ここでは、ターゲット上の活動の損失することがなくより高い特定性を達成するために CRISPR Cas9 を最適化するためにプロトコルを提案する.狙撃スクリーンと呼ばれる進化のアプローチを使用して、所望の特性を持つ変異体 Cas9 を見つけます。スナイパー Cas9 は切り捨てられた単一ガイド Rna とリボ核蛋白質形式で配信より高い特異性を達成するためのよく知られている戦略と互換性が。
クラスター化された空間定期的に短い回文繰り返し (CRISPR) の開発-治療戦略に関連付けられている蛋白質 9 (Cas9) その潜在的有害なオフターゲット効果の回避が必要です。このような効果を減らすためにいくつかの方法が考案されています。今回、大腸菌-ベース進化メソッドは最適化された特異性 Cas9 のバリアントを取得する狙撃画面を呼び出され、狙撃兵 Cas9 と呼ばれる対象のアクティビティを保持します。狙撃画面を使用して、正と負の選択を同時に実行することができます。画面は、真の肯定的なヒット曲を豊かにするその他の単一ガイド RNA (sgRNA) のシーケンスを繰り返すことができます。Cas9 のバリエーションを表現する CMV PltetO1 デュアル プロモーターを用いて、哺乳類細胞でプールされたライブラリのパフォーマンスをすばやくチェックできます。スナイパー Cas9 の特異性を高めるための方法について述べる。最初に、切り捨てられた sgRNAs の使用は以前 Cas9 特異性を増加する示されています。その他の設計された Cas9s とは異なりは、狙撃 Cas9 は、ターゲット上の活動切り捨てられた sgRNAs と組み合わせた場合の野生型 (WT) レベルを保持します。第二に、プラスミドの形式ではなくリボ核タンパク質 (RNP) 形式での狙撃兵 Cas9 の配信は、その対象の活動に影響を与えることがなく可能です。
この論文では異なる戦略を組み合わせることによって Cas9 の特異性を向上を目指します。CRISPR Cas9 のオフターゲット効果を回避するためのさまざまな方法が開発されています。たとえば、切り捨てられた sgRNAs は、高い特異性1を達成するために使用できます。さらに、高い特異性2を取得する RNP 形式にプラスミド形式からの Cas9 の配信方法を変更できます。化膿連鎖球菌Cas9 の特定のアミノ酸残基 (SpCas9) 蛋白質によると、合理的な変更された設計は前述3,4,5。また、アミノ酸残基は、ランダムな方法で変更されている、最高の特異性を持つ Cas9 亜種は酵母6または大腸菌7,8スクリーニング システムのいずれかを使用して識別されました。
しかし、多くのグループは Cas9 バリアント設計デザインを使用して Cas9 と基板の展示対象の活動量の少ない7,8,9,の非特異的な相互作用を消耗することを報告しています。10,11,12。 我々 は、大腸菌を開発-ベースの狙撃画面、画面のランダムに人為 Cas9 亜種に進化システム。スクリーニング システムエシェリヒア属大腸菌大腸菌の高速化 2 倍時間と高い変換効率のため酵母システム上の利点があります。
3 つの異なるプラスミドと大腸菌ゲノムに興味 (五井) の遺伝子に基づく正および負の選択は、狙撃画面で使用されます。Subcloning を必要とせず哺乳類細胞における大腸菌で特定の候補者をテストできるように、低コピー数プラスミドの CMV PltetO1 デュアル プロモーター システムの下で Cas9 のバリエーションを表現します。五井は Tn7 トランスポゾンを用いた大腸菌のゲノムに導入されます。SgRNA プラスミド複製の温度に敏感な起源を含んだ表現五井; をターゲット、sgRNAただし、sgRNA と五井シーケンスは、完全に一致がないです。完全に一致した sgRNA ターゲット サイトは、ジャイレースの毒致死製品をエンコードccdB遺伝子を含む 3 番目のプラスミドに存在します。このシステムは、二重鎖切断 (Dsb) のゲノム DNA にある不一致のサイトに導入されますのでオフのターゲットの高い活動と Cas9 の亜種を発現する細胞が削除されます。その一方で、対象の活動量の少ない Cas9 亜種を発現する細胞も致死ccdB遺伝子発現のため削除されます。Cas9 亜種の発現レベルは、選択力を調整 anhydrotetracycline (ATC) の濃度を変えることによって変更できます。
我々 はゲノム DNA ではなく、プラスミド、不一致 sgRNA ターゲット サイトを検索システムの感度を高めるだろうと推論しました。このアプローチの利点は 1 つのゲノムのサイトがあることそれぞれ 1 つのターゲット サイトを含む多くのプラスミドがあるに対しエシェリヒア属大腸菌のセル。
このシステムを使用して、Cas9 のバリアント、狙撃兵-Cas9、WT レベル対象のアクティビティが表示されますし、WT Cas9 に比べてオフのターゲット活動の減少がわかりました。スナイパー Cas9 プラスミド ベースの配信ではなく、切り捨てられた sgRNAs または RNP ベースの配布を使用して、さらに高い特異性比を実現できます。
スナイパー Cas9 面倒な審査手続きを避けたい人は、狙撃 Cas9 タンパク質とエンコードのプラスミドがあります。これらの材料の最高の特異性比を提供する決定する必要があります sgRNA の最適な長さを使用してください。さらに、狙撃兵 Cas9 と RNP 形式で sgRNA の配信を通常プラスミド形式での配信よりも高い特異性比を得られるのでお勧め。狙撃兵-Cas9 とは異なり他の設計された Cas9 の亜種は切り捨てられた sgRNAs6,7 RNP フォーム8 (ハイファイ-Cas9) を除いて配信への互換性ではありません。
狙撃画面が一致しないシーケンスの選択は最も重要なステップです。五井シーケンスに対する低胸の谷間アクティビティに関連付けられている不一致 sgRNA の選択は避けるべきであります。されていない場合は、WT レベルの特異性を持つ Cas9 亜種なる不一致ターゲット サイトにエシェリヒア属大腸菌のゲノム DNA を切断していません。この効果は、大規模なスクリーニング プロシージャ全体を危険にさらす背景コロニー数になります。
大腸菌がある速いので倍加時間と酵母、狙撃画面と比較して高い変換効率は有利な方法と比較して酵母ベースのスクリーニング。狙撃画面がより他の大腸菌よりも敏感でなければなりませんまた、-プラスミドに基づいて一致しないサイトが運ばれるシステム: ゲノム DNA のコピー 1 つとこの 1 つだけがある私たちのシステムが多数の不一致のサイトのコピー単一の内のプラスミド大腸菌細胞。
