Büyük ölçekli gRNA kitaplıkları oluşturmak için yöntemleri basit, verimli ve maliyet-etkin olmalıdır. Biz gRNA kütüphaneler hedef DNA Enzimatik sindirim üzerinde dayalı üretim için bir iletişim kuralı tanımlamak. Bu yöntem CORALINA (kapsamlı gRNA Kütüphane üretimi kontrollü nükleaz faaliyetleri ile) pahalı özel Oligonükleotid sentezi için bir alternatif sunuyor.
Genom ve epigenome mühendisliği için CRISPR/Cas9 sistemi popülerlik onun sadelik ve adaptasyon kaynaklanıyor. Bir efektör (Cas9 nükleaz veya nükleaz ölü dCas9 füzyon proteini) tarafından Kılavuzu RNA veya gRNA olarak bilinen küçük bir sentetik RNA genomu belirli bir sitedeki hedeflenmektedir. CRISPR sistem önerebilirim doğası plazmid kitaplıkları içeren ifade kaset binlerce bireysel gRNAs tek bir deney birçok farklı sitelerdeki sorgulamak için kullanılabilir beri yaklaşımlar eleme içinde kullanımı sağlar.
Bugüne kadar gRNA dizileri kitaplıkları inşası için neredeyse sadece kütüphane serilerinde ulaşılabilir karmaşıklığı sınırlar ve görece maliyet yoğun Oligonükleotid sentezi tarafından üretilmedi. Burada, ayrıntılı bir protokol CORALINA (kapsamlı gRNA Kütüphane üretimi kontrollü nükleaz faaliyetleri ile), basit ve son derece karmaşık gRNA kütüphaneler nesil için düşük maliyetli yöntemi, giriş DNA Enzimatik sindirim üzerinde temel açıklanan. DNA’ın herhangi bir kaynaktan CORALINA kütüphaneleri oluşturulabilir beri pek çok seçenek özelleştirme için çok çeşitli ekranlar CRISPR tabanlı etkinleştirme mevcuttur.
Bakteriyel CRISPR/Cas9 sistem adaptasyonu moleküler hedefleme aracı olarak Moleküler biyolojide en son devrim neden oldu. Daha önce hiç Kromatin tanımlanmış genomik yerlerde işlemek çok kolay. CRISPR ortak uygulamalar arasında hedeflenen gen mutasyonlar1, genom mühendislik2,3, transkripsiyon harekete geçirmek ve4susturmak gen düzenleme epigenome. GRNA kütüphaneler daha az önyargılı ekranlar mümkün kılmak gibi bir belirli CRISPR sistem uygulamaları iyi okudu aday sitelere sınırlı değildir avantajdır. Bunlar olmadan herhangi bir ön deneysel bilgi genom içinde işlevsel loci keşfi kolaylaştırmak. Ancak, gRNA Kütüphane inşaat şu anda çoğunlukla oligo-nükleotit sentezi dayanır ve insan değildir gRNA kütüphaneler satın almak için sınırlı seçenekler ya da fare kaynak veya hedef bölgeleri dışında çerçeveler okuma açık. CRISPR ekranlar zaten inanılmaz güçlü5,6,7,8, kanıtlanmış ancak böylece, kendi potansiyellerini henüz istismar değil.
Üstesinden gelmek için klasik gRNA nesil yöntemleri iki stratejileri sınırlandırılması son zamanlarda geliştirilmiştir. Her ikisi de hedef DNA üzerinde özel Oligonükleotid sentez güvenerek daha kontrollü Enzimatik sindirim temel alır. İken CORALINA9 micrococcal nükleaz, sadece mevcut alternatif yöntem10CRISPR yiyen, geçici kullanma-enzimleri (HpaII, ScrFben Bfaben ve Mmeben). Önemlisi, her iki teknik gRNA protospacer dizileri kaynağı olarak hizmet veren giriş DNA var mı, uygulanabilir. CRISPR yiyen yöntemi klonlanmış gRNAs gerekli S.pyogenes PAM (protospacer bitişik güdü) hedefleme olan siteleri takip sayısını azaltmak için bir strateji iken, tüm olası fonksiyonel gRNAs için sadece küçük bir kısmını oluşturur bir belirli bölge. CORALINA, öte yandan, kaynak sırası için tüm olası gRNAs oluşturmak yapabiliyor ama aynı zamanda işlevsel olmayan kılavuzları daha yüksek bir kısmını içermektedir. gRNA Kütüphane üretimi kontrollü nükleaz faaliyetleri ile sağlar kapsamlı gRNA kütüphaneleri herhangi bir tür için üretim herhangi bir Cas9-protein veya – efektör sistemi basit ve maliyet-etkin bir şekilde. Ayrıca, kitaplık türü, boyutu ve içerik uygun giriş ve vektör seçenekleri tanımlamak gibi CORALINA özelleştirme için uyarlanabilir. Burada ayrıntılı bir protokol bu anlatılan bakteriyel yapay kromozomu (BACs) veya genomik DNA9dahil olmak üzere nesil DNA (şekil 1), farklı kaynaklardan gelen kapsamlı gRNA kitaplıkları için kullanılabilir. Bu iletişim kuralı eşlik eden temsilcisi sonuçları BAC DNA’yı CORALINA Protokolü uygulayarak elde edilmiştir.
