该协议使用荧光记者和细胞分拣来简化巨噬细胞和T细胞系的敲击实验。两个质粒用于这些简化的敲击实验,即CRISPR/Cas9-和DsRed2表达质粒和同源重组供体质粒表达EBFP2,这是永久整合在 Rosa26 点在免疫细胞。
免疫系统的功能基因组学研究需要基因操作,包括删除目标基因和在感兴趣的蛋白质中添加元素。细胞系模型中基因功能的识别对于基因的发现和细胞内在机制的探索具有重要意义。然而,使用CRISPR/Cas9介质敲击的免疫细胞(如T细胞和巨噬细胞系)的基因操作是困难的,因为这些细胞的转染效率低,尤其是在静止状态下。为了改变免疫细胞中的基因,耐药性选择和病毒载体通常用于丰富表达CRIPSR/Cas9系统的细胞,这不可避免地导致细胞的不良干预。在之前的研究中,我们设计了双荧光记者耦合到CRISPR/Cas9,在电透后短暂表达。这种技术解决方案可导致免疫细胞中快速基因缺失:然而,基因敲击免疫细胞,如T细胞和巨噬细胞,而不使用耐药性选择或病毒载体是更具挑战性的。在本文中,我们表明,通过使用细胞分拣来帮助选择暂时表达CRISPR/Cas9结构的目标 Rosa26 细胞群结合供体质粒,基因敲击可以在T细胞和巨噬细胞中实现,而无需耐药性浓缩。例如,我们通过进行敲击实验,在RAW264.7巨噬细胞中展示如何表达人类ACE2,SARS-Cov-2的受体,它负责当前Covid-19大流行。这种基因敲击细胞可以广泛用于机械研究。
免疫细胞对防御病原体至关重要。先天免疫和适应性免疫是需要清除感染剂和维持组织平衡1,2。细胞系模型是了解哺乳动物免疫系统分子基本原理的重要工具:它们用于体外功能测定,如模拟人体T细胞活化,以及确定遗传因素在激活或抑制免疫反应中的功能3,4。需要注意的是,哺乳动物的免疫系统是极其异质的,同样重要的是,大量的分子控制着特定细胞类型5、6的分化、迁移和功能。
聚类定期间歇性短白细胞重复(CRISPR)/Cas9基因组编辑工具允许特定细胞类型的基因操作,从而促进基因的功能注释以精确的方式7,8。一些已发表的协议描述了CRISPR/Cas9的交付形式Cas9导引RNA复合物称为核糖核蛋白(RNP)在HIK293细胞,Jurkat细胞系,原发T细胞9,10,巨噬细胞11,12,13,干细胞14,和其他15,16。在这些协议中,基因标记通常是通过将荧光标签与内源性蛋白质17、18融合来实现的。然而,很少尝试使用双荧光记者,这是兼容的单细胞排序,以促进敲击实验19,20,特别是在免疫细胞。
旨在理解免疫细胞中新基因因子功能的深入机械分析通常需要细胞类型特定地删除基因、基因拯救实验以及理想地识别其相互作用物。尽管在免疫细胞中优化基因缺失的方法已经公布9,15,21,但关于引入具有多功能的敲击等位基因来理解免疫反应的方法却少得多。因此,在这个协议中,我们旨在详细描述一个高效和高度可重复的协议,以表达一个蛋白质的兴趣在安全港点Rosa26在人类和穆林免疫细胞线。我们设计了一个双色报告系统,用于丰富用质粒表示CRISPR/Cas9(DsRed2)和重组DNA模板(EBFP2)的细胞,这些模板可以通过细胞分拣进行分离。根据这个协议,我们获得了人类T细胞系Jurkat和穆林巨噬细胞RAW264.7的多个敲击线,用于对研究不善的蛋白质进行功能分析。
例如,我们在此协议中展示如何获得可敲击 RAW264.7 巨噬细胞,稳定地表达人类ACE2(SARS-Cov-2的受体)22。由于先天免疫细胞参与Covid-1923、24和人类ACE2的发病机制,被认为是病毒在复制前进入细胞所需的主要受体,具有人类ACE2的微噬细胞可以作为巨噬细胞内病毒增殖的机械研究的有用工具。同时,我们还介绍了一个基因在人类ROS26位点敲击来表达RASGRP1蛋白的例子,该蛋白在其氨基终点与亲和力双链球菌标签(OST)融合在一起。T细胞是免疫疗法中的关键靶细胞,越来越多的研究集中在对癌症的反应上。由于Rasgrp1是T细胞受体下游的关键信号分子,其相互作用因素27日没有得到很好的阐明,OST-RASGRP1的敲击模型为识别调节T细胞对肿瘤和感染反应的相互作用者奠定了基础。综合起来,这些工具可用于Covid-19的研究和发现与Rasgrp1相互作用的新分子。
在我们的实验中,我们演示了如何使用人类 Jurkat T 细胞和 Murine RAW264.7 巨噬细胞进行免疫细胞的敲击编辑,从结构设计到敲击细胞筛选和验证。T细胞和巨噬细胞系都耐转染36,37:然而,CRISPR/Cas9交付效率低下的问题可以通过荧光记者的辅助和细胞分拣来克服。本协议适用于基因抢救实验和蛋白质-蛋白质相互作用实验,但不能应用于调控DNA序列的研究,…
The authors have nothing to disclose.
