CN105907785A - 化学合成的crRNA用于CRISPR/Cpf1系统在基因编辑中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了CRISPR/Cpf1系统在基因编辑中的应用;所述CRISPR/Cpf1系统中包括a1)或a2):a1)化学合成的crRNA;a2)表达crRNA的载体。所述CRISPR/Cpf1系统为c1)或c2)或c3)或c4):c1)LbCRISPR/Cpf1系统;c2)Lb2CRISPR/Cpf1系统;c3)FnCRISPR/Cpf1系统;c4)AsCRISPR/Cpf1系统。实验证明,化学合成的crRNA能有效行使引导Cpf1剪切编辑特定靶位点的作用,且效率很高。载体表达的crRNA或化学合成的crRNA用于CRISPR/Cpf1系统在基因编辑中均具有重要的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及生物技术领域,具体涉及化学合成的crRNA用于CRISPR/Cpf1系统在基因编辑中的应用。
背景技术
基因编辑是在基因组水平上进行精确修饰的一种技术,可完成基因定点删除(InDel)突变、基因定点插入突变、多位点同时突变和小片段的删失等。基因编辑技术可用于基因功能及疾病发病机理研究、构建疾病动物模型、生物治疗、遗传和肿瘤相关疾病研究、整合病毒疾病研究和改良农畜牧物种。基因编辑技术是从根本上改变物种遗传物质DNA的工具,具有极其广泛的应用价值和发展前景。
锌指核酸酶(ZFN)、转录激活子样效应因子核酸酶(TALEN)和CRISPR/Cas9系统是三大基因编辑技术,本质上均是利用非同源末端链接途径(NHEJ)修复和同源重组(HR)修复,联合特异性DNA的靶向识别及核酸内切酶完成的DNA序列改变。NHEJ修复使基因产生插入或删除突变,从而造成基因移码突变,以实现编码蛋白基因敲除,如果是基因组邻近位置两处双链断裂,NHEJ修复后则可造成基因组片段缺失。锌指核酸酶(ZFN)、转录激活子样效应因子核酸酶(TALEN)和CRISPR/Cas9系统三种编辑技术的共同点是含有靶点DNA序列的识别区域及DNA剪切功能区域。其中ZFN通过锌指结构域识别靶点DNA序列,TALEN识别靶点DNA序列的区域是重复可变双残基的重复,ZFN和TALEN的DNA剪切功能区域均为一种名为Fokl的核酸内切酶结构域,FokI结构需要形成二聚体才能发挥DSB剪切功能,所以ZFNs和TALEN均需要表达两个DNA靶向-FokI核酸内切酶结构融合蛋白。而CRISPR/Cas9系统是存在于大多数细菌(约40%)和古细菌(约90%)中的一种后天免疫系统,可用来消灭或对抗外来的质体或者噬菌体,并在自身基因组中留下外来基因片段作为“记忆”,在下一次外源DNA入侵时,表达的Cas9核酸酶在含有记忆片段的crRNA及tracrRNA的指导下切割与记忆片段一样且含有PAM的外源基因,发挥抵抗外源DNA片段入侵的免疫作用。利用CRISPR/Cas9系统编辑生物基因组,可在靶标片段处造成不同形式的缺失或插入,现已成功应用于人类细胞系、斑马鱼、大鼠、小鼠、果蝇等生物中。与ZFN和TALEN相比,CRISPR/Cas9系统中蛋白质对DNA序列的识别要更加精确得多,降低了脱靶切割的几率,减低了细胞毒性,而且CRISPR/Cas9系统的构建仅仅需要设计与靶序列互补的gRNA即可,更为简单和廉价,大大提高了基因操作的效率及简便性。但是,CRISPR/Cas9系统也存在着一些不足,如Cas9蛋白不能对任意序列进行切割,其靶点3’端要求必须含有PAM序列(如SpCas9蛋白要求PAM序列为NGG)。
最新发现的CRISPR/Cpf1系统(Zetsche B,Gootenberg JS et al.Cpf1is asingle RNA-guided endonuclease of a class 2CRISPR-Cas system.Cell.2015Oct 22;163(3):759-71.)和CRISPR/Cas9系统同属CRISPR-Cas Class2系统,但前者仅需要一条更短的crRNA即可实现基因编辑,更有潜力实现更简单、更精确的基因组工程操作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何进行基因编辑。
为解决上述技术问题,本发明首先提供了CRISPR/Cpf1系统在基因编辑中的应用;所述CRISPR/Cpf1系统中包括a1)或a2):
a1)化学合成的crRNA;
a2)表达crRNA的载体。
所述a2)中,所述载体可为将所述crRNA的编码DNA插入骨架载体的多克隆位点得到的重组载体。所述骨架载体可为克隆载体。所述克隆载体具体可为苏州吉玛基因股份有限公司的生产的质粒pU6gRNA。
所述a2)中,所述载体具体可为将质粒pU6gRNA的限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ识别序列间的片段(质粒pU6gRNA被限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ切成一个大片段和一个小片段,该DNA为该小片段)替换为所述crRNA的编码DNA得到的重组载体。
上述应用中,所述CRISPR/Cpf1系统可为c1)或c2)或c3)或c4):
c1)LbCRISPR/Cpf1系统;
c2)Lb2CRISPR/Cpf1系统;
c3)FnCRISPR/Cpf1系统;
c4)AsCRISPR/Cpf1系统。
所述AsCRISPR/Cpf1系统来自Acidaminococcus_sp.BV3L6,其表达AsCpf1蛋白。所述FnCRISPR/Cpf1系统来自Francisella_novicida,其表达FnCpf1蛋白。所述LbCRISPR/Cpf1系统来自Lachnospiraceae bacterium ND2006,其表达LbCpf1蛋白。所述Lb2CRISPR/Cpf1系统来自Lachnospiraceae_bacterium_MA2020,其表达的Lb2Cpf1蛋白。
所述AsCpf1蛋白可为h1)或h2)或h3):
h1)氨基酸序列是序列表中序列6所示的蛋白质;
h2)在h1)的N端或/和C端连接标签得到的融合蛋白质;
h3)将序列表中序列6所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的具有相同功能的蛋白质。
所述FnCpf1蛋白可为i1)或i2)或i3):
i1)氨基酸序列是序列表中序列5所示的蛋白质;
i2)在i1)的N端或/和C端连接标签得到的融合蛋白质;
i3)将序列表中序列5所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的具有相同功能的蛋白质。
所述LbCpf1蛋白可为j1)或j2)或j3):
j1)氨基酸序列是序列表中序列3所示的蛋白质;
j2)在j1)的N端或/和C端连接标签得到的融合蛋白质;
j3)将序列表中序列3所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的具有相同功能的蛋白质。
所述Lb2Cpf1蛋白可为k1)或k2)或k3):
k1)氨基酸序列是序列表中序列4所示的蛋白质;
k2)在k1)的N端或/和C端连接标签得到的融合蛋白质;
k3)将序列表中序列4所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的具有相同功能的蛋白质。
为解决上述技术问题,本发明还提供了定向编辑基因组的方法。
本发明所提供的定向编辑基因组的方法可为方法一,可包括如下步骤:
(1)根据受体基因组中预期进行定向编辑的靶基因设计crRNA;
(2)化学合成所述crRNA;
