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CRISPR-CAS9核糖核蛋白的包装递送加速基因组编辑
图1：用荧光相关光谱（FCS）量化CAS9 RNP核浓度a）工作流的实验示意图，以量化编辑所需的CAS9 RNP核浓度。b）Cas9 rnp或gRNA的扩散时间，在每个细胞中，在Hela细胞中传递，并在24小时（2.0 vs 1.0 ms，p值= 0.0004）时测量每个点，代表用两种组件扩散拟合模拟的单个细胞中平均扩散时间（图。s1）。fcs在MS中提供的扩散时间，每个FCS条件中提供至少两个生物学重复（平均值±SEM）。c）用Cas9 RNP电穿孔的HeLa细胞的FCS分析。Cas9 RNP的核浓度是剂量的函数（每个细胞Cas9）。 每个点表示单个细胞中的浓度。 fcs值在NM中提供，每个FCS条件至少有两个生物学重复（平均值±SEM）。 通过将FCS跟踪与两个组件3D扩散方程拟合（有关详细信息，请参见方法），从而得出了所有浓度值和扩散时间。 d）（左轴）CAS9 RNP与剂量的平均核浓度显示出很强的线性相关性。 （r 2 = 0.96）。 （右轴）由FCS计算出的核浓度值和HeLa核的体积（690μm3）估计的Cas9数量（46）。 e）HELA，U2OS和HEK293T细胞的核浓度的FCS分析。 fcs值在NM中提供，每个FCS条件至少有两个生物学重复（平均值±SEM）。Cas9 RNP的核浓度是剂量的函数（每个细胞Cas9）。每个点表示单个细胞中的浓度。fcs值在NM中提供，每个FCS条件至少有两个生物学重复（平均值±SEM）。通过将FCS跟踪与两个组件3D扩散方程拟合（有关详细信息，请参见方法），从而得出了所有浓度值和扩散时间。d）（左轴）CAS9 RNP与剂量的平均核浓度显示出很强的线性相关性。（r 2 = 0.96）。（右轴）由FCS计算出的核浓度值和HeLa核的体积（690μm3）估计的Cas9数量（46）。e）HELA，U2OS和HEK293T细胞的核浓度的FCS分析。fcs值在NM中提供，每个FCS条件至少有两个生物学重复（平均值±SEM）。在补充表2中报告了FC的精确值，包括实验和生物学重复，平均值和SEM
纳米级-RSC Publishing
识别靶DNA，然后使用核酸内切酶Cas9蛋白在靶基因位点引入位点特异性双链断裂（DSB）。3通过使用CRISPR/CAS9 DNA（可以编码Cas9的质粒DNA和病毒基因组），mRNA或蛋白质获得了成功的基因编辑活性。4,5通常，CAS9/ SGRNA RNP复合物的直接递送是近年来最广泛的方法，因为其快速作用，高基因编辑效率，低邻靶效应和免疫反应。6然而，对于基于RNP的治疗剂的所有优势，仍然存在一些挑战。目前，物理方法（电力，显微注射等）和病毒载体（腺病毒，腺病毒相关病毒等）仍然是主要的交付策略。7,8尽管已经报道了一些非病毒基纳米载体，例如DNA纳米载体，9张阳离子脂质或聚合物，10和黑磷11用于RNP递送，但它们仍然难以实现，无法实现在体外和体内进行效率的基因。一般而言，需要考虑三个交付过程。首先，CRISPR/CAS9 RNP尺寸较大，表面高度高，因此很难将其凝结成小尺寸或封装。12
使用 24 孔板脂质体转染技术对含有 RNP 的永生化细胞系进行 CRISPR 编辑
本方案描述了如何将由纯化的 Cas9 核酸酶与化学修饰的合成单向导 RNA (sgRNA) 组成的核糖核蛋白 (RNP) 复合物递送至标准永生化细胞系（粘附或悬浮）。尽管针对 HEK293（人胚胎肾 293 细胞）进行了优化，但本方案可能适用于许多其他细胞系（例如 A549、U2OS、HeLa、CHO、MCF-7）。RNP 递送是使用 Lipofectamine™ CRISPRMAX™ 转染试剂完成的。化学修饰的 sgRNA 旨在抵抗核酸外切酶的降解并防止可能导致细胞死亡的先天性细胞内免疫级联。本方案可用于转染 EditCo 的多向导基因敲除试剂盒。
Cas9 的效率、特异性和温度敏感性...
