורים אלה. פרוטוקול זה בקלות להרחבה כדי לענות על הצרכים של חוקרים שונים והוא נועד ליצור בהצלחה LV וקטורים עם titers בטווח של 1 x 10¹⁰ יחידות (טו) transducing / mL. הווקטורים שנוצר באמצעות פרוטוקול זה יכול להיות מנוצל ביעילות תדביק את מספר סוגי תאים שונים, לרבות קשה-עד-מגלי בתאי גזע עובריים, תאים hematopoietic (תאי-T ו מקרופאגים), ותרבותית, vivo– נוירונים מוזרק. יתר על כן, הפרוטוקול היא באותה מידה מותאם היטב עבור הייצור של וקטורים lentiviral integrase-המוסמכת בכמויות דומות.

איור 1: אריזה IDLV. (א) סכמטית פראי סוג integrase חלבון (ב’) פלסמיד ששונה נבעה psPAX2 (ראה שיטות בנייה פלסמיד לפרטים). נציג agarose ג’ל תמונה של שיבוטים איבחון integrase מוטציה שיבוטים. דגימות די אן איי המוכנים דנ א פלסמיד רגיל בידוד ערכת מיני נותחו על ידי עיכול עם EcoRV ו- SphI. מתעכל כראוי השיבוט (מס ‘ 5, תיבת אדום מקווקו) נוסף אומתה על ידי רצף ישיר (סנגר) עבור החלפה D64E ב INT. בקלטת האריזה לקויה integrase נקרא pBK43. (ג) תיאור סכמטי של פרוטוקול תקנים ארעי מועסקים ליצירת וקטורים IDLV-CRISPR/Cas9, מציג 293T תאים transfected עם VSV-G, אריזה transgene קלטות (Sp1-CRISPR/Cas9 ה-all-in-one פלסמיד). נגיפים זה באד של קרום התא להכיל את הרנ א באורך מלא של וקטור (הביע מ הקלטת transgene). הדור השני של מערכת IDLV-אריזה שימש, אשר כוללת את חלבוני Tat, הכומר Rev ביטוי נוסף מצורפים מ קלטת נפרדת (RSV-REV-פלסמיד). Abbrev: משמאל לימין-ארוך-מסוף stomatitis vesicular אני חוזר, VSV-G, וירוס גרם חלבון, יזם pCMV-cytomegalovirus; סרקומה ראוז יזם וירוס (RSV); הכנה-(רכיב תשובה Rev). רכיבים אחרים רגולטוריות בקלטת ביטוי כוללות אתרים מחייב Sp1, רכיב Rev תשובה (הכנה), מרמיטה הפטיטיס וירוס Posttranscriptional תקינה רכיב (WPRE), מקדם 1α גורם התארכות הליבה (EFS-NC), האריזה וקטור רכיב ψ (psi), אנושי המקדם Cytomegalovirus (hCMV) ויזם U6 אנושי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.