간단 하 고 효율적인 비용 효율적인 대규모 gRNA 라이브러리를 생성 하기 위한 방법 이어야 한다. 우리는 표적 DNA의 효소 소화에 따라 gRNA 라이브러리의 생산에 대 한 프로토콜을 설명 합니다. 이 메서드를 CORALINA (제어 nuclease 활동을 통해 포괄적인 gRNA 라이브러리 세대) 비용이 많이 드는 사용자 지정 oligonucleotide 종합에 대안을 선물 한다.
게놈과 epigenome 엔지니어링에 대 한 CRISPR/Cas9 시스템의 인기는 그것의 간명 및 적응성에서 유래한 다. (Cas9 nuclease 또는 nuclease 죽은 dCas9 융합 단백질)는 이펙터 가이드 RNA, 또는 gRNA로 알려진 작은 합성 RNA 게놈에 있는 특정 사이트에 대상 이다. CRISPR 시스템의이 분 자연 플라스 미드 라이브러리 포함 식 카세트 개별 gRNAs의 수천의 단일 실험에서 많은 다른 사이트가 사용할 수 있습니다 이후 접근 차단에 그것의 사용을 수 있습니다.
날짜 하려면, 라이브러리의 건설에 대 한 gRNA 시퀀스는 oligonucleotide 종합 라이브러리에서 시퀀스의 달성 복잡성을 제한 하 고 상대적으로 비용 많이 사용에 의해 거의 독점적으로 생성 된 것. 여기, CORALINA (제어 nuclease 활동을 통해 포괄적인 gRNA 라이브러리 세대)에 대 한 상세한 프로토콜 간단 하 고 매우 복잡 한 gRNA 라이브러리의 생성에 대 한 비용 효율적인 방법을 입력 DNA의 효소 소화에 기반, 설명. DNA의 모든 소스에서 CORALINA 라이브러리를 생성할 수 있습니다, 이후 사용자 지정에 대 한 옵션을 많이 존재, CRISPR 기반 스크린의 큰 다양성을 사용 한다.
분자 타겟팅 도구 세균 CRISPR/Cas9 시스템의 적응 분자 생물학에 있는 가장 최근의 혁명을 발생합니다. 그것은 결코 전에 너무 쉽게 정의 된 genomic 위치에서 chromatin 조작 되었습니다. CRISPR의 일반적인 응용 프로그램에는 타겟된 유전자 돌연변이1, 게놈 엔지니어링2,3, transcriptional 활성화 및 유전자 침묵4편집 epigenome 포함 됩니다. 하나의 특정 CRISPR 시스템의 장점은 응용 프로그램 잘 공부 후보 사이트에 국한 되지 않습니다 gRNA 라이브러리 덜 편향된 스크린을 가능 하 게로. 이러한 사전 실험 지식 없이도 게놈에서 기능 loci의 발견을 촉진 한다. 그러나, gRNA 도서관 건설 현재 주로 기반으로 올리고 뉴클레오티드 종합과 인간의 하지 않은 gRNA 라이브러리를 구매 제한 옵션은 열거나 외부 원본 또는 대상 영역을 마우스 프레임을 읽고. 따라서, 비록 CRISPR 화면이 이미 엄청나게 강력한5,6,7,8, 입증 된 그들의 풍부한 잠재력은 하지 아직 되었습니다 악용.