狙撃画面を使用して、SaCas9 または Cpf1s などの偏向を引き起こす他の DNA 酵素の特異性も改善できるでしょう。残念ながら、基本エディターはエシェリヒア属大腸菌のゲノム DNA を誘発しないために、直接、基本編集者の特異性を高めるため狙撃画面が使用できません。Nickase または、システムのコアで死んでいるバージョン Cas9 のベースのエディターを使用して、基本エディターの特異性は狙撃画面から得られたヒットを使用して高めることが。
The authors have nothing to disclose.
この研究は科学省と韓国の ICT (2017M3A9B4061406) 国立研究財団の韓国 (NRF) Jungjoon K に韓国政府 (MSIT) (許可番号 2017M3A9B4061404 および 2018M3A9H3020844) によって資金を供給からの補助金によって支えられました。李。PGRG36 をエンコード プラスミド ナンシー クレイグ (Addgene プラスミド #16666) からの贈り物、p11 レーシー wtx1 はホイミン趙からの贈り物。
Alkaline Phosphatase, Calf Intestinal (CIP) | NEB | M0290L | |
Ampicillin Sodium Salt | Fisher Chemical | BP1760-25 | |
Anhydrotetracycline hydrochloride | Sigma Aldrich | 37919 or 94664 | |
Antibiotic Antimycotic solution | Welgene | LS203-01 | Media component |
BamHI | Enzynomics | R003L | |
Chloramphenicol | Sigma Aldrich | R4408 | |
Diversify PCR Random Mutagenesis | Clontech | 630703 | Error-prone PCR kit |
DNA-Shuffling Kit | Jena Bioscience | PP-103 | |
Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) | Welgene | LM001-17 | Culture media |
Endura Electrocompetent Cells (DUO) | Lucigen | 60242-2 | E. coli electrocompetent cells for library preparation |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Welgene | S101-01 | Media component |
Gene Pulser II | Bio-Rad | E. coli electroporation equipment | |
GeneMorph II Random Mutagenesis Kit | Agilent | 200550 | Error-prone PCR kit |
genomic DNA prep kit | GenAll | 106-152 | gDNA-prep kit |
Glycerol | BioShop | GLY001.1 | |
GP/MP Cuvette, 0.1cm | Bio-Rad | BR165-2089 | E. coli electroporation equipment |
HEK293T cell | ATCC | CRL-11268 | Human cell line |
Kanamycin sulfate | Acros Organics | 450810500 | |
L-(+)-Arabinose | Sigma Aldrich | A3256-25G | |
LaboPass PCR Purification Kit | Cosmogenetech | CMR0112 | |
LaboPass Plasmid Mini | Cosmogenetech | CMP0112 | Mini-prep kit |
LB Agar Miller | Formedium | LMM0202 | |
LB Broth Miller | Formedium | LMM0102 | |
Lipofectamine | Invitrogen | 11668019 | Transfection reagent |
NEBuilder HiFi DNA Assembly Master Mix | NEB | E2621L | Gibson assembly (isothermal in vitro recombination) mixture |
Neon Transfection System | Thermo | MPK5000 | RNP Electroporation equipment |
Neon Transfection System 10 µL Kit | Thermo | MPK1096 | RNP Electroporation equipment |
NucleoBond Xtra Midi EF | Macherey-Nagel | 740420.50 | Midi-prep kit |
Oligo Clean & Concentrator | Zymo Research | D4061 | DNA purification kit that enables low-volume elution |
Opti-MEM | Gibco | LS31985070 | Transfection media |
p11-lacY-wtx1 | Addgene | #123945 | |
pgrg36 | Addgene | #16666 | E. coli mutator strain |
Phusion High-Fidelity DNA Polymerase | NEB | M0530L | |
Pyrophophatase | NEB | M2403L | |
Ribonucleotide Solution Set | NEB | N0450L | |
RNase inhibitor | NEB | M0314L | |
T7 RNA polymerase | NEB | M0251L | |
Turbo Dnase | Ambion | AM2238 | |
XbaI | Enzynomics | R013L | |
XL1-Red Competent Cells | Agilent | 200129 |