图 2:在 K-562 细胞中通过电穿孔优化 HDR 介导的报告基因敲入。A. LMNA -EGFP 供体质粒单独电穿孔,浓度增加,显示非特异性 EGFP 表达量较低。Cas9 蛋白:crRNA:tracrRNA 电穿孔,LMNA -EGFP 供体质粒浓度增加,显示 EGFP 表达相关增加。B. 放大倍数增加后,HDR 介导的敲入样本中 EGFP 表达的定位与 LMNA 的预期一致,位于细胞核中,并与 Hoechst 染色共定位。C. HDR 介导的敲入细胞群的流式细胞术分析显示,随着 DNA 供体质粒数量的增加,EGFP 表达增加高达 32%。单独 DNA 供体质粒对照的相应分析显示所有剂量的 EGFP 表达均低于 0.5%(未显示数据)。
图 2:使用核转染提供的 Cas9-mRNA 核酸酶、合成 sgRNA 和 ssDNA 寡核苷酸修复模板对 iPSC 进行基因编辑不会对 iPSC 形态造成干扰,可用于对基因组进行微小改变。A) 核转染后 48 小时拍摄的相位图像。比例尺为 100 μm。BC) 分析 LMNA 基因座 (B) 和 MYH7 基因座 (C) 中具有指定所需编辑 (蓝色) 或不需要的 INDEL (灰色) 的总 NGS 测序读数百分比。
AAVpro 包装质粒 (AAV2,#6234;AAV5,#6664;AA6,#6665,Takara Bio) 和 AAVpro 293T 细胞系 (#632273,Takara Bio)。所有 AAV 载体质粒均通过将对应于目标基因座和敲入序列的 PCR 片段克隆到 EcoRV 和 BglII 限制位点之间的 pAAV-CMV 载体中,去除 CMV 启动子、b-珠蛋白内含子和 hGH polyA 来构建。按照制造商的说明,使用 Xfect 转染试剂 (#631318,Clontech) 将 AAV 质粒和包装质粒转染 293T 细胞。使用 AAVpro 纯化试剂盒 (所有血清型) (#6666,Takara Bio) 提取和浓缩 AAV。使用 AAVpro 滴定试剂盒(#6233,Takara Bio)和热循环仪 Dice 实时系统 III(TP950,Takara Bio)估算病毒基因组拷贝数。
类器官可通过诱导多能干细胞和胚胎干细胞的引导分化生成,也可从从成体组织中分离的细胞生成 1 。成体干细胞 (ASC) 衍生的类器官是自组织结构,可重现其来源的不同上皮组织的细胞组成、三维 (3D) 结构和功能的各个方面,同时保持基因组稳定性 2、3 。从转基因小鼠品系(尤其是敲入模型)中获得类器官的可能性使得能够生成工程化小鼠类器官,这些类器官已被用作多功能体外工具来回答各种生物学问题 4 3 10 。生成工程化人类 ASC 衍生类器官需要在建立品系后应用有效的体外基因组编辑策略。CRISPR3Cas9 技术大大简化了基因工程。迄今为止,这些方法主要限于非同源末端连接 (NHEJ) 介导的将插入/缺失引入类器官内源性基因座,从而导致基因突变 11 3 14 。通过利用 HDR 通路,引入单碱基替换来纠正囊性纤维化肠道类器官中的 CFTR 基因座 15 ,并且已经生成了一些人类 ASC 类器官敲入报告系,但主要是在结肠癌类器官中 16 3 18 。使用 HDR 的敲入利用了细胞修复双链断裂 (DSB) 的机制。可以使用 CRISPR3Cas9 在特定位点引入此类断裂。HDR 是用于靶向插入的最常用方法,但该过程效率低下并且要求细胞处于 S 期 19,20 。此外,HDR 需要克隆供体质粒,因为需要存在每个基因特有的同源臂(图 1a)。最近的研究表明,CRISPR 诱导的 DSB 可激活
基因工程将细胞置于选择压力之下,需要几轮细胞倍增才能获得编辑后的克隆。因此,为避免基因组不稳定性积累,我们建议使用解冻后 2-3 次传代的细胞,尽可能接近质量测试过的细胞库。我们还建议在缺氧条件下(37 C/5% CO 2 /5% O 2 )维护 hiPSC 并进行基因编辑实验,因为在缺氧条件下培养 hiPSC 有几个优点,包括增强多能性、增加增殖、减少氧化应激、提高重编程效率、更好的分化潜力和低遗传不稳定性频率。2、3 这些好处可以提高 hiPSC 的质量和功能,这对于再生医学和疾病建模中的下游应用至关重要。Vallone 等人描述了描述板涂层、细胞维护以及酶促和非酶促解离的一般方案。4