극복 하기 위해 클래식 gRNA 세대 방법 두 가지 전략의 한계 최근에 개발 되었습니다. 둘 다 사용자 지정 oligonucleotide 합성에 의존 하는 것 보다는 표적 DNA의 효소 소화를 제어 기반으로 합니다. 제한 효소의 사용 CORALINA9 micrococcal nuclease만 현재 사용할 수 있는 다른 방법을 CRISPR 먹고10, 사용 하는 동안 (Hpa2 세, ScrFI, Bfa Mme와 나 나). 중요 한 것은, 두 기술은 어떤 입력된 DNA gRNA protospacer 시퀀스의 소스 역할에 적용할 수 있습니다. CRISPR 먹는 방법 누구의 대상 사이트는 필요한 S.pyogenes 팸 (protospacer 인접 한 동기)에 의해 준수 하지 복제 gRNAs의 수를 줄일 수 있도록 전략 고용, 하는 동안 그것에 대 한 모든 가능한 기능 gRNAs의 극히 일부에 생성 한 지정 된 지역입니다. CORALINA, 다른 한편으로, 소스 시퀀스에 대 한 모든 잠재적인 gRNAs를 생성할 수 하 그러나 또한 비 기능 가이드의 더 높은 부분을 통합 한다. gRNA 라이브러리 생성 제어 nuclease 활동을 통해 어떤 종족에 대 한 포괄적인 gRNA 라이브러리의 생산 수 있습니다 간단 하 고 비용 효율적인 방식으로 어떤 Cas9 단백질 또는-이펙터 시스템. 또한, CORALINA은 라이브러리 유형, 크기 및 콘텐츠를 정의 하는 적절 한 입력 및 벡터 선택 사용자 지정에. 여기, 상세한 프로토콜을 제시 세균 인공 염색체 (BACs) 또는 genomic DNA9를 포함 하 여 DNA (그림 1)의 다양 한 소스 로부터 포괄적인 gRNA 라이브러리의 생성에 사용할 수 있습니다. 이 프로토콜을 동반 하는 대표적인 결과 BAC dna CORALINA 프로토콜을 적용 하 여 파생 되었다.
CORALINA는 표적 DNA의 제어 nuclease 소화에 의해 대규모 gRNA 라이브러리를 생성 하 고 결과 이중 좌초 파편의 클로닝을 대량을 사용할 수 있습니다. 통계적 추론을 많은 10 이상7 개별 gRNA 시퀀스는 이미 성공적으로 복제 된 손9에서 프로토콜을 사용 하 여 나타냅니다. CORALINA는 여러 가지 방법으로 사용자 지정할 수 있습니다. 템플릿 DNA의 대상 지역 및 생성 된 라이브러리의 최대한 복잡성을 정의합니다. 이 프로토콜을 사용 하 여, CORALINA 이전 인간에서 생성 된 도서관과 마우스 게놈 DNA9. 여기에 제시 하는 대표적인 결과 순화 된 BAC DNA에서 CORALINA 라이브러리의 묘사. 추가 사용자 지정 gRNA 식 벡터 및 링커 시퀀스의 선택에 의해 얻을 수 있습니다. 이전 작은 변이 가진 깁슨 어셈블리 링커 길이의 3 개의 다른 쌍 효율9에서 테스트 했습니다.
소화는 대량 DNA에서 그들의 근원, 인 CORALINA gRNAs의 protospacer는 일반적으로 하지 정확히 20 길이, 그러나 쇼는 길이 분포에 따라 달라 집니다 의미와 bp는 절단의 크기 뿐만 아니라 MNase 소화의 매개 변수 페이지 젤에서 만든 s. 대표 예제 그림 2B 와 C, 19 및 27 혈압 사이의 평균 길이 가진 조각 묘사. 우리의 경험에서는, 파편의 길이 생성 된 gRNA protospacer9충실 하 게 유지 됩니다. 20 보다 짧은 조각 동안 혈압 결과 gRNAs의 높은 오프 대상 비율 때문에 피해 야 한다, 더 긴 파편은 그것 이후 다운스트림 응용 프로그램에 대 한 문제가 훨씬 적은 증명 그 gRNAs와 protospacers 45 만큼 가능성이 혈압은 여전히 기능9.