我们感谢新乡医科大学的流细胞学核心设施。国家自然科学基金向LZ、81471595和32070898提供81601360支持了这种技术的发展。这项工作也得到了河南省教委第21号IRTSTHN030基金会的支持。
Amersham Imager 600 | Ge Healthcare | imaging of chemiluminescence | |
Ampicillin, sodium salt | MP Biomedicals | 194526 | |
Anti-rabbit IgG, HRP-linked Antibody | Cell Signaling Technology | 7074 | at 1/5000 dilution |
Anti-RasGRP1 antibody, clone 10.1 | Merck | MABS146 | 1.0 μg/mL of working concentration |
AscI | New England BioLabs | R0558S | |
β-Actin (D6A8) Rabbit mAb | Cell Signaling Technology | 8457 | at 1/1000 dilution |
BamHI-HF | New England BioLabs | R3136S | |
BbsI-HF | New England BioLabs | R3539S | |
Cellometer Mini Automated Cell Counter | Nexcelom Bioscience | ||
E.coli DH5α Competent Cells | Takara | 9057 | |
DMSO (Dimethyl Sulfoxide) | MP Biomedicals | 196055 | |
DNeasy Blood & Tissue Kits | Qiagen | 69506 | cell culture reagent |
DPBS (10X), no calcium, no magnesium | ThermoFisher Scientific | 14200075 | |
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) with high glucose | HyClone | SH30022.01 | |
EcoRI-HF | New England BioLabs | R3101S | |
FACSAria™ Fusion | BD Biosciences | equipped with biosafety cabinet | |
FACS Canto flow cytometer | BD Biosciences | ||
Falcon 5 ml polystyrene round bottom test tube | BD Biosciences | 352003 | |
Fetal bovine serum (FBS) | ThermoFisher Scientific | 10099141 | |
FlowJo version 10.7 | BD Biosciences | ||
GAPDH (D16H11) XP Rabbit mAb | Cell Signaling Technology | 5174 | at 1/1000 dilution |
Goat anti-Mouse IgG (H+L) Secondary Antibody, HRP | ThermoFisher Scientific | 31430 | at 1/5000 dilution |
Immobilon ECL Ultra Western HRP Substrate | Millipore | WBKLS0500 | |
Immobilon-PSQ PVDF Membrane | Millipore | ISEQ00010 | |
Jurkat | ATCC | TIB-152 | https://www.atcc.org/ |
Kanamycin sulfate | MP Biomedicals | 194531 | |
LB agar powder | ThermoFisher Scientific | 22700041 | |
Multi-channel Pipette (30-300 μL) | Eppendorf, or similar | ||
Neon Transfection System | ThermoFisher Scientific | MPK5000 | |
Neon Transfection System, 10 μL kit | ThermoFisher Scientific | MPK1096 | |
Nunc 15 mL Conical Sterile Centrifuge Tubes | ThermoFisher Scientific | 339651 | |
OneTaq® Hot Start Quick-Load® 2X Master Mix | New England BioLabs | (M0489) | for high GC% template |
PageRuler Prestained Protein Ladder, 10 to 180 kDa | ThermoFisher Scientific | 26616 | |
Pipette tip 0.1-20µl | Eppendorf, or similar | 0030 075.005 | |
Pipette tip 2-200µl | Eppendorf, or similar | 0030 075.021 | |
Pipette tip 50-1000µl | Eppendorf, or similar | 0030 075.064 | |
Plasmid Maxi Kit | Qiagen | 12163 | |
pX458-DsRed2 | Addgene | 112219 | |
QIAquick PCR Purification Kit | Qiagen | 28104 | purify plasmid from restriction digestion |
Q5 Hot Start High-Fidelity 2X Master Mix | New England BioLabs | M0494S | |
RAW264.7 | ATCC | TIB-71 | https://www.atcc.org/ |
Recombinant Anti-ACE2 antibody [EPR4435(2)] | Abcam | ab108252 | at 1/1000 dilution |
RPMI 1640 Medium | HyClone | SH30027.01 | |
Strep-Tactin Sepharose beads | IBA Lifesciences | 2-1201-010 | |
Penicillin-Streptomycin | ThermoFisher Scientific | 15140122 | |
SYTOX™ Red Dead Cell Stain, for 633 or 635 nm excitation | ThermoFisher Scientific | S34859 | |
T4 DNA ligase | New England BioLabs | M0202S | |
T4 Polynucleotide Kinase | New England BioLabs | M0201S | |
Trypan Blue Solution, 0.4% | ThermoFisher Scientific | 15250061 | |
Trypsin-EDTA solution (0.25%), with phenol red | ThermoFisher Scientific | 25200056 | |
ZOE Fluorescent Cell Imager | Bio-Rad | ||
1.5 mL microtubes, PCR-clean | Eppendorf, or similar | 0030 125.215 | |
24-well Clear TC-treated Multiple Well Plates | Corning | 3524 | |
96-well Clear Flat Bottom Polystyrene TC-treated Microplates | Corning | 3599 | |
96-well Clear Round Bottom TC-treated Microplate | Corning | 3799 |