Vaccinia virüsü (W), yaygın olarak biyomedikal araştırmalar ve insan sağlığının iyileştirilmesi kullanılmıştır. Bu makalede, bir CRISPR-Cas9 sistemini kullanarak VV genom düzenlemek için basit, yüksek verimli bir yöntem açıklanır.
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.
Vaccinia virüsü (VV) poksvirüs ailesine ait zarflı bir DNA virüsüdür ve çiçek eradikasyon tıpta büyük başarılarından biri çok önemli bir rol oynamıştır. Çiçek sonrası eradikasyon dönemde, VV VV vektörleri içine çeşitli patojenlerden genleri ekleyerek HIV ve diğer bulaşıcı hastalıklara karşı aşılar 1-7 genlerini sunmak için bir vektör olarak geliştirilmiştir. VV Ayrıca, bilhassa, tümör hedefli replike onkolitik vaccinia virüsü geliştirilmesi için kanser immünoterapisi 8-14 için bir vektör olarak kullanılmıştır. kanser hücreleri için geliştirilmiş seçiciliğe sahip etkili bir aşı maddesine vektörü oluşturmak için, viral genom içinde modifikasyonlar geni delesyonu veya terapötik genlerin katılmasıyla da dahil olmak üzere, gerekmektedir.
DNA teknolojisinin gelişmesi ve VV içine moleküler biyoloji ve viroloji, yabancı DNA'nın yerleştirilmesi daha iyi anlaşılması ile başlangıçta elde edildid 1980'lerde 15 homolog rekombinasyon (HR) kullanarak. Bu yöntem hala VV vektörleri oluşturmak için yaygın olarak kullanılan olduğunu. genetik modifikasyon giriş önceden enfekte edilmiş hücrelerde VV genom ile birleşir HR, bir mekik vektörü, kullanılarak elde edilir. Bununla birlikte, bu yöntem, (% 1'den daha az homolog rekombinasyon verimliliği 16) son derece verimsiz olduğu kanıtlanmıştır ve genellikle hedeflenmemiş bölgeler ve / veya virüs genişlemesi üzerine, markör kaybı içine seçim işaretleyicinin rastgele ekleme ile sonuçlanmaktadır.
Genomik lokuslar ekzojen DNA sokulması için DNA homolog rekombinasyon verimliliği önemli ölçüde çift iplikli kırılmalara (DSBs) 17 mevcudiyetinde arttırılabilir. Bu nedenle, hedef lokusların DSBs uyarabilir teknoloji VV genom mühendisliği için büyük bir potansiyele sahiptir.
Son zamanlarda geliştirilen CRISPR-Cas9 sistemin herhangi VV gen bölgesinde DSBs tetiklenmesi için umut vermektedir. CRISPR-Cas9 bir RNA olanişgalci fajlar ve diğer yabancı genetik materyallerin 18-20 karşı adaptif bağışıklık katılan güdümlü nükleaz. Mikrobiyal türlerin 21, bir dizi üç CRISPR-Cas sistemleri vardır. tip II CRISPR-Cas sistemi yaygın ökaryotik hücreler ve büyük virüs genomunu düzenlemek için kullanılır. Bu (Streptococcus pyogenes den), RNA yönlendirmeli Cas9 endonükleaz oluşur tek bir kılavuz RNA (sgRNA) ve trans-aktive edici crRNA (tracrRNA) 22-24. Cas9 / sgRNA kompleks bir memeli hücre 22 5'-NGG-3 'Protospacer bitişik motifi (PAM) sekansı, 23, önceki tamamlayıcı 20 nükleotid genomik dizisini tanır. Başarıyla genetik olarak tadil edilmiş hücreler, virüsler etkin üretimi için kullanılmaktadır ve hayvan modelleri 22-32.
CRISPR-Cas9 sistemi VV sitoplazmasında homolog rekombinasyon ile birlikte hedef genom için etkin bir araç olduğu kanıtlanmıştır CV-1 hücre enfekte olans mutant aşı virüsleri 33, 34 oluşturmak için. Bu yöntemin potansiyel uygulama uzatmak için, biz bu sistemin metodolojisi hakkında detaylı bilgi sunmak. Açıklanan protokol, belirli bir geni delesyonu ile bir mutan VV oluşturmak ve / veya terapötik bir transgen mutant virüs kol için de kullanılabilir.
