백시 니아 바이러스 (VV)가 널리 생물 의학 연구 및 인간 건강의 개선에 이용되고있다. 이 문서에서는 CRISPR-Cas9 시스템을 사용하여 VV 게놈을 편집 할 수있는 간단하고 효율적인 방법을 설명합니다.
The CRISPR-associated endonuclease Cas9 can edit particular genomic loci directed by a single guide RNA (gRNA). The CRISPR/Cas9 system has been successfully employed for editing genomes of various organisms. Here we describe a protocol for editing the vaccinia virus (VV) genome in the cytoplasm of VV-infected CV-1 cells using the RNA-guided Cas9. RNA-guided Cas9 induces double-stranded DNA breaks facilitating homologous recombination efficiently and specifically in the targeted site of VV and a transgene can be incorporated into these sites by homologous recombination. By using a site-specific homologous vector with transgene(s), a N1L gene-deleted VV with the red fluorescence protein (RFP) gene incorporated in this region was generated with a successful recombination efficiency 10 times greater than that obtained from the conventional homologous recombination method. This protocol demonstrates successful use of RNA-guided Cas9 system to generate mutant VVs with enhanced efficiency.
백시 니아 바이러스 (VV)는 폭스 바이러스 제품군에 속하는 포락선 DNA 바이러스이며, 천연두의 박멸의 의학에서 가장 큰 업적 중 하나에 중요한 역할을하고있다. 천연두의 포스트 박멸의 시대에, VV는 VV 벡터로 다양한 병원체의 유전자를 삽입하여 HIV 및 기타 전염성 질환 1-7에 대한 백신에 대한 유전자를 전달하는 벡터로 개발되었다. VV 또한 광범위 특히 종양 타겟팅 복제 콜리 틱 백시 니아 바이러스의 개발을 위해 암 면역 8-14을위한 벡터로서 사용되었다. 암세포에 대한 향상된 선택성 효과적인 백신 벡터를 생성하기 위하여, 바이러스 게놈 내에서 변형 유전자 결실 또는 유전자 치료의 도입을 포함해야한다.
DNA 기술의 발달과 VV으로 분자 생물학 및 바이러스학, 외래 DNA의 삽입 나은 이해를 달성 하였다 원래D 1980 (15)에 상 동성 재조합 (HR)을 사용. 이 방법은 여전히 VV 벡터를 구성하기위한 널리 사용되는 것입니다. 유전자 변형의 도입 이전에 감염된 세포에서 VV 게놈과 재조합 HR위한 셔틀 벡터를 사용하여 달성된다. 그러나,이 방법은 (1 % 미만의 상동 재조합 효율 16) 매우 비효율적 인 것으로 판명되었다 종종 비 대상 영역 및 / 또는 바이러스 팽창시의 마커의 손실에 선별 마커의 임의의 삽입을 초래한다.
게놈 유전자좌에 외래 DNA를 삽입 DNA 상동 재조합의 효율을 극적으로 이중 가닥 나누기 (DSBs) (17)의 존재로 향상 될 수있다. 따라서, 목표 궤적에서 DSBs을 유도 할 수있는 기술은 VV의 게놈 엔지니어링에 대한 큰 잠재력을 보유하고있다.
최근에 개발 된 CRISPR-Cas9 시스템은 VV 유전자 영역에 DSBs 트리거에 대한 약속을 보여줍니다. CRISPR-Cas9는 RNA-입니다침입 파지 및 기타 해외 유전 재료 18 ~ 20에 대한 적응 면역에 관여 인도 뉴 클레아. 미생물 종 (21)의 범위에서 세 CRISPR-CA는 시스템이있다. 유형 II-CRISPR 카스 시스템은 널리 진핵 세포 대규모 바이러스의 게놈 편집에 사용된다. 그것은 (연쇄상 구균 pyogenes의에서)에 RNA 유도 Cas9 효소로 구성되어, 하나의 가이드 RNA (sgRNA)와 트랜스 활성화 crRNA (tracrRNA) 22-24. Cas9 / sgRNA 복합체는 포유 동물 세포 22 5'- NGG-3 'Protospacer 인접 모티브 (PAM) 서열 23 항 상보 20 뉴클레오티드 게놈 서열을 인식한다. 성공적 유 전적으로 변형 된 세포, 바이러스의 효율적인 생성을 위해 사용 된 및 동물 모델 22-32.