(3)将所述化学合成的crRNA和编码Cpf1蛋白的基因导入所述受体,从而定向编辑所述受体基因组中的所述靶基因。
所述(1)和(3)中,所述靶基因具体可为hAAVS1基因(Gene ID:54776)和THUMPD3-AS1基因(Gene ID:440944)。根据所述hAAVS1基因的核苷酸序列选择靶序列Ⅰ,所述靶序列Ⅰ的核苷酸序列具体可为:5’-TCTGTCCCCTCCACCCCACAGTGG-3’。根据所述THUMPD3-AS1基因的核苷酸序列选择靶序列Ⅱ,所述靶序列Ⅱ的核苷酸序列具体可为:5’-GAGAACAAGCGCCTCCCACCCACA-3’。
所述(3)中,所述Cpf1蛋白可为所述AsCpf1蛋白、所述FnCpf1蛋白、所述LbCpf1蛋白或所述Lb2Cpf1蛋白。
所述(2)和(3)中,所述化学合成的crRNA具体可为e9)-e14)中的任一种:
e9)5’-AAUUUCUACUAAGUGUAGAUucuguccccuccaccccac-3’;
e10)5’-AAUUUCUACUAAGUGUAGAUgagaacaagcgccucccac-3’;
e11)5’-AAUUUCUACUAUUGUAGAUucuguccccuccaccccac-3’;
e12)5’-AAUUUCUACUAUUGUAGAUucuguccccuccaccccacagug-3’;
e13)5’-AAUUUCUACUAUUGUAGAUgagaacaagcgccucccac-3’;
e14)5’-AAUUUCUACUAUUGUAGAUgagaacaagcgccucccacccac-3’。
所述e9)或所述e10),具体可和编码所述LbCpf1蛋白的基因导入所述受体。所述编码所述LbCpf1蛋白的基因可通过质粒的形式导入所述受体。所述质粒具体可为Addgene公司的质粒pcDNA3.1-hLbCpf1。所述受体可为293T细胞。
所述e11)或所述e12)或所述e13)或所述e14),具体可和编码所述Lb2Cpf1蛋白的基因导入所述受体。所述编码所述Lb2Cpf1蛋白的基因可通过质粒的形式导入所述受体。所述质粒具体可为Addgene公司的质粒pcDNA3.1-hLb2Cpf1。所述受体可为293T细胞。
本发明所提供的定向编辑基因组的方法可为方法二,可包括如下步骤:
㈠根据受体基因组中预期进行定向编辑的靶基因设计crRNA;
㈡构建表达所述crRNA的重组载体;
㈢将所述重组载体和编码Cpf1蛋白的基因导入所述受体,从而定向编辑所述受体基因组中的所述靶基因。
所述㈡和㈢中,所述重组载体可为将所述crRNA的编码DNA插入骨架载体的多克隆位点得到的重组载体。所述骨架载体可为克隆载体。所述克隆载体具体可为苏州吉玛基因股份有限公司的生产的质粒pU6gRNA。
所述㈡和㈢中,所述重组载体具体可为将质粒pU6gRNA的限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ识别序列间的片段(质粒pU6gRNA被限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ切成一个大片段和一个小片段,该DNA为该小片段)替换为所述crRNA的编码DNA得到的重组载体。
所述㈠和㈢中,所述靶基因具体可为hAAVS1基因(Gene ID:54776)和THUMPD3-AS1基因(Gene ID:440944)。根据所述hAAVS1基因的核苷酸序列选择靶序列Ⅰ,所述靶序列Ⅰ的核苷酸序列具体可为:5’-TCTGTCCCCTCCACCCCACAGTGG-3’。根据所述THUMPD3-AS1基因的核苷酸序列选择靶序列Ⅱ,所述靶序列Ⅱ的核苷酸序列具体可为:5’-GAGAACAAGCGCCTCCCACCCACA-3’。
所述㈢中,所述Cpf1蛋白可为所述AsCpf1蛋白、所述FnCpf1蛋白、所述LbCpf1蛋白或所述Lb2Cpf1蛋白。
所述㈠中,所述“根据受体基因组中预期进行定向编辑的靶基因设计crRNA”具体可为e1)-e8)中的任一种:
e1)5’-UAAUUUCUACUCUUGUAGAUucuguccccuccaccccacaguggUUUUUU-3’;
e2)5’-UAAUUUCUACUCUUGUAGAUGAGAACAAGCGCCUCCCACCCACAUUUUUU-3’;
e3)5’-UAAUUUCUACUGUUGUAGAUucuguccccuccaccccacaguggUUUUUU-3’;
e4)5’-UAAUUUCUACUGUUGUAGAUGAGAACAAGCGCCUCCCACCCACAUUUUUU-3’;
e5)5’-UAAUUUCUACUAAGUGUAGAUucuguccccuccaccccacaguggUUUUUU-3’;
e6)5’-UAAUUUCUACUAAGUGUAGAUGAGAACAAGCGCCUCCCACCCACAUUUUUU-3’;
e7)5’-GAAUUUCUACUAUUGUAGAUucuguccccuccaccccacaguggUUUUUU-3’;
e8)5’-GAAUUUCUACUAUUGUAGAUGAGUUCUUGCGCCUCCCACCCACAUUUUUU-3’。
表达所述e1)或所述e2)的重组载体,具体可和编码所述AsCpf1蛋白的基因导入所述受体。所述编码所述AsCpf1蛋白的基因可通过质粒的形式导入所述受体。所述质粒具体可为Addgene公司的质粒pcDNA3.1-hAsCpf1。所述受体可为293T细胞。
表达所述e3)或所述e4)的重组载体,具体可和编码所述FnCpf1蛋白的基因导入所述受体。所述编码所述FnCpf1蛋白的基因可通过质粒的形式导入所述受体。所述质粒具体可为Addgene公司的质粒pcDNA3.1-hFnCpf1。所述受体可为293T细胞。
表达所述e5)或所述e6)的重组载体,具体可和编码所述LbCpf1蛋白的基因导入所述受体。所述编码所述LbCpf1蛋白的基因可通过质粒的形式导入所述受体。所述质粒具体可为Addgene公司的质粒pcDNA3.1-hLbCpf1。所述受体可为293T细胞。
表达所述e7)或所述e8)的重组载体,具体可和编码所述Lb2Cpf1蛋白的基因导入所述受体。所述编码所述Lb2Cpf1蛋白的基因可通过质粒的形式导入所述受体。所述质粒具体可为Addgene公司的质粒pcDNA3.1-hLb2Cpf1。所述受体可为293T细胞。
为解决上述技术问题,本发明还提供了定向编辑基因组的CRISPR/Cpf1系统。
本发明所提供的定向编辑基因组的CRISPR/Cpf1系统,该系统中包括a1)或a2):
a1)化学合成的crRNA;
a2)表达crRNA的载体。
所述a2)中,所述载体可为将所述crRNA的编码DNA插入骨架载体的多克隆位点得到的重组载体。所述骨架载体可为克隆载体。所述克隆载体具体可为苏州吉玛基因股份有限公司的生产的质粒pU6gRNA。
所述a2)中,所述载体具体可为将质粒pU6gRNA的限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ识别序列间的片段(质粒pU6gRNA被限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ切成一个大片段和一个小片段,该DNA为该小片段)替换为所述crRNA的编码DNA得到的重组载体。
上述系统中,所述CRISPR/Cpf1系统可为上述任一所述LbCRISPR/Cpf1系统或上述任一所述Lb2CRISPR/Cpf1系统或上述任一所述FnCRISPR/Cpf1系统或上述任一所述AsCRISPR/Cpf1系统。