CORALINA 프로토콜의 2 개의 가장 중요 한 단계는 MNase 소화 조각과 복제 단계의 크기 선택. 너무 짧은 조각의 세대 (예: 평균 18 아래 혈압) 또는 너무 많은 빈 gRNA 식 벡터의 라이브러리를 쓸모 없는 렌더링 것 이다. 따라서, MNase 소화 단계 (그림 2A)을 최적화, 모니터링 절단 (그림 2B, C), gRNA 벡터 등뼈의 완전 한 소화를 위한 확인 하 고 프로토콜을 통해 아무 조각 컨트롤 포함 하는 것이 중요 하다. 특별 한 주의 또한 보존 gRNA 라이브러리의 표현 주의가 있다. 라이브러리 생성에의 한 일반적인 병목은 일반적 확대를 위한 박테리아에 플라스 미드의 효율적인 전송입니다. 따라서, 우수한 역량을 가진 박테리아의 다량 및 많은 수의 개별 electroporation 이벤트는 gRNA 클론의 높은 숫자를 달성 하는 데 필요한.
GRNA 라이브러리 생산을 위한 새로운 전략 다음 년간 CRISPR 기반 심사 접근의 완전 한 잠재력을 수확 하는 데 필요한 것입니다. 심사 모델 시스템 및 다른 CRISPR 기반 엔지니어링 접근의 더 큰 수를 받을 수 있도록 필수 대규모 라이브러리를 생성 하기 위해 비용 효율적인 간단 하 고 사용자 정의 방법에 대 한 상당한 수요가 있다. CORALINA는이 위한 첫 걸음을 제공 하 고 있다. 잠재적인 사용 하는 매니폴드, 게놈의 종합 라이브러리를 생성 하는 특히, cDNA 파생 덜 일반적인 모델 시스템의 라이브러리, 고도로 집중된 라이브러리와는 다른 CRISPR 단백질 (다른 팸에에서 실험적인 체제 요구 사항) 조합에 사용 됩니다.
다른 메서드와 달리 CORALINA 입력 DNA에서에서 모든 가능한 gRNAs를 생성합니다. 그러나, 하나의 방법의 단점은 gRNAs 필요한 팸 시퀀스 부족도 라이브러리, gRNA 라이브러리 세대, CRISPR 식사 (표 1)에 대 한 두 번째 효소 방법으로 공유 하는 기능에에서 포함 됩니다. 이상적인 방법의 선택 gRNA 라이브러리 생성 계획된 심사의 사양에 따라 실험, 특히 자연 (genic, 규제, intergenic) 및 대상 지역 (단일 로커 스, 여러 지역, 게놈 넓은)의 크기. 우리가 볼 때 비 코딩의 많은 CORALINA를 사용 하 여 특별 한 거꾸로 또는 규제 지역 분석, 불완전 한 또는 신뢰할 수 없는 정보 라면 (이국적인 모델 시스템, 종 (예: microbiomes)의 혼합물 또는 실험적 입력 받음), 다른 CRISPR endonucleases 결합 또는 짧고 정의 된 장소 (예: BACs로 표현)에 수행 분석을 흠뻑 젖 게.
The authors have nothing to disclose.
저자 교수 박사 스테판 벡과 교수 박사 막달레나 Goetz 그들의 입력에 대 한 감사, 도움말 및 지원에서 CORALINA 방법, 막시밀리안 Wiessbeck 도움이 의견에 대 한 발렌틴 바 우만 개발 하 고 싶습니다. 작품은 DFG (STR 1385/1-1)에 의해 지원 되었습니다.
