Preview

Вавиловский журнал генетики и селекции

Расширенный поиск

Практическое руководство по редактированию геномов системой CRISPR/Cas9

https://doi.org/10.18699/VJ16.214

Полный текст:

Аннотация

Технология CRISPR/Cas за последние несколько лет совершила прорыв в области редактирования геномов. В силу высокой эффективности и простоты сборки отдельных компонент в условиях современной лаборатории, система CRISPR/Cas применяется огромным количеством исследователей в самых разных областях биологии. После появления первых сведений о редактировании генома млекопитающих системой CRISPR/Cas9 было разработано множество методов, предлагающих те или иные модификации белков семейства Cas или направляющих РНК. Целый ряд работ посвящен использованию технологий, основанных на системе CRISPR/Cas, для самых неожиданных целей – не только для редактирования геномов, но и для контроля экспрессии определенных генов, локализации и визуализации отдельных локусов ДНК в пространстве ядра, изменения статуса метилирования заданных сайтов в геноме млекопитающих и многое другое. Подробности работы системы CRISPR/Cas и способы ее применения детально рассмотрены нами ранее. Наиболее часто система CRISPR/ Cas используется именно для редактирования 
геномов, однако, несмотря на кажущуюся простоту, существует ряд технических сложностей, с которыми можно столкнуться, применяя эту технологию впервые. В настоящей статье подробно описаны протоколы, связанные со сборкой, тестированием и использованием системы CRISPR/Cas9 для внесения мутаций в геном млекопитающих. Дано краткое пояснение теоретических аспектов процессов, связанных с внесением направленных модификаций в геном млекопитающих. Подробно описана методика клонирования и тестирования векторов для доставки компонент системы CRISPR/Cas9 в клетки. Приведены протоколы модификации генома клеток в культуре и создания трансгенных животных. В каждом из разделов упомянуты потенциальные сложности, связанные с использованием системы CRISPR/Cas9, и предложены способы их преодоления.

Об авторах

А. Г. Мензоров
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук» Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет»
Россия
Новосибирск, Россия


В. А. Лукьянчикова
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук»
Россия
Новосибирск, Россия


А. Н. Кораблев
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук»
Россия
Новосибирск, Россия


И. А. Серова
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук»
Россия
Новосибирск, Россия


В. С. Фишман
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук» Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет»
Россия
Новосибирск, Россия


Список литературы

1. Bindra R.S., Goglia A.G., Jasin M., Powell S.N. Development of an assay to measure mutagenic non-homologous end-joining repair activity in mammalian cells. Nucl. Acids Res. 2013;41(11):e115-e115. DOI 10.1093/nar/gkt255.

2. Brinster R.L., Chen H.Y., Trumbauer M.E., Yagle M.K., Palmiter R.D. Factors affecting the efficiency of introducing foreign DNA into mice by microinjecting eggs. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1985;82(13): 4438-4442.

3. Bryja V., Bonilla S., Arenas E. Derivation of mouse embryonic stem cells. Nat. Protoc. 2006;1(4):2082-2087. DOI 10.1038/nprot.2006.355.

4. Chari R., Mali P., Moosburner M., Church G.M. Unraveling CRISPRCas9 genome engineering parameters via a library-on-library approach. Nature Methods. 2015;12(9):823-826. DOI 10.1038/nmeth.3473.

5. Datta S., Roychoudhury S., Ghosh A., Dasgupta D., Ghosh A., Chakraborty B., Roy S., Gupta S., Santra A.K., Datta S., Das K. Distinct distribution pattern of hepatitis B virus genotype C and D in liver tissue and serum of dual genotype infected liver cirrhosis and hepatocellular carcinoma patients. PloS One. 2014;9(7):e102573. DOI 10.1371/journal.pone.0102573.

6. Fu Y., Foden J.A., Khayter C., Maeder M.L., Reyon D., Joung J.K., Sander J.D. High-frequency off-target mutagenesis induced by CRISPR-Cas nucleases in human cells. Nat. Biotechnol. 2013;31(9): 822-826. DOI 10.1038/nbt.2623.