实验证明,重组载体表达的crRNA在AsCRISPR/Cpf1系统、FnCRISPR/Cpf1系统、LbCRISPR/Cpf1系统和Lb2CRISPR/Cpf1系统中均有一定的基因编辑能力,且上述各CRISPR/Cpf1系统的基因编辑能力依次为:AsCRISPR/Cpf1系统>FnCRISPR/Cpf1系统>LbCRISPR/Cpf1系统>Lb2CRISPR/Cpf1系统;化学合成的crRNA能有效行使引导Cpf1剪切编辑特定靶位点的作用,且效率很高,同时化学合成的crRNA在LbCRISPR/Cpf1系统和Lb2CRISPR/Cpf1系统中均有一定的基因编辑能力,并且化学合成的crRNA可直接转染,比通过构建重组载体转染便于操作,更可控,并且便于进行化学修饰。因此,重组载体表达的crRNA和/或化学合成的crRNA用于CRISPR/Cpf1系统在基因编辑中均具有重要的应用价值。
附图说明
图1为实施例1步骤二中3的T7E1突变检测结果。
图2为实施例1步骤二中4的测序结果。
图3为实施例2步骤二中3的T7E1突变检测结果。
图4为实施例2步骤二中4的测序结果。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述,给出的实施例仅为了阐明本发明,而不是为了限制本发明的范围。
下述实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
以下实施例中的定量试验,均设置三次重复实验,结果取平均值。
质粒pcDNA3.1-hAsCpf1、质粒pcDNA3.1-hFnCpf1、质粒pcDNA3.1-hLbCpf1和质粒pcDNA3.1-hLb2Cpf1均为Addgene公司的产品,在下文中,质粒pcDNA3.1-hAsCpf1简称为质粒Y1681,质粒pcDNA3.1-hFnCpf1简称为质粒Y1682,质粒pcDNA3.1-hLbCpf1简称为质粒Y1683,质粒pcDNA3.1-hLb2Cpf1简称为质粒Y1684。
质粒pU6gRNA为苏州吉玛基因股份有限公司的产品,质粒pU6gRNA(环形)的核苷酸序列如序列表序列1所示。在下文中,质粒pU6gRNA简称为Y523。293T细胞为中国科学院细胞库产品,目录号为GNHu17。DMEM培养基和FBS均为Gibco公司的产品。细胞孔板为Corning公司的产品。Max酶为Vazyme公司产品,货号为P505。Genomic DNA Extraction kit为Takara公司产品,产品目录号为#9765。Trypsin-EDTA Solution为Hyclone公司,货号为SH30042.02。PBS缓冲液是用超纯水稀释PBS(10×)至10倍体积得到的;PBS(10×)为生工生物工程(上海)股份有限公司产品,货号为E607016。OPTI-MEM培养基为Gibco公司产品,产品目录号为#31985-070。lipofectamine 2000为thermo fisher-invitrogen公司产品,货号为11668-027。T7E1为T7E1突变检测试剂盒中的组件;T7E1突变检测试剂盒为苏州吉玛基因股份有限公司的产品。DNA Marker为Thermo Fisher公司产品,产品名称为GeneRuler DNALadder Mix,货号为SM0331。10×退火buffer:含10mM EDTA·2Na、1000mM NaCl的pH 8.0、100mM Tris-HCl缓冲液。
实施例1、检测AsCRISPR/Cpf1系统、FnCRISPR/Cpf1系统、LbCRISPR/Cpf1系统和Lb2CRISPR/Cpf1系统的基因编辑能力
选择hAAVS1基因(Gene ID:54776)和THUMPD3-AS1基因(Gene ID:440944)作为检测AsCRISPR/Cpf1系统、FnCRISPR/Cpf1系统、LbCRISPR/Cpf1系统和Lb2CRISPR/Cpf1系统的基因编辑能力的靶基因。其中AsCRISPR/Cpf1系统来自Acidaminococcus_sp.BV3L6,其表达序列表中序列6所示的AsCpf1蛋白;FnCRISPR/Cpf1系统来自Francisella_novicida,其表达序列表中序列5所示的FnCpf1蛋白;LbCRISPR/Cpf1系统来自Lachnospiraceaebacterium ND2006,其表达序列表中序列3所示的LbCpf1蛋白;Lb2CRISPR/Cpf1系统来自Lachnospiraceae_bacterium_MA2020,其表达序列表中序列4所示的Lb2Cpf1蛋白。
根据hAAVS1基因的核苷酸序列选择靶序列Ⅰ,根据THUMPD3-AS1基因的核苷酸序列选择靶序列Ⅱ。靶序列Ⅰ和靶序列Ⅱ的序列如下:
靶序列Ⅰ:5’-TCTGTCCCCTCCACCCCACAGTGG-3’;
靶序列Ⅱ:5’-GAGAACAAGCGCCTCCCACCCACA-3’。
一、质粒的构建
1、质粒Y1640的构建
(1)用限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ双酶切质粒pU6gRNA,回收约2955bp的载体骨架。
(2)由苏州吉玛基因股份有限公司合成引物Y1640-S:5’-CACCgTAATTTCTACTCTTGT AGAT g-3’(单下划线为AscrRNA骨架序列,双下划线为靶序列Ⅰ,波浪线为终止序列)和引物Y1640-A:5’-aattc ATCTACAAGAGTAGAAATTAc-3’(单下划线为AscrRNA骨架序列,双下划线为靶序列Ⅰ,波浪线为终止序列),用去离子水分别将引物Y1640-S和引物Y1640-A稀释至100μM,得到引物Y1640-S稀释液和引物Y1640-A稀释液;然后进行退火反应,形成DNA分子Ⅰ。
退火体系:引物Y1640-S稀释液5μL、引物Y1640-S稀释液5μL、去离子水35μL、10×退火buffer(含)5μL。
退火程序:99℃10min,85℃5min,80℃5min,75℃5min,70℃5min,16℃保存。
(3)将载体骨架和DNA分子Ⅰ连接,得到质粒Y1640。
根据测序结果,对质粒Y1640进行结构描述如下:将质粒pU6gRNA的限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ识别序列间的片段(质粒pU6gRNA被限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ切成一个大片段和一个小片段,该DNA为该小片段)替换为DNA分子Ⅰ。质粒Y1640的核苷酸序列如序列表序列2所示。
2、质粒Y1641的构建
按照步骤1的方法,仅将DNA分子Ⅰ替换为DNA分子Ⅱ,其它步骤均不变,得到质粒Y1641。
DNA分子Ⅱ的制备方法如下:由苏州吉玛基因股份有限公司合成引物Y1641-S:5’-CACCgTAATTTCTACTCTTGTAGAT g-3’(单下划线为AscrRNA骨架序列,双下划线为靶序列Ⅱ,波浪线为终止序列)和引物Y1641-A:5’-aattc ATCTACAAGAGTAGAAATTAc-3’(单下划线为AscrRNA骨架序列,双下划线为靶序列Ⅱ,波浪线为终止序列),用去离子水分别将引物Y1641-S和引物Y1641-A稀释至100μM,得到引物Y1641-S稀释液和引物Y1641-A稀释液;然后进行退火反应,形成DNA分子Ⅱ。
退火体系:引物Y1641-S稀释液5μL、引物Y1641-S稀释液5μL、去离子水35μL、10×退火buffer(含)5μL。
退火程序:99℃10min,85℃5min,80℃5min,75℃5min,70℃5min,16℃保存。
根据测序结果,对质粒Y1641进行结构描述如下:将质粒pU6gRNA的限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ识别序列间的片段(质粒pU6gRNA被限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ切成一个大片段和一个小片段,该DNA为该小片段)替换为DNA分子Ⅱ。