(未经同行评审认证)是作者/资助者。保留所有权利。未经许可不得重复使用。此预印本的版权所有者此版本于 2023 年 6 月 21 日发布。;https://doi.org/10.1101/2023.06.20.545315 doi:bioRxiv preprint
1. 美国康涅狄格州纽黑文耶鲁大学医学院遗传学系 2. 美国康涅狄格州西黑文耶鲁大学系统生物学研究所 3. 美国康涅狄格州西黑文耶鲁大学癌症系统生物学中心 4. 医学博士 (MD-Ph.D.)耶鲁大学免疫生物学项目,美国康涅狄格州西黑文 5. 耶鲁大学免疫生物学项目,美国康涅狄格州纽黑文 6. 耶鲁大学免疫生物学系,美国康涅狄格州纽黑文 7. 耶鲁大学分子细胞生物学、遗传学与发展项目,美国康涅狄格州纽黑文 8. 耶鲁大学耶鲁学院,美国康涅狄格州纽黑文 9. 耶鲁大学医学院神经外科系,美国康涅狄格州纽黑文 10. 耶鲁大学医学院耶鲁综合癌症中心,美国康涅狄格州纽黑文 11. 耶鲁大学医学院耶鲁干细胞中心,美国康涅狄格州纽黑文 12. 耶鲁大学医学院耶鲁生物医学数据科学中心,美国康涅狄格州纽黑文 ^ 现地址:中国湖南长沙湘雅医学院 * 共同第一作者 @ 通信:
在这里,我们设计了一种无需克隆的 39 敲入策略,用于斑马鱼,使用 PCR 扩增的 dsDNA 供体,避免破坏目标基因。dsDNA 供体携带编码荧光蛋白和 Cre 重组酶的遗传盒,与内源基因同框,但被可自裂解的肽与其隔开。具有 59 AmC6 末端保护的引物产生了具有更高整合效率的 PCR 扩增子,这些扩增子与预组装的 Cas9/gRNA 核糖核蛋白复合物共注射以进行早期整合。我们针对四个基因位点(krt92、nkx6.1、krt4 和 id2a)并生成了 10 个敲入系,它们可作为内源基因表达的报告基因。敲入 iCre 或 CreERT2 的细胞系用于谱系追踪,结果表明 nkx6.1 + 细胞是多能性胰腺祖细胞,逐渐局限于双能性导管,而 id2a + 细胞在肝脏和胰腺中都是多能性细胞,逐渐局限于导管细胞。此外,肝脏 id2a +
靶向基因敲入在细胞治疗中的应用效率普遍较低,规模有限。本研究开发了CLASH系统,该系统能够实现高效、高通量的基因敲入工程。在CLASH中,Cas12a/Cpf1 mRNA与混合腺相关病毒结合,通过大规模并行同源定向修复介导同时基因编辑和精准转基因敲入,从而产生一个稳定整合的突变变体池,每个变体都具有靶向基因编辑功能。我们将该技术应用于原代人T细胞,并使用CD3、CD8和CD4 T细胞在血癌和实体瘤模型中进行了时间进程式CLASH实验,从而实现了有利的CAR-T变体的混合生成和无偏选择。 CLASH 实验中出现了一种独特的 CRISPR RNA (crRNA),它可以在 CAR-T 中生成 PRDM1 的外显子 3 跳跃突变,从而增强这些细胞的增殖、干细胞样特性、中枢记忆和寿命,从而在多种癌症模型(包括实体瘤模型)中提高体内疗效。CLASH 的多功能性使其广泛应用于各种细胞和治疗工程应用。
摘要:特异性抗体对于蛋白质复合物的细胞和组织表达、生化和功能分析必不可少。然而,制备特异性抗体通常费时费力。将内源性蛋白质的表位标记在适当的位置可以克服这个问题。在这里,我们使用 AlphaFold2 蛋白质结构预测研究了表位标签位置,并结合 CRISPR-Cas9 基因组编辑和电穿孔 (i-GONAD) 开发了 Flag/DYKDDDDK 标签敲入 CaMKII α 和 CaMKII β 小鼠。使用 i-GONAD,可以将长达 200 bp 的小片段插入目标基因的基因组中,从而实现高效便捷的小表位标记。使用市售的抗 Flag 抗体进行实验,可以通过蛋白质印迹、免疫沉淀和免疫组织化学轻松检测内源性 CaMKII α 和 β 蛋白。我们的数据表明,通过 i-GONAD 生成 Flag/DYKDDDDK 标签敲入小鼠是一种有用且方便的选择,特别是在没有特定抗体的情况下。