使用 CRISPR-Cas 核糖核蛋白 (RNPs) 转染递送基因组编辑试剂比基于质粒 DNA 的递送方法具有多种优势，包括减少脱靶编辑效应、减轻非天然 DNA 片段的随机整合、不依赖载体构建以及监管限制较少。与在动物系统中的使用相比，RNP 介导的基因组编辑在植物中仍处于早期发展阶段。在本研究中，我们建立了一个高效、简化的基于原生质体的 CRISPR-Cas RNP 递送基因组编辑平台，然后评估了六种 Cas9 和 Cas12a 蛋白的效率、特异性和温度敏感性。我们的结果表明，Cas9 和 Cas12a RNP 递送在不同温度条件下（22°C、26°C 和 37°C）均导致基因组编辑频率（8.7 – 41.2%），并且没有明显的温度敏感性。 LbCas12a 通常表现出最高的活性，而 AsCas12a 表现出更高的序列特异性。CRISPR-Cas RNPs 在 22° 和 26°C（植物转化和组织培养的首选温度）下的高活性导致原生质体再生愈伤组织和在下一代恢复可遗传突变体的植物中具有高诱变效率（34.0 – 85.2%）。这种 RNP 递送方法进一步扩展到菥蓂 ( Thlaspi arvense )、大豆 ( Glycine max ) 和狗尾草，诱变频率高达 70.2%。总之，这项研究为选择 RNP 试剂以实现植物中有效的无转基因基因组编辑提供了启示。
利用冲击波介导的核糖核蛋白递送对烟草 ADF 基因进行定向诱变，提高渗透胁迫耐受性
建立了工作流程后，我们随后使用脉冲激光诱导冲击波法将 RNP 直接递送到完整的烟草叶片细胞中，这比原生质体或受精卵更容易制备和处理。我们引入了一个预组装的 RNP，它包含 HiFi Cas9 蛋白、crispr RNA (crRNA) 和 ATTO-550 标记的反式激活 crispr RNA (tracrRNA)，靶向烟草 PDS 或 ADF 基因。荧光 tracrRNA 允许直接筛选转染细胞，因此不需要选择标记基因（图 2A'）。样本大小和实验设置与上面描述的 DsRed 转染相同（图 1A、B）。根据我们的观察，ATTO-550 荧光在激光处理后 24 小时开始变得可见，在转染后 48 小时达到最大值。根据制造商的说法，RNP 复合物的活性最长为 72 小时。
在CRISPR-CAS裂解动力学和特异性的体外分析
摘要基因治疗是通过破坏与疾病相关基因的表达或替换或纠正受影响细胞类型中突变的基因座的表达来治疗遗传性疾病，癌症或传染病。除了常规的基因转移方案外，设计器核酸酶（例如锌指核酸酶，故事核酸酶，巨核酸酶或CRISPR-CAS核酸酶）在该领域中越来越重要。使用设计师的核酸内切酶的使用使研究人员可以通过促进DNA双链断裂来校正有害突变。CRISPR-CAS技术被广泛用作强大的基因组编辑工具，因为它的简单性质由单个RNA分子引导到目标位点的核酸酶组成。尽管如此，主要问题之一是CRISPR-CAS系统的脱靶活动，该活动与特定的CRISPR-CAS核糖核蛋白（RNP）络合物针对基因组中其他序列的相似性有关。先前的研究表明，除了序列同源性外，靶向活性与细胞中的RNP浓度和基因组暴露于这些RNP的时间正相关。到目前为止，还没有执行很多测定，这些测定详细介绍了影响开目标和脱靶裂解动力学的参数。在我的主论文项目中，我开发了新颖的体外方法，以评估各种参数对靶向和脱靶裂解动力学和切割效率的影响。