3、质粒Y1642的构建
按照步骤1的方法,仅将DNA分子Ⅰ替换为DNA分子Ⅲ,其它步骤均不变,得到质粒Y1642。
DNA分子Ⅲ的制备方法如下:由苏州吉玛基因股份有限公司合成引物Y1642-S:5’-CACCgTAATTTCTACTGTTGTAGAT g-3’(单下划线为FncrRNA骨架序列,双下划线为靶序列Ⅰ,波浪线为终止序列)和引物Y1642-A:5’-aattc ATCTACAAGAGTAGAAATTAc-3’(单下划线为Fn crRNA骨架序列,双下划线为靶序列Ⅰ,波浪线为终止序列),用去离子水分别将引物Y1642-S和引物Y1642-A稀释至100μM,得到引物Y1642-S稀释液和引物Y1642-A稀释液;然后进行退火反应,形成DNA分子Ⅲ。
退火体系:引物Y1642-S稀释液5μL、引物Y1642-S稀释液5μL、去离子水35μL、10×退火buffer(含)5μL。
退火程序:99℃10min,85℃5min,80℃5min,75℃5min,70℃5min,16℃保存。
根据测序结果,对质粒Y1642进行结构描述如下:将质粒pU6gRNA的限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ识别序列间的片段(质粒pU6gRNA被限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ切成一个大片段和一个小片段,该DNA为该小片段)替换为DNA分子Ⅲ。
4、质粒Y1643的构建
按照步骤1的方法,仅将DNA分子Ⅰ替换为DNA分子Ⅳ,其它步骤均不变,得到质粒Y1643;
DNA分子Ⅳ的制备方法如下:由苏州吉玛基因股份有限公司合成引物Y1643-S:5’-CACCgTAATTTCTACTGTTGTAGAT g-3’(单下划线为FncrRNA骨架序列,双下划线为靶序列Ⅱ,波浪线为终止序列)和引物Y1643-A:5’-aattc ATCTACAAGAGTAGAAATTAc-3’(单下划线为Fn crRNA骨架序列,双下划线为靶序列Ⅱ,波浪线为终止序列),用去离子水分别将引物Y1643-S和引物Y1643-A稀释至100μM,得到引物Y1643-S稀释液和引物Y1643-A稀释液;然后进行退火反应,形成DNA分子Ⅲ。
退火体系:引物Y1643-S稀释液5μL、引物Y1643-S稀释液5μL、去离子水35μL、10×退火buffer(含)5μL。
退火程序:99℃10min,85℃5min,80℃5min,75℃5min,70℃5min,16℃保存。
根据测序结果,对质粒Y1643进行结构描述如下:将质粒pU6gRNA的限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ识别序列间的片段(质粒pU6gRNA被限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ切成一个大片段和一个小片段,该DNA为该小片段)替换为DNA分子Ⅳ。
5、质粒Y1644的构建
按照步骤1的方法,仅将DNA分子Ⅰ替换为DNA分子Ⅴ,其它步骤均不变,得到质粒Y1644。
DNA分子Ⅴ的制备方法如下:由苏州吉玛基因股份有限公司合成引物Y1644-S:5’-CACCgTAATTTCTACTAAGTGTAGAT g-3’(单下划线为LbcrRNA骨架序列,双下划线为靶序列Ⅰ,波浪线为终止序列)和引物Y1644-A:5’-aattc ATCTACACTTAGTAGAAATTAc-3’(单下划线为Lb crRNA骨架序列,双下划线为靶序列Ⅰ,波浪线为终止序列),用去离子水分别将引物Y1644-S和引物Y1644-A稀释至100μM,得到引物Y1644-S稀释液和引物Y1644-A稀释液;然后进行退火反应,形成DNA分子Ⅴ。
退火体系:引物Y1644-S稀释液5μL、引物Y1644-S稀释液5μL、去离子水35μL、10×退火buffer(含)5μL。
退火程序:99℃10min,85℃5min,80℃5min,75℃5min,70℃5min,16℃保存。
根据测序结果,对质粒Y1644进行结构描述如下:将质粒pU6gRNA的限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ识别序列间的片段(质粒pU6gRNA被限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ切成一个大片段和一个小片段,该DNA为该小片段)替换为DNA分子Ⅴ。
6、质粒Y1645的构建
按照步骤1的方法,仅将DNA分子Ⅰ替换为DNA分子Ⅵ,其它步骤均不变,得到质粒Y1645。
DNA分子Ⅵ的制备方法如下:由苏州吉玛基因股份有限公司合成引物Y1645-S:5’-CACCgTAATTTCTACTAAGTGTAGAT g-3’(单下划线为LbcrRNA骨架序列,双下划线为靶序列Ⅱ,波浪线为终止序列)和引物Y1645-A:5’-aattc ATCTACACTTAGTAGAAATTAc-3’(单下划线为Lb crRNA骨架序列,双下划线为靶序列Ⅱ,波浪线为终止序列),用去离子水分别将引物Y1645-S和引物Y1645-A稀释至100μM,得到引物Y1645-S稀释液和引物Y1645-A稀释液;然后进行退火反应,形成DNA分子Ⅵ。
退火体系:引物Y1645-S稀释液5μL、引物Y1645-S稀释液5μL、去离子水35μL、10×退火buffer(含)5μL。
退火程序:99℃10min,85℃5min,80℃5min,75℃5min,70℃5min,16℃保存。
根据测序结果,对质粒Y1645进行结构描述如下:将质粒pU6gRNA的限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ识别序列间的片段(质粒pU6gRNA被限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ切成一个大片段和一个小片段,该DNA为该小片段)替换为DNA分子Ⅵ。
7、质粒Y1646的构建
按照步骤1的方法,仅将DNA分子Ⅰ替换为DNA分子Ⅶ,其它步骤均不变,得到质粒Y1646。
DNA分子Ⅶ的制备方法如下:由苏州吉玛基因股份有限公司合成引物Y1646-S:5’-CACCgGAATTTCTACTATTGTAGAT g-3’(单下划线为Lb2crRNA骨架序列,双下划线为靶序列Ⅰ,波浪线为终止序列)和引物Y1646-A:5’-aattc ATCTACAATAGTAGAAATTCc-3’(单下划线为Lb2crRNA骨架序列,双下划线为靶序列Ⅰ,波浪线为终止序列),用去离子水分别将引物Y1646-S和引物Y1646-A稀释至100μM,得到引物Y1646-S稀释液和引物Y1646-A稀释液;然后进行退火反应,形成DNA分子Ⅶ。
退火体系:引物Y1646-S稀释液5μL、引物Y1646-S稀释液5μL、去离子水35μL、10×退火buffer(含)5μL。
退火程序:99℃10min,85℃5min,80℃5min,75℃5min,70℃5min,16℃保存。
根据测序结果,对质粒Y1646进行结构描述如下:将质粒pU6gRNA的限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ识别序列间的片段(质粒pU6gRNA被限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ切成一个大片段和一个小片段,该DNA为该小片段)替换为DNA分子Ⅶ。
8、质粒Y1647的构建
按照步骤1的方法,仅将DNA分子Ⅰ替换为DNA分子Ⅷ,其它步骤均不变,得到质粒Y1647。