500 mM EGTA | Sigma Aldrich | 03777-10G | 1.4., Inactivation of Mnase |
Novex Hi-Density TBE Sample Buffer | Thermo Fisher Scientific | LC6678 | 2.1. |
Novex® TBE Gels, 20%, 10 well | Thermo Fisher Scientific | EC6315BOX | 2.1., pre-made 20 % PAGE gel |
O'RangeRuler 5 bp DNA Ladder, | Thermo Fisher Scientific | SM1303 | 2.1. |
Novex® TBE Running Buffer | Thermo Fisher Scientific | LC6675 | 2.1., PAGE gel running buffer |
Disposable scalpel, sterile | VWR | 233-5363 | 2.3., other equivalent reagents may be used |
SYBR Green I nucleic acid stain (1000x concentrate in DMSO) | Sigma Aldrich | S9430 |
2.3. +2.5., also available from Thermo Fisher Scientific (S7563) |
UltraPure Phenol:Chloroform:Isoamyl Alcohol (25:24:1) | Thermo Fisher Scientific | 15593-031 | 3.6.1. + 4.3., other equivalent reagents may be used |
Glycogen | Sigma | 10901393001 | 3.6.4., other equivalent reagents may be used |
3M Sodium acetate , pH5.2 | Thermo Fisher Scientific | R1181 | 3.6.4., other equivalent reagents may be used |
Ethanol | 3.6.4. + 9.1.8., molecular biology grade | ||
Quick blunting kit | New England Biolabs | E1201 | 4.1. |
ammomium acetate | Sigma | A1542 |
3.1., other equivalent reagents may be used |
magnesium acetate | Sigma | M5661 |
3.1., other equivalent reagents may be used |
0.5 M EDTA (pH 8.0) | VWR | MOLEM37465520 (or Promega V4231) | 2.2. + 3.1., other equivalent reagents may be used |
Agencourt AMPure XP beads | Beckman coulter | A63881 | 5.3. + 6.5. |
Gel extraction kit | QIAGEN | 28704 | 5.7.+ 7.1. +8.4., other equivalent reagents may be used |
concentrated T4 DNA ligase | New England Biolabs | M0202T | 6.1.+ 8.1.2. |
Long Amp Taq 2X Master Mix | New England Biolabs | M0287S | 6.3. |
Phusion High-Fidelity PCR Master Mix with HF Buffer | New England Biolabs | M0531S | 5.1. + 6.6., other equivalent reagents may be used |
HindIII | New England Biolabs | R0104S | 5.4.1. |
SacII | New England Biolabs | R0157S | 5.4.2. |
AgeI | New England Biolabs | R0552S | 8.2.1. |
Tris base | Sigma | 93362 | 8.1.1. |
2M MgCl | Sigma | 93362 | 8.1.1. |
dGTP,dATP, dCTP, dTTP | New England Biolabs | N0446S | 8.1.1. |
DTT | Sigam | DTT-RO |
8.1.1. |
PEG-8000 | Sigma | P5413 |
8.1.1. |
NAD | Sigma | N6522 |
8.1.1. |
T5 exonuclease | New England Biolabs | M0363S | 8.1.2. |
Phusion DNA polymerase | New England Biolabs | M0530S | 8.1.2. |
Taq DNA ligase | New England Biolabs | M0208L | 8.1.2. |
rSAP | New England Biolabs | M0371S | 8.3.1. |
TG1 competent cells | Lucigen | 60502-1 | 9.1. |
1mm gap electroporation cuvettes | VWR | 732-2267 | 10.2. |
Bio-Assay Dish (Polystyrene, 245 mm x 245 mm x 25 mm) | Fisher Scientific | DIS-988-010M | 9.4. |
NaCl | Sigma | S7653 | 9.3. |
Bacto-tryptone | BD | 211705 | 9.3. |
Yeast extract | BD | 212750 | 9.3. |
Agar | Sigma | A1296 |
9.4. |
Glycerol | Sigma | G5516 |
9.17. |
MNAse | New England Biolabs | M0247S | 1.1. |
Nanodrop | Thermo Fisher Scientific | ND-2000 | throughout |
Micropulser | Biorad | 165-2100 | 10.2. |
Electroporation cuvettes | Biorad | 732-2267 | 10.2. |
250 ml centrifuge tubes | Corning | 430776 | 9.1-9.9. |