7. Golding S.E., Rosenberg E., Khalil A., McEwen A., Holmes M., Neill S., Povirk L.F., Valerie K. Double strand break repair by homologous recombination is regulated by cell cycle- independent signaling via ATM in human glioma cells. J. Biol. Chemistry. 2004; 279(15):15402-15410. DOI 10.1074/jbc.M314191200.

8. Hogan B., Beddington R., Costantini F., Lacy E. Manipulating the Mouse Embryo. A Laboratory Manual. 2nd ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1994.

9. Jinek M., Chylinski K., Fonfara I., Hauer M., Doudna J.A., Charpentier E. A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. Science. 2012;337(6096):816-821. DOI 10.1126/science.1225829.

10. Kistler K., Vosshall L., Matthews B. Genome engineering with CRISPR-Cas9 in the mosquito Aedes aegypti. Cell Report. 2015; 11(1):51-60. DOI 10.1016/j.celrep.2015.03.009.

11. Kouranova E., Forbes K., Zhao G., Warren J., Bartels A., Wu Y. CRISPRs for optimal targeting: Delivery of CRISPR components as DNA, RNA, and protein into cultured cells and single-cell embryos. Hum. Gene Ther. 2016;27(6):464-475. DOI 10.1089/hum. 2016.009.

12. Kulkarni A.S., Fortunato E.A. Stimulation of homology-directed repair at I-SceI-induced DNA breaks during the permissive life cycle of human cytomegalovirus. J. Virology. 2011;85(12):6049-6054. DOI 10.1128/JVI.02514-10.

13. Li K., Wang G., Andersen T., Zhou P., Pu W.T. Optimization of genome engineering approaches with the CRISPR/Cas9 system. PLoS One. 2014;9(8):e105779. DOI 10.1371/journal.pone.0105779.

14. Liu Y.G., Chen Y. High-efficiency thermal asymmetric interlaced PCR for amplification of unknown flanking sequences. Biotechniques. 2007;43(5):649-650,652,654.

15. Pierce A.J., Hu P., Han M., Ellis N., Jasin M. Ku DNA end-binding protein modulates homologous repair of double-strand breaks in mammalian cells. Genes & Development. 2001;15(24):3237-3242. DOI 10.1101/gad.946401.

16. Pierce A.J., Johnson R.D., Thompson L.H., Jasin M. XRCC3 promotes homology-directed repair of DNA damage in mammalian cells. Genes & Development. 1999;13(20):2633-2638.

17. Sakurai T., Kamiyoshi A., Kawate H., Mori C., Watanabe S., Tanaka M. A non-inheritable maternal Cas9-based multiple-gene editing system in mice. Sci. Reports. 2016;6:20011. DOI 101038/srep20011.

18. Sambrook J.F., Russell D.W. Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3rd ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001.

19. Shchelkunov S.N. Geneticheskaya inzheneriya [Genetic Engineering]. Novosibirsk, 2004. (in Russian)

20. Smirnov A.V., Yunusova A.M., Lukyanchikova V.A., Battulin N.R. CRISPR/Cas9: a universal tool for genomic engineering. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2016;20(4):493-510. DOI 10.18699/VJ16.175. (in Russian)

21. Smith A.M., Takeuchi R., Pellenz S., Davis L., Maizels N., Monnat R.J., Stoddard B.L. Generation of a nicking enzyme that stimulates sitespecific gene conversion from the I-AniI LAGLIDADG homing endonuclease. Proc. Natl. Acad. Sci. 2009;106(13):5099-5104. DOI 10.1073/pnas.0810588106.

22. Windbichler N., Papathanos P.A., Catteruccia F., Ranson H., Burt A., Crisanti A. Homing endonuclease mediated gene targeting in Anopheles gambiae cells and embryos. Nucl. Acids Res. 2007;35(17): 5922-5933. DOI 10.1093/nar/gkm632.

23. Yang H., Wang H., Jaenisch R. Generating genetically modified mice using CRISPR/Cas- mediated genome engineering. Nat. Protocols. 2014;9:1956-1968.


Просмотров: 400


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-0462 (Print)
ISSN 2500-3259 (Online)