DNA分子Ⅷ的制备方法如下:由苏州吉玛基因股份有限公司合成引物Y1647-S:5’-CACCgGAATTTCTACTATTGTAGAT g-3’(单下划线为Lb2crRNA骨架序列,双下划线为靶序列Ⅱ,波浪线为终止序列)和引物Y1647-A:5’-aattc ATCTACAATAGTAGAAATTCc-3’(单下划线为Lb2crRNA骨架序列,双下划线为靶序列Ⅱ,波浪线为终止序列),用去离子水分别将引物Y1647-S和引物Y1647-A稀释至100μM,得到引物Y1647-S稀释液和引物Y1647-A稀释液;然后进行退火反应,形成DNA分子Ⅷ。
退火体系:引物Y1647-S稀释液5μL、引物Y1647-S稀释液5μL、去离子水35μL、10×退火buffer(含)5μL。
退火程序:99℃10min,85℃5min,80℃5min,75℃5min,70℃5min,16℃保存。
根据测序结果,对质粒Y1647进行结构描述如下:将质粒pU6gRNA的限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ识别序列间的片段(质粒pU6gRNA被限制性内切酶BbsⅠ和EcoRⅠ切成一个大片段和一个小片段,该DNA为该小片段)替换为DNA分子Ⅷ。
二、检测AsCRISPR/Cpf1系统、FnCRISPR/Cpf1系统、LbCRISPR/Cpf1系统和Lb2CRISPR/Cpf1系统的基因编辑能力
1、共转染
(1)Y1681-Y1640-293T细胞组的获得
质粒Y1681和质粒Y1640共转染293T细胞的步骤如下:
①将293T细胞置于装有10%(体积比)FBS的DMEM培养基的培养皿(直径为10cm),37℃、5%CO2培养箱中培养,待293T细胞培养至80~90%融合时,弃培养基,用3mL PBS洗涤两次。
②完成步骤①后,向所述培养皿中加入1mL Trypsin-EDTA Solution,混匀,然后吸出液相,37℃静置1~2min。
③完成步骤②后,向所述培养皿中加入2mL含10%(体积比)FBS的DMEM培养基,吹打形成单细胞悬液。
④完成步骤③后,将所述单细胞悬液接种于6孔板,每孔约接种2×105个293T细胞,37℃、5%CO2培养箱中培养24h。
⑤完成步骤④后,将所述6孔板中的培养基更换为OPTI-MEM培养基,然后加入4μg质粒Y1681和4μg质粒Y1640,进行共转染(共转染过程中,转染试剂为lipofectamine 2000,培养基为OPTI-MEM培养基,共转染的步骤参考Lipofectamin2000说明书),然后37℃、5%CO2培养箱中孵育6h,然后更换为新的OPTI-MEM培养基,37℃、5%CO2培养箱中继续培养18h。
⑥重复步骤⑤一次。
⑦完成步骤⑥后48h,收集细胞,然后用1mL PBS洗涤一次。
⑧完成步骤⑦后,向所述培养皿中加入0.5mL Trypsin-EDTA Solution,混匀,然后吸出液相,37℃静置1~2min。
⑨完成步骤⑧后,向所述培养皿中加入1mL含10%(体积比)FBS的DMEM培养基,吹打形成单细胞悬液;将该单细胞悬液1000rpm离心3min,得到沉淀1。
⑩完成步骤⑨后,向所述沉淀中加入1mL PBS,1000rpm离心3min,得到沉淀2。
沉淀2即为质粒Y1681和质粒Y1640共转染后的293T细胞组,简称Y1681-Y1640-293T细胞组。
(2)Y1681-293T细胞组的获得
质粒Y1681转染293T细胞的步骤如下:
①同步骤(1)中①。
②同步骤(1)中②。
③同步骤(1)中③。
④同步骤(1)中④。
⑤完成步骤④后,将所述6孔板中的培养基更换为OPTI-MEM培养基,然后加入4μg质粒Y1681,进行转染(共转染过程中,转染试剂为lipofectamine 2000,培养基为OPTI-MEM培养基,共转染的步骤参考Lipofectamin2000说明书),然后37℃、5%CO2培养箱中孵育6h,然后更换为新的OPTI-MEM培养基,37℃、5%CO2培养箱中继续培养18h。
⑥重复步骤⑤一次。
⑦同步骤(1)中⑦。
⑧同步骤(1)中⑧。
⑨同步骤(1)中⑨。
⑩同步骤(1)中⑩。
步骤⑩获得的沉淀即为质粒Y1681转染后的293T细胞组,简称Y1681-293T细胞组。
(3)Y1681-Y1641-293T细胞组的获得
按照上述步骤(1)的方法,将质粒Y1640替换为质粒Y1641,其它步骤均不变,得到Y1681-Y1641-293T细胞组。
(4)Y1681-Y1642-293T细胞组的获得
按照上述步骤(1)的方法,将质粒Y1640替换为质粒Y1642,其它步骤均不变,得到Y1681-Y1642-293T细胞组。
(5)Y1681-Y1643-293T细胞组的获得
按照上述步骤(1)的方法,将质粒Y1640替换为质粒Y1643,其它步骤均不变,得到Y1681-Y1643-293T细胞组。
(6)Y1681-Y1644-293T细胞组的获得
按照上述步骤(1)的方法,将质粒Y1640替换为质粒Y1644,其它步骤均不变,得到Y1681-Y1644-293T细胞组。
(7)Y1681-Y1645-293T细胞组的获得
按照上述步骤(1)的方法,将质粒Y1640替换为质粒Y1645,其它步骤均不变,得到Y1681-Y1645-293T细胞组。
(8)Y1681-Y1646-293T细胞组的获得
按照上述步骤(1)的方法,将质粒Y1640替换为质粒Y1646,其它步骤均不变,得到Y1681-Y1646-293T细胞组。
(9)Y1681-Y1647-293T细胞组的获得
按照上述步骤(1)的方法,将质粒Y1640替换为质粒Y1647,其它步骤均不变,得到Y1681-Y1647-293T细胞组。
(10)Y1682-Y1640-293T细胞组、Y1683-Y1640-293T细胞组和Y1684-Y1640-293T细胞组的获得
按照上述步骤(1)的方法,将质粒Y1681分别替换为质粒Y1682、质粒Y1683和质粒Y1684,其它步骤均不变,得到Y1682-Y1640-293T细胞组、Y1683-Y1640-293T细胞组和Y1684-Y1640-293T细胞组。
(11)Y1682-293T细胞组、Y1683-293T细胞组和Y1684-293T细胞组的获得
按照上述步骤(2)的方法,将质粒Y1681分别替换为质粒Y1682、质粒Y1683和质粒Y1684,其它步骤均不变,得到Y1682-293T细胞组、Y1683-293T细胞组和Y1684-293T细胞组。
(12)Y1682-Y1641-293T细胞组、Y1683-Y1641-293T细胞组和Y1684-Y1641-293T细胞组的获得
按照上述步骤(1)的方法,将质粒Y1640替换为质粒Y1641,将质粒Y1681分别替换为质粒Y1682、质粒Y1683和质粒Y1684,其它步骤均不变,得到Y1682-Y1641-293T细胞组、Y1683-Y1641-293T细胞组和Y1684-Y1641-293T细胞组。
(13)Y1682-Y1642-293T细胞组、Y1683-Y1642-293T细胞组和Y1684-Y1642-293T细胞组的获得
按照上述步骤(1)的方法,将质粒Y1640替换为质粒Y1642,将质粒Y1681分别替换为质粒Y1682、质粒Y1683和质粒Y1684,其它步骤均不变,得到Y1682-Y1642-293T细胞组、Y1683-Y1642-293T细胞组和Y1684-Y1642-293T细胞组。
(14)Y1682-Y1643-293T细胞组、Y1683-Y1643-293T细胞组和Y1684-Y1643-293T细胞组的获得
按照上述步骤(1)的方法,将质粒Y1640替换为质粒Y1643,将质粒Y1681分别替换为质粒Y1682、质粒Y1683和质粒Y1684,其它步骤均不变,得到Y1682-Y1643-293T细胞组、Y1683-Y1643-293T细胞组和Y1684-Y1643-293T细胞组。