CRISPR-Cas9 시스템은 VV의 세포질에서 상동 재조합과 함께 대상으로 게놈을위한 효율적인 도구가 될 입증 CV-1 세포를 감염S는 돌연변이 백시 니아 바이러스를 33, 34을 생성한다. 이러한 방법의 적용 가능성을 확장하기 위해, 우리는 이러한 시스템의 방법론에 대한 상세한 정보를 제시한다. 기술 된 프로토콜은 특정한 유전자 결실 돌연변이 VV를 생성 및 / 또는 치료 용 유전자와 돌연변이 바이러스를 암하는데 사용될 수있다.
치료 목적을위한 VV의 수정에 관한 두 가지 주요 목적이있다. 하나는 항 종양 치료 용으로 바이러스를 감쇠하는 티미 딘 키나제 (TK) 유전자로 특정 유전자를 제거한다. 다른 하나는 (예를 들면 GM-CSF와 같은) 원하는 치료 또는 유전자 (예 : 루시 페라 제 유전자 등) 마커 유전자 VV 팔이다. 이 중 하나를 달성하기 위해서는 대상 지역 / 유전자의 삭제를 포함한다. 직접적인 DNA 라이 게이션 방법 (35) 및 시험 관내 패키징 방법 36 TK 유전자 돌연변이와 변형 된 백시 니아 바이러스를 생성하기 위해 이전에 사용되어왔다. 그러나, 이들 방법에 의한 게놈에서 고유 한 제한 효소 부위의 부족 게놈의 다른 영역의 돌연변이에 관한 어플리케이션을 한정하고있다. 돌연변이 VV를 만드는 현재의 접근 방식은 상동 재조합 incorporati을 유도 2 시간 VV 감염 후 CV-1 세포에 선택 마커 (RFP 또는 GFP)와 셔틀 (기증자) 벡터의 형질을 포함한다대상 영역으로 선택 마커를 ng를. 마커 양성 플라크의 선택은 자신의 정제 24 시간 후 형질옵니다. 플라크 정제 공정은 10 라운드까지 걸릴 마지막 3~4주 종종 오프 대상 지역에 삽입 선택 마커로 바람직하지 않은 재조합 바이러스에 이르게 할 수 있습니다. DNA 이중 가닥 나누기 효과적으로 포유 동물 세포 37 상동 재조합을 유도 할 수 있으며,이 메커니즘을 활용하여, 돌연변이 VV의 생성 효율을 대폭 향상시킬 수있다. gRNA 유도 Cas9 시스템 성공적 게놈 편집에 사용하고 (25), 진핵 생물 (22)에 상 동성 재조합의 효율을 향상시켜왔다. 최근에, 숙주 세포에서 헤르페스 심플 렉스 바이러스는 gRNA 유도 Cas9 의해 편집 된 I 아데노 바이러스 유형의 게놈 시스템 (24). 이는 최근 CRISPR Cas9 시스템 효율적 VV 게놈 편집 및 표현하는 VV 벡터를 구성하기위한 강력한 도구임을 입증되었다특정 유전자.
두 N1L gRNA 유도 Cas9과 기존의 상동 재조합 (HR) 방법은 N1L의 동일한 대상 사이트에서 성공적인 HR 이벤트의 결과. 흥미롭게도, 그러나 전통적인 HR 방법보다 효율이 훨씬 높은 수준에서 Cas9 유도 HR을 gRNA 유도. 따라서 gRNA 유도 Cas9의 사용은 돌연변이 VVS를 얻기 위해 많은 플라크를 정화 할 필요가 없다. 이 작품에서 우리는 크게 gRNA 유도 Cas9 시스템 (33)을 이용하여 돌연변이 VV의 생성 효율 및 시간 프레임을 개선. 참고로, 상동 재조합의 높은 효율을 얻기위한 하나의 중요한 단계는 종래의 상 동성 재조합을 수행하기 전에 24 시간 동안 Cas9 및 gRNA 발현 플라스미드와 CV-1 세포를 형질 감염이다. 24 시간 간격 Cas9 및 gRNA 합리적인 수준에서 표현 될 수있다. 우리가 다른 gRNA가 t 서열을 발견 게다가 특정 유전자 타겟팅 gRNA 순서 최적화 될 필요가있다argeting N1L 유전자 효율성 33, 34으로 변화.
