终于把CRISPR-Cas9基因编辑系统这篇文章看完个大概了。

Genome engineering using the CRISPR-Cas9 system

这篇文章真的看了好久,就算一开始秉承着不求甚解的精神都看不下去,有太多的专业背景需求,直到昨天做完了T7 Endonuclease I digestion实验,回过头再来看这篇protocol文章,终于能明白了百分之七八十了。

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但这篇文章长达29页,实在是不适合一页一页的翻看,看到后面前面已经忘记了,所以今天我将这篇文章的框架摘抄出来,整理如下:

ABSTRACT--略

INTRODUCTION--5个小标题

1. Precise genome editing using engineered nucleases

简单的背景介绍,说明精确编辑的重要性,有什么样的核酸酶。

2. Cas9: an RNA-guided nuclease for genome editing

详细介绍Cas9,并且介绍sgRNA。

3. Comparison with other genome editing technologies

简单的对比一下不同的基因编辑工具的优缺点,突出CRISPR-Cas9的优点

4. Limitations of the Cas9 system

简述CRISPR-Cas9的缺点

5. Experimental design

终于到实验设计部分了

(1) Target selection for sgRNA.

先确定要干嘛(敲除还是编辑),然后设计sgRNA

(2) Approaches for sgRNA construction and delivery.

确定sgRNA的表达方式,既然Cas9是需要sgRNA帮助来识别靶点的,那么sgRNA在细胞内该如何产生呢?这里提供了两种办法,PCR扩增法还有质粒表达法。

(3) Design of repair template.

这部分是设计模板,HDR(同源修复)有两种模板,一种是我们设计好插入到质粒中,另外一种呢是ssODN。想清楚选择哪一种。

(4) Clonal isolation of cell lines.

将带sgRNA表达的质粒或者载体+模板一起转染细胞,并且最后通过筛选标记分离(抗生素抗性或者荧光筛选)。

(5) Functional testing.

验证基因编辑的效果。


MATERIALS--实验材料和试剂

1. REAGENTs

sgRNA preparation, Mammalian cell culture, genotyping analysis

2. REAGENT SETUP


PROCEDURE--实验步骤

1. 确定要用什么材料,sgRNA还是ssODN

一般来说 sgRNA是帮助Cas9识别靶点,而Cas9造成DNA的双剑断裂(DSB)切口之后,DNA需要自我修复(DNA总不能一直断着吧)。

这时候呢,没有模板的就是易出错的同源修复,会造成缺失(敲除),那么有模板的呢,这部分模板就会接上去,就造成了插入,这就是我们常说的HDR。

那么说到HDR是需要模板的,模板又分为两种,一种呢是在质粒上的,另一种比较简单,是ssODN。

因此,首先要确定的是,到底是想做敲除呢,还是想做插入。

1.1 Design of targeting components and the use of the CRISPR Design Tool ● TIMING 1 d
1.2 Design of the ssODN template (optional) ● TIMING 1 h

2. 确定好之后开始action

Preparation of sgRNA expression construct,因为我们要做的是敲除,并且选择了质粒sgRNA的方法,所以首先要设计sgRNA,并将sgRNA插入到质粒中

(A) Generation of the sgRNA expression construct by PCR amplification ● TIMING 2 h

(B) Cloning sgRNA into the pSpCas9(BB) vector for co-expression with Cas9 ● TIMING 3 d

3. 功能测试

第一部分自然是先转染细胞,将材料都转进去。

Functional validation of sgRNAs: HEK 293FT cell culture and transfections ● TIMING 3–4 d** 先拿293FT细胞做转染验证

Co-transfection of CRISPR plasmids and HDR templates into HEK 293FT cells (optional) ● TIMING 3–4 d** 这是我们前面提到的,如果要做HDR修复的话,那就需要模板,需要将质粒和模板共转。

hESC (HUES 9) culture and transfection ● TIMING 3–4* 因为多能干细胞和普通细胞的转染是不一样的,所以单独放出来给大家参考。

第二部分就是我们说的筛选细胞

Isolation of clonal cell lines by FACS ● TIMING 2–3 h hands-on; 2–3 weeks expansion 通过荧光筛选细胞的实验步骤。

Isolation of clonal cell lines by dilution ● TIMING 2–3 h hands-on; 2–3 weeks expansion 通过挑单克隆的方法筛选

第三部分就是编辑效果

Functional testing: detection of indel mutations by the SURVEYOR nuclease assay ● TIMING 5–6 h 通过SURVEYOR核酸酶实验验证效果,这部分我没有用这个酶,我们用的是T7 Endonuclease I,这个酶可以识别DNA上错配的地方,然后给切开。

Functional testing: detection of genomic microdeletions by PCR ● TIMING 3–4 h hands-on; 2–3 weeks expansion 通过PCR实验验证删除和倒置。
(A) Deletion or microdeletion analysis
(B) Inversion analysis

Functional testing: genotyping of HDR-mediated targeted modifications by restriction-fragment length polymorphism (RFLP) analysis ● TIMING 3–4 h 限制性片段长度多态性验证HDR介导的基因编辑结果。这个名词好长,看起来不好理解,实际上就是,不好理解。可以自行百度一下就知道了。

Assessment of Cas9 cleavage or HDR-mediated target modification efficiency by Sanger sequencing ● TIMING 3 d 测序验证

Deep sequencing and off-target analysis ● TIMING 2–3 d 脱靶效应

总览

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思路图

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其实中间还漏了一个质粒转化、扩增和鉴定的过程。

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