(15)Y1682-Y1644-293T细胞组、Y1683-Y1644-293T细胞组和Y1684-Y1644-293T细胞组的获得
按照上述步骤(1)的方法,将质粒Y1640替换为质粒Y1644,将质粒Y1681分别替换为质粒Y1682、质粒Y1683和质粒Y1684,其它步骤均不变,得到Y1682-Y1644-293T细胞组、Y1683-Y1644-293T细胞组和Y1684-Y1644-293T细胞组。
(16)Y1682-Y1645-293T细胞组、Y1683-Y1645-293T细胞组和Y1684-Y1645-293T细胞组的获得
按照上述步骤(1)的方法,将质粒Y1640替换为质粒Y1645,将质粒Y1681分别替换为质粒Y1682、质粒Y1683和质粒Y1684,其它步骤均不变,得到Y1682-Y1645-293T细胞组、Y1683-Y1645-293T细胞组和Y1684-Y1645-293T细胞组。
(17)Y1682-Y1646-293T细胞组、Y1683-Y1646-293T细胞组和Y1684-Y1646-293T细胞组的获得
按照上述步骤(1)的方法,将质粒Y1640替换为质粒Y1646,将质粒Y1681分别替换为质粒Y1682、质粒Y1683和质粒Y1684,其它步骤均不变,得到Y1682-Y1646-293T细胞组、Y1683-Y1646-293T细胞组和Y1684-Y1646-293T细胞组。
(18)Y1682-Y1647-293T细胞组、Y1683-Y1647-293T细胞组和Y1684-Y1647-293T细胞组的获得
按照上述步骤(1)的方法,将质粒Y1640替换为质粒Y1647,将质粒Y1681分别替换为质粒Y1682、质粒Y1683和质粒Y1684,其它步骤均不变,得到Y1682-Y1647-293T细胞组、Y1683-Y1647-293T细胞组和Y1684-Y1647-293T细胞组。
2、各细胞的基因组DNA的提取和PCR扩增产物的回收
(1)用Genomic DNA Extraction kit分别提取步骤1获得的各细胞组的基因组DNA。
(2)完成步骤(1)后,以步骤(1)提取的Y1681-Y1640-293T细胞组、Y1682-Y1640-293T细胞组、Y1683-Y1640-293T细胞组和Y1684-Y1640-293T细胞组、Y1681-Y1642-293T细胞组、Y1682-Y1642-293T细胞组、Y1683-Y1642-293T细胞组、Y1684-Y1642-293T细胞组、Y1681-Y1644-293T细胞组、Y1682-Y1644-293T细胞组、Y1683-Y1644-293T细胞组、Y1684-Y1644-293T细胞组、Y1681-Y1646-293T细胞组、Y1682-Y1646-293T细胞组、Y1683-Y1646-293T细胞组或Y1684-Y1646-293T细胞组的基因组DNA为模板,以hAAV-F:5’-GGGTCACCTCTCACTCCTTTCAT-3’和hAAV-R:5’-ATCCTCTCTGGCTCCATCGTAAG-3’组成的引物,用Max酶进行PCR扩增,得到475bp的PCR扩增产物甲。
(3)完成步骤(1)后,以步骤(1)提取的Y1681-Y1641-293T细胞组、Y1682-Y1641-293T细胞组、Y1683-Y1641-293T细胞组和Y1684-Y1641-293T细胞组、Y1681-Y1643-293T细胞组、Y1682-Y1643-293T细胞组、Y1683-Y1643-293T细胞组、Y1684-Y1643-293T细胞组、Y1681-Y1645-293T细胞组、Y1682-Y1645-293T细胞组、Y1683-Y1645-293T细胞组、Y1684-Y1645-293T细胞组、Y1681-Y1647-293T细胞组、Y1682-Y1647-293T细胞组、Y1683-Y1647-293T细胞组或Y1684-Y1647-293T细胞组的基因组DNA为模板,以hRosa26-F:5’-AACCTCGACACCAACTCTAGTCC-3’和hRosa26-R:5’-TCTCACATGAGCGAAACCACTGC-3’组成的引物,用Max酶进行PCR扩增,得到670bp的PCR扩增产物乙。
3、T7E1突变检测
(1)样品的制备
①将PCR扩增产物甲进行胶回收,得到回收产物甲;将PCR扩增产物乙进行胶回收,得到回收产物乙。
②完成步骤①后,配制退火反应体系:退火反应体系包括回收产物甲或回收产物乙1~3μg、突变检测buffer 3μL,用ddH2O补至30μL。
③完成步骤②后,进行退火反应。反应条件为:首先98℃10min,然后缓慢降温(降温速度<1℃/10s)至25℃,最后25℃5min。
完成步骤③后的退火反应体系即为制备的样品。
(2)T7E1处理
取步骤(1)制备的样品20μL,加入0.5μL T7E1,得到处理体系;然后37℃条件下反应30min。
(3)电泳分析和结果判断
将完成步骤(2)的处理体系用浓度为1.8%的琼脂糖凝胶电泳分析,然后进行如下结果判断:
如果PCR扩增产物甲可被T7EⅠ酶切为两段且大小分别约为198bp和277bp、说明相应的CRISPR/Cpf1系统造成hAAVS1基因的突变;如果PCR扩增产物甲被T7EⅠ酶切后的大小无明显变化,则相应的CRISPR/Cpf1系统不造成hAAVS1基因的突变;
如果PCR扩增产物乙可被T7EⅠ酶切为两段且大小分别约为286bp和384bp、说明相应的CRISPR/Cpf1系统造成THUMPD3-AS1基因的突变;如果PCR扩增产物乙被T7EⅠ酶切后的大小无明显变化,则相应的CRISPR/Cpf1系统不造成THUMPD3-AS1基因的突变。
T7E1突变检测实验结果见图1(图1中A为hAAVS1基因的突变检测结果:左上为AsCRISPR/Cpf1系统,其中M为DNA Marker,“-”为Y1681-293T细胞组,As为Y1681-Y1640-293T细胞组,Fn为Y1681-Y1642-293T细胞组,Lb为Y1681-Y1644-293T细胞组,Lb2为Y1681-Y1646-293T细胞组;右上为FnCRISPR/Cpf1系统,其中M为DNA Marker,“-”为Y1682-293T细胞组,As为Y1682-Y1640-293T细胞组,Fn为Y1682-Y1642-293T细胞组,Lb为Y1682-Y1644-293T细胞组,Lb2为Y1682-Y1646-293T细胞组;左下为LbCRISPR/Cpf1系统,其中M为DNAMarker,“-”为Y1683-293T细胞组,As为Y1683-Y1640-293T细胞组,Fn为Y1683-Y1642-293T细胞组,Lb为Y1683-Y1644-293T细胞组,Lb2为Y1683-Y1646-293T细胞组;右下为Lb2CRISPR/Cpf1系统,其中M为DNA Marker,“-”为Y1684-293T细胞组,As为Y1684-Y1640-293T细胞组,Fn为Y1684-Y1642-293T细胞组,Lb为Y1684-Y1644-293T细胞组,Lb2为Y1684-Y1646-293T细胞组。图1中B为THUMPD3-AS1基因的突变检测结果:左上为AsCRISPR/Cpf1系统,其中M为DNA Marker,“-”为Y1681-293T细胞组,As为Y1681-Y1641-293T细胞组,Fn为Y1681-Y1643-293T细胞组,Lb为Y1681-Y1645-293T细胞组,Lb2为Y1681-Y1647-293T细胞组;右上为FnCRISPR/Cpf1系统,其中M为DNA Marker,“-”为Y1682-293T细胞组,As为Y1682-Y1641-293T细胞组,Fn为Y1682-Y1643-293T细胞组,Lb为Y1682-Y1645-293T细胞组,Lb2为Y1682-Y1647-293T细胞组;左下为LbCRISPR/Cpf1系统,其中M为DNA Marker,“-”为Y1683-293T细胞组,As为Y1683-Y1641-293T细胞组,Fn为Y1683-Y1643-293T细胞组,Lb为Y1683-Y1645-293T细胞组,Lb2为Y1683-Y1647-293T细胞组;右下为Lb2CRISPR/Cpf1系统,其中M为DNA Marker,“-”为Y1684-293T细胞组,As为Y1684-Y1641-293T细胞组,Fn为Y1684-Y1643-293T细胞组,Lb为Y1684-Y1645-293T细胞组,Lb2为Y1684-Y1647-293T细胞组)。结果表明,AsCRISPR/Cpf1系统、FnCRISPR/Cpf1系统、LbCRISPR/Cpf1系统和Lb2CRISPR/Cpf1系统均造成hAAVS1基因和THUMPD3-AS1基因的突变。因此,上述各CRISPR/Cpf1系统均有一定的基因编辑能力。
