レンチウイルス媒介CRISPR/Cas9遺伝子編集を用いたノックアウト筋細胞株の開発
Summary
このプロトコルは、ガイドRNAの設計からノックアウトクローンの細胞クローニングおよび特性評価まで、CRISPR/Cas9を使用してノックアウト筋芽細胞を生成する方法を説明しています。
Abstract
クラスター化調節間隔短い回文反復(CRISPR)/Cas 9の重要な用途の1つは、特に遺伝子診断中に同定された疾患に関連する新しい遺伝子/タンパク質の機能を研究するためのノックアウト細胞株の開発である。このような細胞株の開発のためには、選択された細胞へのCRISPRツール(Cas9およびガイドRNA)の高効率の挿入、および選択された遺伝子の特異的欠失に対するCas9活性の制限の2つの主要な課題を解きほぐさなければならない。ここで説明するプロトコルは、筋肉細胞などのトランスフェクトが困難な細胞にCRISPRツールを挿入することに専念しています。このプロトコールは、一般に入手可能なプラスミドで産生されるレンチウイルスの使用に基づいており、すべてのクローニングステップが目的の遺伝子を標的とするために説明されています。Cas9活性の制御は、Cas9を標的とするガイドRNAをコードするレンチウイルスによる細胞の形質導入がCas9発現の漸進的廃止を可能にするKamiCas9と呼ばれる前述のシステムの適応を用いて行われている。このプロトコルは、筋肉細胞内カルシウム放出および励起収縮結合に関与するこの重要なカルシウムチャネルのノックアウトを確認するために、タンパク質および機能レベルでさらに特徴付けられた RYR1ノックアウトヒト筋細胞株の開発に適用されている。ここで説明する手順は、筋肉細胞または他のトランスフェクトが困難な細胞内の他の遺伝子に容易に適用することができ、ヒト細胞におけるこれらの遺伝子を研究するための貴重なツールを生成することができる。
Introduction
遺伝子シーケンシングの進歩や、特定の組織における機能未知の遺伝子の変異の同定に伴い、新たな標的遺伝子の機能を理解し、関連する病態生理学的機構への関与を確認するための関連細胞モデルの開発は不可欠なツールとなっています。さらに、これらのモデルは将来の治療開発にとって非常に重要であり1,2であり、実験における動物の使用を減らすための国際的な勧告と直線的にノックアウト動物モデルの開発に代わる興味深い代替手段を構成する。CRISPR/Cas9を用いた遺伝子編集は、現在利用可能な最も強力なツールの1つであり、多くのノックアウト/ノックインモデルの開発を可能にしており、CRISPR/Cas9を用いた標的遺伝子検証は、CRISPR/Cas93の最も広く使用されているアプリケーションの1つです。遺伝子編集の成功は、CRISPRツール(ガイドRNAおよびヌクレアーゼCas9)を標的細胞モデルに導入する能力にかかっており、筋肉細胞4などの多くのトランスフェクトが困難な細胞では課題になる可能性があります。この課題は、ウイルス、通常はレンチウイルスを使用することで克服することができ、これは効率的に多くの細胞型を形質導入し、その導入遺伝子を送達するという大きな利点を有する。しかし、その主な欠点は、宿主細胞ゲノムにおける導入遺伝子の組み込みであり、組み込み部位に局在する遺伝子の潜在的な変化および導入遺伝子の永久発現をもたらし、ヌクレアーゼCas9の場合、有害な結果をもたらすであろう5。Merienneら6は、Cas9遺伝子自体を標的とするガイドRNAを細胞に導入し、Cas9を不活性化させるスマートなソリューションを提案している。この戦略の適応は、トランスフェクトが困難な細胞内のほぼすべての遺伝子をノックアウトすることを可能にする、ユーザーフレンドリーで汎用性の高いプロトコルとしてここに提示されています。
ここで提示されたプロトコルの目的は、不死化筋肉細胞における目的遺伝子の不活性化を誘導することである。これは、異なるタイプの不死化細胞において、目的の任意の遺伝子をノックアウトするために使用することができる。ここで説明するプロトコルには、ガイドRNAとそのクローニングをレンチウイルスプラスミドに設計する手順、レンチウイルスベクターでCRISPRツールを製造する手順、異なるレンチウイルスで細胞を形質導入する手順、および細胞をクローニングして均質な編集細胞株を作製する手順が含まれています。
このプロトコールを用いて、細胞内カルシウム放出および筋肉収縮に関与する必須カルシウムチャネルである1型リアノジン受容体(RyR1)の欠失を伴う不死化ヒト骨格筋細胞が開発されている7。遺伝子のノックアウト(KO)は、ウェスタンブロットを用いたタンパク質レベルで、カルシウムイメージングを用いた機能レベルで確認されている。
Protocol
Representative Results
Discussion
