ヒト多能性幹細胞におけるCRISPR-CAS9を用いて定義されたゲノム修飾の生成
Summary
このプロトコルは、ヒト多能性幹細胞におけるCRISPR-CAS9を用いて定義されたヘテロ接合性またはホモ接合ヌクレオチド変化の生成を容易にする方法を提供する。
Abstract
ヒト多能性幹細胞は、遺伝子機能を研究し、疾患に関連する特定の変異をモデル化するための強力なシステムを提供します。正確なヘテロジゴウス遺伝子改変の生成は、CRISPR-CAS9が第2対立遺伝子のインデル形成を媒介しているため困難である。ここでは、1 つだけが目的のシーケンス変更を表現する 2 つの修復テンプレートを使用して、この問題を克服するためのプロトコルを示しますが、両方のテンプレートには、再切断とインデル形成を防ぐためのサイレント変異が含まれています。この方法論は、DNAの遺伝子編集コード領域がヒト疾患および生物学を研究するための等元制御および変異ヒト幹細胞株を生成するのに最も有利である。さらに、遺伝子編集実験の労力とコストを削減するために、トランスフェクションおよびスクリーニング方法論の最適化が行われている。全体として、このプロトコルは、ヒト多能性幹細胞モデルを利用した多くのゲノム編集プロジェクトに広く適用可能である。
Introduction
ヒト胚性幹細胞(HESC)および誘導多能性幹細胞(iPSC)は、異なる系統の細胞型を生成する能力を維持しながら、更新能力のためにヒト疾患をモデル化するための貴重なツールである1,2 、3、4.これらのモデルは、遺伝子機能を調知する可能性を開き、特定の変異および文言型が様々な疾患5,6にどのように関連しているかを理解する。しかしながら、特定の変化が特定の表現型にどのように連結されるかを理解するためには、対同原性制御および変異細胞株の使用は、線対線変動性7、8を制御するために重要である。転写活性化剤様エフェクターヌクレアーゼ(TALEN)および亜鉛フィンガーヌクレアーゼは、原発細胞を含む多様な遺伝モデルにおける挿入または欠失(インデル)変異を生成するために使用されてきた。しかし、これらのヌクレアーゼは、使用し、高価な9、10、11、12、13、14を使用するのが面倒なことができます。クラスター化された定期的に間隔をあけた短いパリンドロミックリピート(CRISPR)-CAS9ヌクレアーゼの発見は、ゲノムの事実上あらゆる領域におけるインデル形成の効率、使用の簡素化、およびコストの削減により、フィールドに革命を起こしました15,16歳,17歳,18歳,19.
CRISPR-CAS9ベースのゲノム編集技術を用いる上での課題は、第2対立遺伝子20にインデル変異を作成することなく、1つの対立遺伝子における特定の突然変異の生成または補正であった。このプロトコルの主な目標は、2本鎖オリゴヌクレオチド(ssODN)修復テンプレートを使用して、第2対立遺伝子のインデル形成を減少させるために、この課題を克服することです。両方のssODNは、CAS9ヌクレアーゼによる再切断を防ぐために無声突然変異を含むように設計されていますが、目的の変化が含まれているのは1つだけです。この方法は、第2対立遺伝子におけるインデル形成を誘導することなく、特定のヘテロザイゴウス遺伝子改変を生成する効率を高める。このプロトコルを用いて、6つの独立したゲノム位置における遺伝子編集実験は、第2対立遺伝子におけるインデル形成なしで1つの対立遺伝子における所望のゲノム変化の正確な導入を実証し、〜10%の全体的な効率で起こる。記載されたプロトコルは、Maguireらら21から適応されている。
Protocol
Representative Results
Discussion
このプロトコルでは、CRISPR-CAS9と2つのssODN修復テンプレートを使用して、ヒト多能性幹細胞において特定のヘテロ接合性またはホモ接合ゲノム変化を生成することが実証されている。この方法により、10%に近い効率でヘテロ接合ゲノム変化を発現する等元細胞株の生成に成功した。このプロトコルは、細胞選別後に低密度で細胞を培養した後の細胞増殖と生存をサポートする照射MEF上で成長?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、国立心臓・肺・血液研究所(NHLBI)、国立衛生研究所(助成金U01HL099656(P.G.およびD.L.F.)およびU01HL134696(P.G.およびD.L.F.)からの資金提供によって支援されました。
Materials
| 5-ml polystyrene round-bottom tube with cell-strainer cap | Corning | 352235 | |
| 6-well polystyrene tissue culture dishes | Corning | 353046 | |
| AflII restriction endonuclease | New England Biolabs | R0520 | |
| Agarose | VWR | N605 | |
| DMEM/F12 medium | ThermoFisher | 11320033 | |
| dNTPs | Roche | 11969064001 | |
| Fluorescence-activated cell sorter (FACS) apparatus | |||
| Gel extraction kit | Macherey-Nagel | 740609 | |
| Gibson Assembly Kit | New England Biolabs | E2611 | |
| gRNA_Cloning Vector | Addgene | 41824 | |
| LB agar plates containing 50 μg/ml kanamycin | |||
| Lipofectamine Stem Reagent | ThermoFisher | (STEM00001) | |
| Matrigel Growth Factor Reduced (GFR) | Corning | 354230 | |
| Murine embryonic fibroblasts (MEFs) | |||
| Nucleospin Gel Extraction and PCR Clean-up Kit | Macherey-Nagel | 740609 | |
| Orbital shaking incubator | |||
| pCas9_GFP vector | Addgene | 44719 | |
| PCR strip tubes | USA Scientific | 1402-2900 | |
| Phusion High Fidelity DNA Polymerase and 5× Phusion buffer | New England Biolabs | M0530 | |
| PurelinkTM Quick Plasmid Miniprep Kit | Invitrogen | K210011 | |
| Proteinase K | Qiagen | Qiagen 19133 | |
| StellarTM electrocompetent Escherichia coli cells | Takara | 636763 | |
| SOC medium | New England Biolabs | B9020S | |
| TrypLE Express Enzyme | ThermoFisher | 12605036 | |
| Y-27632 dihydrochloride/ROCK inhibitor (ROCKi) | Tocris | 1254 |
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