4、PCR扩增产物甲和PCR扩增产物乙的测序
将步骤2中(2)得到的PCR扩增产物甲进行测序,引物为hAAV-ce:5’-cagctcccctaccccccttac-3’。将步骤2中(3)得到的PCR扩增产物乙进行测序,引物为hRosa26-ce:5’-cgcccagggaccaagttagc-3’。测序由苏州金唯智生物科技有限公司完成。
测序结果见图2(图2中A为AsCRISPR/Cpf1系统对hAAVS1基因的编辑能力,其中(a)为Y1681-293T细胞组,(b)为Y1681-Y1640-293T细胞组,(c)为Y1681-Y1642-293T细胞组,(d)为Y1681-Y1644-293T细胞组,(e)为Y1681-Y1646-293T细胞组;图2中B为AsCRISPR/Cpf1系统对THUMPD3-AS1基因的编辑能力,其中(a)为Y1681-293T细胞组,(b)为Y1681-Y1641-293T细胞组,(c)为Y1681-Y1643-293T细胞组,(d)为Y1681-Y1645-293T细胞组,(e)为Y1681-Y1647-293T细胞组;图2中C为FnCRISPR/Cpf1系统对hAAVS1基因的编辑能力,其中(a)为Y1682-293T细胞组,(b)为Y1682-Y1640-293T细胞组,(c)为Y1682-Y1642-293T细胞组,(d)为Y1682-Y1644-293T细胞组,(e)为Y1682-Y1646-293T细胞组;图2中D为FnCRISPR/Cpf1系统对THUMPD3-AS1基因的编辑能力,其中(a)为Y1682-293T细胞组,(b)为Y1682-Y1641-293T细胞组,(c)为Y1682-Y1643-293T细胞组,(d)为Y1682-Y1645-293T细胞组,(e)为Y1682-Y1647-293T细胞组;图2中E为LbCRISPR/Cpf1系统对hAAVS1基因的编辑能力,其中(a)为Y1683-293T细胞组,(b)为Y1683-Y1640-293T细胞组,(c)为Y1683-Y1642-293T细胞组,(d)为Y1683-Y1644-293T细胞组,(e)为Y1683-Y1646-293T细胞组;图2中F为LbCRISPR/Cpf1系统对THUMPD3-AS1基因的编辑能力,其中(a)为Y1683-293T细胞组,(b)为Y1683-Y1641-293T细胞组,(c)为Y1683-Y1643-293T细胞组,(d)为Y1683-Y1645-293T细胞组,(e)为Y1683-Y1647-293T细胞组;图2中G为Lb2CRISPR/Cpf1系统对hAAVS1基因的编辑能力,其中(a)为Y1684-293T细胞组,(b)为Y1684-Y1640-293T细胞组,(c)为Y1684-Y1642-293T细胞组,(d)为Y1684-Y1644-293T细胞组,(e)为Y1684-Y1646-293T细胞组;图2中H为Lb2CRISPR/Cpf1系统对THUMPD3-AS1基因的编辑能力,其中(a)为Y1684-293T细胞组,(b)为Y1684-Y1641-293T细胞组,(c)为Y1684-Y1643-293T细胞组,(d)为Y1684-Y1645-293T细胞组,(e)为Y1684-Y1647-293T细胞组)。测序结果表明,AsCRISPR/Cpf1系统、FnCRISPR/Cpf1系统、LbCRISPR/Cpf1系统和Lb2CRISPR/Cpf1系统均造成hAAVS1基因和THUMPD3-AS1基因的突变,且上述各CRISPR/Cpf1系统的基因编辑能力依次为:AsCRISPR/Cpf1系统>FnCRISPR/Cpf1系统>LbCRISPR/Cpf1系统>Lb2CRISPR/Cpf1系统。因此,AsCRISPR/Cpf1系统、FnCRISPR/Cpf1系统、LbCRISPR/Cpf1系统和Lb2CRISPR/Cpf1系统均可运用于基因编辑技术。
实施例2、化学合成的crRNA用于CRISPR/Cpf1系统在基因编辑中的应用
一、化学合成的crRNA的制备
合成表1中所示的crRNA。表1中,单下划线为Lb crRNA骨架序列自5’末端起第2至21位,虚线为Lb2crRNA骨架序列自5’末端起第2至20位,双下划线为靶序列Ⅰ自5’末端起第1至19位,方框为靶序列Ⅰ自5’末端起第1至23位,单波浪线为靶序列Ⅱ自5’末端起第1至23位,双波浪线为靶序列Ⅱ自5’末端起第1至19位。
表1中所示的所有crRNA为均1OD(33μg)一管,每管中加入66μL DEPC水,得到RNA浓度均为0.5μg/μL的RNA溶液。
表1.化学合成的crRNA的基本信息
二、检测化学合成的crRNA用于CRISPR/Cpf1系统中的基因编辑能力
1、共转染
(1)Y1683-A39-293T细胞组的获得
质粒Y1683和A39共转染293T细胞的步骤如下:
①同实施例1步骤二1(1)中①。
②同实施例1步骤二1(1)中②。
③同实施例1步骤二1(1)中③。
④同实施例1步骤二1(1)中④。
⑤完成步骤④后,将所述6孔板中的培养基更换为OPTI-MEM培养基,然后加入4μg质粒Y1683和2μg A39(即加入RNA溶液4μL),进行共转染(共转染过程中,转染试剂为lipofectamine 2000,培养基为OPTI-MEM培养基,共转染的步骤参考Lipofectamin2000说明书),然后37℃、5%CO2培养箱中孵育6h,然后更换为新的OPTI-MEM培养基,37℃、5%CO2培养箱中继续培养18h。
⑥重复步骤⑤一次。
⑦同实施例1步骤二1(1)中⑦。
⑧同实施例1步骤二1(1)中⑧。
⑨同实施例1步骤二1(1)中⑨。
⑩同实施例1步骤二1(1)中⑩。
步骤⑩中的沉淀即为质粒Y1683和A39共转染后的293T细胞组,简称Y1683-A39-293T细胞组。
(2)Y1683-R39-293T细胞组的获得
按照上述步骤(1)的方法,将质粒A39替换为R39,其它步骤均不变,得到Y1683-R39-293T细胞组。
(3)Y1683-293T细胞组的获得
按照实施例1步骤二1中(2)的方法,将质粒Y1681替换为质粒Y1683,其它步骤均不变,得到Y1683-293T细胞组。
(4)Y1683-Y1644-293T细胞组的获得
按照实施例1步骤二1中(1)的方法,将质粒Y1640替换为质粒Y1644,将质粒Y1681替换为质粒Y1683,其它步骤均不变,得到Y1683-Y1644-293T细胞组。
(5)Y1683-Y1645-293T细胞组的获得
按照实施例1步骤二1中(1)的方法,将质粒Y1640替换为质粒Y1645,将质粒Y1681替换为质粒Y1683,其它步骤均不变,得到Y1683-Y1645-293T细胞组。
(6)Y1684-A38-293T细胞组的获得