편집 VV의 CRISPR / Cas9에 대한 제한은 재결합의 첫 번째 라운드에서 RFP 양성 플라크의 낮은 속도입니다. 지루한 스크리닝 1 차 만드는 재조합 바이러스를 포함 RFP 양성 플라크 충분한 수 보통 적어도 10 6- 웰 플레이트가 필요할를 얻었다. 따라서, 이러한 한계를 극복 할 수있는 프로토콜을 최적화 할 필요성이 여전히 존재한다.
RFP 양성 플라크의 작은 크기는 6 웰 플레이트를 감염시키기 위해 사용되는 용 해물의 고용량에 의한 또 다른 잠재적 인 문제이다. 이를 극복하기 위하여, 용 해물의 작은 부피가 큰 크기의 RFP 양성 플라크를 획득하기 위하여 6- 웰 플레이트를 감염시키기 위해 사용되어야한다. 분해물의 작은 부피를 사용해도 RFP-부정적인 RFP에서 양성 플라크의 더 나은 분리를 위해 사용된다. 따라서 플라크 정화의 적은 라운드 순수한 RFP 양성 플라크를 얻기 위해 필요합니다.
<p효과는 항상 유전자 편집에서 원하지 않는 문제가 있습니다 오프 대상 클래스 = "jove_content">. CRISPR-Cas9 오프 대상 효과를 보여 주었다. VV 33 34 게놈 편집 그러나 gRNA 신중한 디자인, 오프 – 타겟 효과를 회피 할 수있다.이 VV의 게놈을 편집하는 gRNA 유도 Cas9 시스템을 사용하는 특정의 장점이다. 생물 의학 연구 및 병진 의학의 돌연변이 VVS의 개발을 가속화 할 CRISPR / Cas9 시스템을 사용하여, VV의 약속을 감안할 때. 또한, 이러한 시스템은 또한 그 액틴 기반의 운동을 위해 VV에 의해 사용되는 신호 전달 경로의 절개와 같은 세포 생물학의 발견을 촉진한다.The authors have nothing to disclose.
This work was supported by The MRC DPFS grant (MR/M015696/1) and Ministry of Sciences and Technology of China (2013DFG32080).
Plasmid #41824 | 41824 | Addgene | gRNA cloning vector |
pST1374 | 13426 | Addgene | Cas9 cloning vector |
pGEMT easy | A1360 | promega | repair donor vector cloning |
One Shot TOP10 Chemically Competent E .Coli | C4040-10 | Invitrogen | transformation |
QIAprep Spin Miniprep Kit | 27106 | Qiagen | plasmid extraction |
Dulbecco’s Eagle’s Medium (DMEM) | 11965-092 | Life Technologies | cell culture medium |
fetal bovine serum (FBS) | SH30088.03HI | Hyclone | cell culture serum |
penicillin, streptomycin | 15070-063 | Thermo Scientific | antibiotics |
Effectene | 301425 | Qiagen | transfection |
Thermo Scientific Nalgene Cryogenic vial; 2.0 mL | W-06754-96 | Thermo Scientific | collect virus |
fluorescence microscope | Olympus BX51 Fluorescence | Olympus | find RFP-positive plque |
DNeasy Blood & Tissue Kit | 69506 | Qiagen | DNA extraction |
Extensor Long PCR ReddyMix Master Mix | AB-0794/B | Thermo Scientific | PCR reagent |
10cm culture dish | Z688819-6EA | sigma | cell culture |
6-well plate | Z707759 | sigma | cell culture |
cell scraper | C5981 | sigma | scrap cells |
1XTrypsin-EDTA solution | T4299 | sigma | trypsinize cells |
Virkon | 95015661 | Anachem Ltd | desinfectant |
Falcon tube | CLS430791-500EA | Sigma | hold cell suspension |
N1L forward 5’-TATCTAGCAATGGACCGT-3’ | Sigma | PCR primer | |
N1L reverse 5’-CCGAAGGTAGTAGCATGGA-3' | Sigma | PCR primer | |
A52R forward 5’-ATAGGATTGTGTGCATGC-3’ | Sigma | PCR primer | |
A52R reverse 5’-TTGCGGTATATGTATGAGGTG-3’ | Sigma | PCR primer | |
RFP forward 5’- GCTACCGGACTCAGATCCA-3’ | Sigma | PCR primer | |
RFP reverse 5’-CGCCTTAAGATACATTGATGAG-3’ | Sigma | PCR primer | |
Argarose | A7431 | Sigma | resolve PCR product |
G:BOX F3 | G:BOX F3 | Syngene | UV gel doc |