我的结果表明，CRISPR-CAS DNA裂解动力学在很大程度上取决于RNP，DNA靶位点和RNP脱靶结合位点的浓度。i发现，靶向裂解动力学和效率取决于（i）目标序列本身，（ii）RNPS和靶位点之间的比率，（iii）RNP的浓度，（iv），（iv）非目标裂解位点的浓度以及（v）（v）（v）off target结合位点的浓度。数据表明，单元格中的切割效率不仅取决于目标位点组成本身，而且还取决于脱靶裂解位点的数量，更重要的是 - 更重要的是 - 非目标结合位点的数量。
CRISPR/Cas 与核糖核蛋白复合物和瞬时选择端粒载体可在灰葡萄孢菌中实现高效的无标记和多重基因组编辑
CRISPR/Cas 已成为多种生物体中遗传操作的最先进的技术，能够以前所未有的效率进行有针对性的遗传改变。本文中，我们报告了在重要的坏死性植物病原体灰霉病中首次建立强大的 CRISPR/Cas 编辑，该方法基于将优化的 Cas9-sgRNA 核糖核蛋白复合物 (RNP) 引入原生质体。通过开发一种将 RNP 递送与含端粒的瞬时稳定载体共转化相结合的新策略，进一步提高了编辑产量，从而允许临时选择和方便地筛选无标记编辑事件。我们证明，与现有的基于 CRISPR/Cas 的丝状真菌方法（包括模型植物病原体稻瘟病菌）相比，这种方法提供了更高的编辑率。编辑菌株的基因组测序显示很少有额外的突变，也没有 RNP 介导的脱靶证据。端粒载体介导编辑的高性能通过随机诱变 sdhB 基因的 272 个密码子得到证实，该基因是琥珀酸脱氢酶抑制剂 (SDHI) 杀菌剂抗性的主要决定因素，方法是将 272 个密码子批量替换为编码所有 20 种氨基酸的密码子。在没有选择的情况下，所有交换的频率都相似，但 SDHI 选择允许识别新的氨基酸替换，这些替换赋予了对不同 SDHI 杀菌剂的不同抗性水平。基于 RNP 的共转化效率提高且易于操作，有望加速 B . cinerea 和其他真菌的分子研究。
脚手架介导的CRISPR-CAS9输送系统用于急性髓细胞性白血病疗法
白血病干细胞（LSC）维持该疾病，并有助于急性髓样白血病（AML）复发。植物LSC可能会增加消除患者癌症的机会。为此，我们使用了可生物治疗的Lipidoid封装Cas9/单个指导RNA（SGRNA）核糖核蛋白[lipidoid纳米粒子（LNP）–CAS9 RNP]来靶向人类LSCS中关键基因介绍基因介绍基因介绍基因介绍基因介绍蛋白（IL1RAP）。为增强LSC靶向，我们将LNP-CAS9 RNP和趋化因子CXCL12加载到间充质干细胞膜膜的纳米纤维（MSCM-NF）上，模仿骨髓微环境。在体外，CXCL12释放LSC向脚手架的迁移，LNP-Cas9 RNP诱导的有效基因编辑。IL1RAP敲除降低了LSC菌落形成能力和白血病负担。 基于支架的递送增加了LNP-CAS9在骨髓腔中的保留时间。 总体而言，通过CXCL12LNP/MSCM -NF脚手架通过CXCL12sgrna持续局部交付，为减弱LSC增长以改善AML治疗提供了有效的策略。IL1RAP敲除降低了LSC菌落形成能力和白血病负担。基于支架的递送增加了LNP-CAS9在骨髓腔中的保留时间。总体而言，通过CXCL12LNP/MSCM -NF脚手架通过CXCL12sgrna持续局部交付，为减弱LSC增长以改善AML治疗提供了有效的策略。