按照上述步骤(1)的方法,将质粒Y1683替换为质粒Y1684,将质粒A39替换为A38,其它步骤均不变,得到Y1684-A38-293T细胞组。
(7)Y1684-A42-293T细胞组的获得
按照上述步骤(1)的方法,将质粒Y1683替换为质粒Y1684,将质粒A39替换为A42,其它步骤均不变,得到Y1684-A42-293T细胞组。
(8)Y1684-R38-293T细胞组的获得
按照上述步骤(1)的方法,将质粒Y1683替换为质粒Y1684,将质粒A39替换为R38,其它步骤均不变,得到Y1684-R38-293T细胞组。
(9)Y1684-R42-293T细胞组的获得
按照上述步骤(1)的方法,将质粒Y1683替换为质粒Y1684,将质粒A39替换为R42,其它步骤均不变,得到Y1684-R42-293T细胞组。
(10)Y1684-293T细胞组的获得
按照实施例1步骤二1中(2)的方法,将质粒Y1681替换为质粒Y1684,其它步骤均不变,得到Y1684-293T细胞组。
(11)Y1684-Y1646-293T细胞组的获得
按照实施例1步骤二1中(1)的方法,将质粒Y1640替换为质粒Y1646,将质粒Y1681替换为质粒Y1684,其它步骤均不变,得到Y1684-Y1646-293T细胞组。
(12)Y1684-Y1647-293T细胞组的获得
按照实施例1步骤二1中(1)的方法,将质粒Y1640替换为质粒Y1647,将质粒Y1681替换为质粒Y1684,其它步骤均不变,得到Y1684-Y1647-293T细胞组。
2、各细胞的基因组DNA的提取和PCR扩增产物的回收
(1)用Genomic DNA Extraction kit分别提取步骤1获得的各细胞组的基因组DNA。
(2)完成步骤(1)后,以步骤(1)提取的Y1683-293T细胞组、Y1683-Y1644-293T细胞组、Y1684-Y1646-293T细胞组、Y1683-A39-293T细胞组、Y1684-A38-293T细胞组或Y1684-A42-293T细胞组的基因组DNA为模板,以hAAV-F:5’-GGGTCACCTCTCACTCCTTTCAT-3’和hAAV-R:5’-ATCCTCTCTGGCTCCATCGTAAG-3’组成的引物,用Max酶进行PCR扩增,得到475bp的PCR扩增产物甲。
(3)完成步骤(1)后,以步骤(1)提取的Y1684-293T细胞组、Y1683-Y1645-293T细胞组、Y1684-Y1647-293T细胞组、Y1683-R39-293T细胞组、Y1684-R38-293T细胞组或Y1684-R42-293T细胞组的基因组DNA为模板,以hRosa26-F:5’-AACCTCGACACCAACTCTAGTCC-3’和hRosa26-R:5’-TCTCACATGAGCGAAACCACTGC-3’组成的引物,用Max酶进行PCR扩增,得到670bp的PCR扩增产物乙。
3、PCR扩增产物的T7E1突变检测
同实施例1步骤二中3。
实验结果见图3(图3中A为化学合成的crRNA用于CRISPR/Cpf1系统中hAAVS1基因的突变检测结果:其中M为DNA Marker,B为Y1683-293T细胞组,LbA为Y1683-Y1644-293T细胞组,Lb2A为Y1684-Y1646-293T细胞组,A39为Y1683-A39-293T细胞组,A38为Y1684-A38-293T细胞组,A42为Y1684-A42-293T细胞组;图3中B为化学合成的crRNA用于CRISPR/Cpf1系统中THUMPD3-AS1基因的突变检测结果:其中M为Marker,B为Y1684-293T细胞组,LbR为Y1683-Y1645-293T细胞组,Lb2R为Y1684-Y1647-293T细胞组,R39为Y1683-R39-293T细胞组,R38为Y1684-R38-293T细胞组,R42为Y1684-R42-293T细胞组)。结果表明,化学合成的crRNA在LbCRISPR/Cpf1系统和Lb2CRISPR/Cpf1系统中均有一定的基因编辑能力。
4、PCR扩增产物的测序
同实施例1步骤二中4。测序结果见图4(图4中A为化学合成的crRNA用于CRISPR/Cpf1系统中hAAVS1基因的编辑能力:其中LbCpf1为Y1683-293T细胞组,LbCpf1+LbA为Y1683-Y1644-293T细胞组,Lb2Cpf1+Lb2A为Y1684-Y1646-293T细胞组,LbCpf1+A39为Y1683-A39-293T细胞组,Lb2Cpf1+A38为Y1684-A38-293T细胞组,Lb2Cpf1+A42为Y1684-A42-293T细胞组。图4中B为化学合成的crRNA用于CRISPR/Cpf1系统中THUMPD3-AS1基因的编辑能力:其中Lb2Cpf1为Y1684-293T细胞组,LbCpf1+LbR为Y1683-Y1645-293T细胞组,Lb2Cpf1+Lb2R为Y1684-Y1647-293T细胞组,LbCpf1+R39为Y1683-R39-293T细胞组,Lb2Cpf1+R38为Y1684-R38-293T细胞组,Lb2Cpf1+R42为Y1684-R42-293T细胞组)。测序结果表明,化学合成的crRNA能有效行使引导Cpf1剪切编辑特定靶位点的作用,且效率很高。因此,化学合成的crRNA在LbCRISPR/Cpf1系统和Lb2CRISPR/Cpf1系统中均有一定的基因编辑能力。
Claims (10)
1.CRISPR/Cpf1系统在基因编辑中的应用;所述CRISPR/Cpf1系统中包括a1)或a2):
a1)化学合成的crRNA;
a2)表达crRNA的载体。
2.如权利要求1所述的应用,其特征在于:所述a2)中,所述表达crRNA的载体是将所述crRNA的编码DNA插入骨架载体的多克隆位点得到的重组载体。
3.如权利要求2所述的应用,其特征在于:所述骨架载体为克隆载体。
4.如权利要求1至3任一所述的应用,其特征在于:所述CRISPR/Cpf1系统为c1)或c2)或c3)或c4):
c1)LbCRISPR/Cpf1系统;
c2)Lb2CRISPR/Cpf1系统;
c3)FnCRISPR/Cpf1系统;
c4)AsCRISPR/Cpf1系统。
5.一种定向编辑基因组的方法,包括如下步骤:
(1)根据受体基因组中预期进行定向编辑的靶基因设计crRNA;
(2)化学合成所述crRNA;
(3)将所述化学合成的crRNA和编码Cpf1蛋白的基因导入所述受体,从而定向编辑所述受体基因组中的所述靶基因。
6.一种定向编辑基因组的方法,包括如下步骤:
㈠根据受体基因组中预期进行定向编辑的靶基因设计crRNA;
㈡构建表达所述crRNA的重组载体;
㈢将所述重组载体和编码Cpf1蛋白的基因导入所述受体,从而定向编辑所述受体基因组中的所述靶基因。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于:所述表达所述crRNA的重组载体是将所述crRNA的编码DNA插入骨架载体的多克隆位点得到的。
8.如权利要求5至7任一所述的方法,其特征在于:所述编码Cpf1蛋白的基因是通过质粒的形式导入所述受体的。
9.一种定向编辑基因组的CRISPR/Cpf1系统,其特征在于:所述CRISPR/Cpf1系统中包括a1)或a2):
a1)化学合成的crRNA;
a2)表达crRNA的载体。
10.如权利要求9所述的系统,其特征在于:所述CRISPR/Cpf1系统为c1)或c2)或c3)或c4):
c1)LbCRISPR/Cpf1系统;
c2)Lb2CRISPR/Cpf1系统;
c3)FnCRISPR/Cpf1系统;
c4)AsCRISPR/Cpf1系统。
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