CORALINA hedef DNA kontrollü nükleaz sindirim tarafından büyük ölçekli gRNA kitaplıkları oluşturmak ve elde edilen çift telli parçalarını klonlama toplu için kullanılabilir. İstatistiksel çıkarsama çok fazla 107 bireysel gRNA dizileri zaten başarıyla el9iletişim kuralını kullanarak klonlanmış olduğunu gösterir. CORALINA birden fazla şekilde özelleştirilebilir. Seçtiğiniz şablon DNA bir hedef bölge ve oluşturulan Kütüphane maksimal karmaşıklığı tanımlar. Bu iletişim kuralını kullanan, CORALINA kütüphaneler insandan daha önce oluşturulmuş olan ve genomik DNA fare9. Temsilcisi sonuçları burada sunulan arıtılmış BAC DNA CORALINA kitaplıktan nesil tasvir. Daha fazla özelleştirme gRNA ifade vektör ve bağlayıcı sıraları seçimi ile elde edilebilir. Biz daha önce bağlayıcı uzunlukları Gibson derleme için üç farklı çift küçük farklılıklar nedeniyle verimliliği9‘ test ettik.
Sindirmek toplu DNA kökenlerine nedeniyle CORALINA gRNAs protospacer değildir genellikle tam olarak 20 bp uzunluğu, ama göstermek her ikisi de bağlıdır bir ortalamaya sahip bir uzunluğu dağıtım MNase sindirim parametrelerinin yanı sıra eksizyon boyutunu yapılan sayfa jel s. şekil 2B ve C, gösterilen temsilcisi örnek parçaları ortalama uzunluğu 19 ve 27 bp arasında gösterilmektedir. Deneyim, parçaları uzunluğu sadakatle oluşturulan gRNA protospacer9tarafından korunur. Süre parçaları 20 kısa bp elde edilen gRNAs daha yüksek hedef kapalı oranı nedeniyle kaçınılmalıdır, uzun parçaları büyük olasılıkla bir sorun olduğundan beri aşağı akım uygulamalarda çok daha az gösterdi o gRNAs protospacers 45 sürece ile kan basıncı hala vardır fonksiyonel9.
CORALINA protokolü en kritik iki adımda MNase sindirilmiş parçaları ve klonlama adımları boyutu yelpazesi vardır. Çok kısa parçaları nesil (örneğin ortalamanın altında 18 bp) veya çok fazla boş gRNA ifade vektörel çizimler birleşme-render Kütüphane işe yaramaz. Böylece, MNase sindirim adım (şekil 2A) en iyi duruma getirmek, eksizyon (şekil 2B, C), izlemek için gRNA vektör omurga tam sindirim için kontrol ve protokol boyunca hiçbir parçası denetimleri de dahil olmak üzere önemlidir. Özel bakım gRNA Kütüphane gösterimi korumak için alınacak have. Kütüphane nesil bir ortak performans sorunu genel olarak plazmid verimli transfer içine bakteri amplifikasyon için var. Böylece, bol miktarda bakteri ile mükemmel yetkinlik ve bireysel elektroporasyon olaylar, çok sayıda gRNA klon yüksek bir sayı elde etmek için gerekli.
GRNA Kütüphane üretim için yeni stratejiler CRISPR tabanlı tarama yaklaşımlar sonraki on yıl boyunca tam potansiyelini hasat için gerekli olacaktır. Önceden tarama mükellef sistemleri modellemek ve CRISPR tabanlı farklı mühendislik yaklaşımlar daha büyük bir dizi yapmak için gerekli büyük ölçekli kütüphaneler, oluşturmak düşük maliyetli, basit ve özelleştirilebilir yöntemleri için önemli bir talep vardır. Bu doğru bir ilk adım CORALINA sağlamaktadır. Potansiyel kullanır manifold özellikle genleri kapsamlı kütüphaneler üretmek için, daha az yaygın model sistemleri kütüphanelerin, son derece odaklanmış kütüphaneler ve hangi farklı CRISPR proteinler (farklı PAM ile deneysel set-up cDNA elde gereksinimleri) birlikte kullanılır.
Diğer yöntemler aksine, CORALINA girişten DNA tüm olası gRNAs oluşturur. Ancak, gerekli PAM sıra eksik gRNAs kütüphanede, gRNA kitaplığı oluşturmak için CRISPR yiyen (Tablo 1) ikinci bir enzimatik yöntem ile paylaşan bir özelliği de eklenmiştir yönteminin bir dezavantajı vardır. İdeal yöntem seçimi gRNA Kütüphane üretimi planlanan tarama özellikleri üzerinde bağlıdır için deneme, özellikle doğa (genetik, düzenleyici, intergenic) ve hedef bölgenin (tek odağı, birden çok bölge, genom çapında) boyutunu. Biz CORALINA kodlamayan, çok sayıda zaman kullanarak özel bir ters görmek veya düzenleyici bölgeleridir çözümlenmesi için eksik veya güvenilmez sırası bilgi ise (egzotik model sistemleri, türleri (örneğin microbiomes) karışımları veya deneysel olarak elde giriş), farklı CRISPR endonucleases birleştirilir veya analiz doyurarak kısa ve tanımlanmış bir odağı (BACs tarafından temsilörneğin ) gerçekleştirilir.
The authors have nothing to disclose.
Yazarlar Prof. Dr. Stephan Beck ve Prof. Dr. Magdalena Goetz onların bilgi için teşekkürler, yardımcı ve CORALINA yöntemi, Maximilian Wiessbeck ve Valentin Baumann yararlı yorumlar için gelişmekte olan destek istiyorum. İş DFG (STR 1385/1-1) tarafından desteklenmiştir.
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. |