病態に関与する未知の機能の遺伝子の特性評価への道のりにおける主要なステップは、これらの遺伝子の機能を研究するための関連する細胞モデルの開発である。CRISPR/Cas9を用いた遺伝子編集の利用は指数関数的に成長している研究分野であり、ここで紹介するノックアウトモデルの開発は、その最も広く使用されているアプリケーションの1つです。この文脈において、我々はここで、関心?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、Association Française contre les myopathies(AFM-Téléthon)とAuvergne-Rhône Alpes Région(AURA)からの助成金によって資金提供されました。
Materials
| Anti-CACNA1S antibody | Sigma-Aldrich | HPA048892 | Primary antibody |
| Blp I | NE BioLabs | R0585S | Restriction enzyme |
| CalPhos Mammalian Transfection Kit | Takara | 631312 | Transfection kit |
| Easy blot anti Mouse IgG | GeneTex | GTX221667-01 | HRP secondary antibody |
| Easy blot anti Rabbit IgG | GeneTex | GTX221666 | HRP secondary antibody |
| Fluo-4 direct | Molecular Probes | F10472 | Calcium imaging |
| GAPDH(14C10) Rabbit mAb | Cell Signaling Technology | #2118 | Primary antibody |
| HindIII | Fermentas | ER0501 | Restriction enzyme |
| InFusion HD Precision Plus | Takara | 638920 | Ligation kit |
| MasterMix Phusion High Fidelity with GC | ThermoFisher Scientific | F532L | Mix for PCR reaction with High fidelity Taq polymerase and dNTPs |
| Myosin Heavy Chain antibody | DHSB | MF20 | Primary antibody |
| NucleoBond Xtra Maxi EF | Macherey-Nagel | REF 740424 | Maxipreparation kit for purification of plasmids |
| NucleoSpin Gel and PCR Clean-up | Macherey-Nagel | 740609 | DNA purification |
| NucleoSpin Tissue | Macherey-Nagel | 740952 | Kit for DNA extraction from cell |
| One Shot Stbl3 Chemically Competent E. coli | ThermoFisher Scientific | C737303 | Chemically competent cells |
| Plasmid #87904 | Addgene | 87904 | Lentiviral plasmid encoding the SpCas9 (for LV-Cas9) |
| Plasmid #87919 | Addgene | 87919 | Lentiviral backbone for insertion of cassette with guides (for LV-guide-target) |
| Plasmid #12260 | Addgene | 12260 | Lentiviral plasmid encoding lentiviral packaging GAG POL |
| Plasmid #8454 | Addgene | 8454 | Lentiviral plasmid encoding envelope protein for producing lentiviral and MuLV retroviral particles |
| V5 Tag Monoclonal Antibody | Invitrogene | R96025 | Primary antibody |
| XL10-Gold Ultracompetent Cells | Agilent | 200317 | Chemically competent cells |
| Xma I | NE BioLabs | R0180S | Restriction enzyme |
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