tedavi amaçlı VV değişiklik ile ilgili olarak iki ana amacı vardır. Bu tür bir anti-tümör terapötik kullanım için virüs azaltmak için timidin kinaz (TK) geni gibi, belirli bir gen silme etmektir. Diğer (GM-CSF gibi) arzu edilen bir terapötik gen ya da (örneğin, lusiferaz geni gibi) bir işaretleyici gen ile VV kol etmektir. Bunlardan birini başarılması bir hedef bölge / genin silinmesini gerektirir. Bir doğrudan DNA ligasyonu yöntemi 35 ve bir in vitro paketleme yöntemi 36 TK geni modifikasyonları mutant vaccinia virüsleri üretmek için daha önce kullanılmıştır. Bununla birlikte, bu yöntemler, bağlı genom arasında benzersiz restriksiyon enzimi bölgeleri eksikliğine genomunda başka bölgelerde mutasyon ile ilgili kısıtlı uygulanma olanakları vardır. Mutant VV oluşturmak için mevcut bir yaklaşım, homolog rekombinasyon incorporati endüklemek üzere iki saat VV ile enfeksiyondan sonra CV-1 hücrelerinde bir seçim işaretleyici (RFP veya GFP) ile mekik (donör) vektörünün transfeksiyonu kapsarHedef bölgeye seçim markerini ng. Marker-pozitif plak seçimi saflaştırılması 24 saat sonra transfeksiyonu ile takip edilir. plak saflaştırma işlemi, 10 mermi kadar sürebilir son 3-4 hafta ve genellikle kapalı hedef bölgelerde takılı seçim işaretleri ile istenmeyen rekombinant virüslerin neden olabilir. DNA, iki iplikçikli kırılmalar etkili memeli hücrelerinde 37 homolog rekombinasyona neden olabilir, ve bu mekanizma yararlanarak, mutan VV üretme verimi büyük ölçüde geliştirilebilir. GRNA eşliğinde Cas9 sistemi başarılı bir şekilde genom düzenleme çalışan ve 25, ökaryotik organizmalar 22 homolog rekombinasyon verimliliği arttırır edilmiştir. Son zamanlarda, konakçı hücreler, herpes simpleks virüsü gRNA güdümlü Cas9 tarafından düzenlendiği bir adenovirüs ve tip genleri sistem 24. En son CRISPR yer Cas9 sistemi etkin bir şekilde W genomuna düzenleme ve ifade etmek için bir VV vektörünün elde edilmesi için güçlü bir araç olduğu gösterilmiştirÖzellikle geni.
Her iki N1L gRNA güdümlü Cas9 ve geleneksel homolog rekombinasyon (HR) yöntemi N1L aynı hedef bölgeye başarılı İK etkinlikleri sonuçlandı. İlginç bir şekilde, bununla birlikte, geleneksel sıcak yöntem daha verimliliği çok daha yüksek seviyelerde Cas9 neden HR gRNA eşliğinde. Bu nedenle, gRNA güdümlü Cas9 kullanımı mutan VVS elde etmek için çok sayıda plak saflaştırılması ihtiyacını ortadan kaldırır. Bu çalışmada, önemli ölçüde gRNA güdümlü Cas9 sistemi 33 kullanılarak mutant VV üretimi için verimlilik ve zaman çerçevesi geliştirmiştir. Dikkat çekici bir şekilde, benzer bir yeniden birleştirme yüksek verim elde etmek için bir kritik adım geleneksel homolog rekombinasyon gerçekleştirmeden önce 24 saat boyunca Cas9 ve gRNA ifade eden plasmidler ile CV-1 hücrelerini transfekte etmektir. 24 saat aralığı Cas9 ve gRNA makul bir düzeyde ifade edilmesini sağlar. Farklı gRNA t dizileri tespit Dahası, belirli bir geni hedef gRNA sekansı optimize edilmesi gerekebilirargeting N1L geni verimliliklerinin 33, 34 değişiyordu.
düzenleme VV CRISPR / Cas9 için sınırlama rekombinasyon ilk turda RFP-pozitif plaklar düşük oranıdır. sıkıcı tarama ilk tur yapar rekombinant virüs içeren TTT pozitif plaklar yeterli sayıda, genellikle en az on 6 oyuklu plakalar ihtiyaç vardır, elde etmek için. Bu nedenle, bu sınırlamayı aşmak için protokol optimize etmek için bir ihtiyaç vardır.
TTT pozitif plaklar küçük boyutlu 6 oyuklu plaka enfekte etmek için kullanılan lizat bir yoğunluğu nedeniyle bir başka olası sorun vardır. Bunun üstesinden gelmek için, lizat daha az miktarda daha büyük bir boyutu TTT-pozitif plaka elde etmek için bir 6-yuvalı plaka enfekte etmek için kullanılır. Lizat daha küçük bir hacmi kullanılması da TTT negatif olanlar TTT pozitif plaklar daha ayrılması için sağlayacaktır. Sonuç olarak plak arınma az mermi saf RFP-pozitif plaklar almaları gerekmektedir.
<petkiler her zaman gen düzenleme istenmeyen bir sorunu vardır Off-hedefe class = "jove_content">. CRISPR-Cas9 off-hedef etkilerini göstermiştir. VV 33, 34 genomları düzenlerken Ancak, gRNA dikkatli tasarımı ile, hedef dışı etkileri önlenebilir. Bu VV genomu düzenleme için gRNA eşliğinde Cas9 sistemini kullanarak özel bir şeydir. biyomedikal araştırmalar ve translasyonel tıpta mutant VVS gelişimini hızlandıracak CRISPR / Cas9 sistemini kullanarak, VV vaatlerde. Buna ek olarak, böyle bir sistem aynı zamanda onun aktin esaslı hareketlilik için VV tarafından kullanılan sinyal yollarının diseksiyonu olarak hücre biyolojisinde keşifler, hızlandırmak olacaktır.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 |