RU2780677C1 - METHOD FOR EDITING THE GJB2 GENE TO CORRECT THE PATHOGENIC VARIANT OF c.del35G IN HUMAN CELLS CULTURED IN VITRO - Google Patents
METHOD FOR EDITING THE GJB2 GENE TO CORRECT THE PATHOGENIC VARIANT OF c.del35G IN HUMAN CELLS CULTURED IN VITRO Download PDFInfo
- Publication number
- RU2780677C1 RU2780677C1 RU2021139317A RU2021139317A RU2780677C1 RU 2780677 C1 RU2780677 C1 RU 2780677C1 RU 2021139317 A RU2021139317 A RU 2021139317A RU 2021139317 A RU2021139317 A RU 2021139317A RU 2780677 C1 RU2780677 C1 RU 2780677C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- editing
- dna
- human
- del35g
- vitro
- Prior art date
Links
- 102100015913 GJB2 Human genes 0.000 title claims abstract description 26
- 101710007436 GJB2 Proteins 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 230000001717 pathogenic Effects 0.000 title description 5
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 claims abstract description 41
- 210000004602 germ cell Anatomy 0.000 claims abstract description 6
- 229920003013 deoxyribonucleic acid Polymers 0.000 claims description 39
- 229920000272 Oligonucleotide Polymers 0.000 claims description 15
- 229920002391 Guide RNA Polymers 0.000 claims description 13
- 108020005004 Guide RNA Proteins 0.000 claims description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- 108010082319 CRISPR-Associated Protein 9 Proteins 0.000 claims description 10
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 7
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 7
- 241000193996 Streptococcus pyogenes Species 0.000 claims description 5
- 229940076156 Streptococcus pyogenes Drugs 0.000 claims description 5
- RYYWUUFWQRZTIU-UHFFFAOYSA-K thiophosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=S RYYWUUFWQRZTIU-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- 230000035772 mutation Effects 0.000 abstract description 17
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 abstract description 12
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 102220094400 rs876660759 Human genes 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000002068 genetic Effects 0.000 description 21
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 6
- 210000002950 fibroblast Anatomy 0.000 description 6
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 6
- 206010011878 Deafness Diseases 0.000 description 5
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 5
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 5
- 208000004559 Hearing Loss Diseases 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 210000002257 embryonic structures Anatomy 0.000 description 5
- 229920002287 Amplicon Polymers 0.000 description 4
- 229920000033 CRISPR Polymers 0.000 description 4
- 206010011879 Hearing loss Diseases 0.000 description 4
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 4
- 231100000888 hearing loss Toxicity 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 4
- 108020004999 Messenger RNA Proteins 0.000 description 3
- 238000001502 gel electrophoresis Methods 0.000 description 3
- 238000010353 genetic engineering Methods 0.000 description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920002106 messenger RNA Polymers 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GUAHPAJOXVYFON-ZETCQYMHSA-N (8S)-8-azaniumyl-7-oxononanoate Chemical compound C[C@H](N)C(=O)CCCCCC(O)=O GUAHPAJOXVYFON-ZETCQYMHSA-N 0.000 description 2
- LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 2-amino-2-(hydroxymethyl)propane-1,3-diol Chemical compound OCC(N)(CO)CO LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000000349 Chromosomes Anatomy 0.000 description 2
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 2
- 108020004682 Single-Stranded DNA Proteins 0.000 description 2
- 241000282887 Suidae Species 0.000 description 2
- 230000001580 bacterial Effects 0.000 description 2
- 238000002716 delivery method Methods 0.000 description 2
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N edta Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004720 fertilization Effects 0.000 description 2
- 230000005017 genetic modification Effects 0.000 description 2
- 235000013617 genetically modified food Nutrition 0.000 description 2
- 238000010362 genome editing Methods 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 2
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 2
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 2
- 230000003612 virological Effects 0.000 description 2
- 229920000160 (ribonucleotides)n+m Polymers 0.000 description 1
- 102000009914 Adenosine deaminases Human genes 0.000 description 1
- 108091022188 Adenosine deaminases Proteins 0.000 description 1
- 208000000734 Autosomal Recessive Deafness Diseases 0.000 description 1
- 238000010354 CRISPR gene editing Methods 0.000 description 1
- 238000010356 CRISPR-Cas9 genome editing Methods 0.000 description 1
- 101700011961 DPOM Proteins 0.000 description 1
- 108010008532 Deoxyribonuclease I Proteins 0.000 description 1
- 102000007260 Deoxyribonuclease I Human genes 0.000 description 1
- 102000005381 EC 3.5.4.5 Human genes 0.000 description 1
- 108010031325 EC 3.5.4.5 Proteins 0.000 description 1
- 210000001161 Embryo, Mammalian Anatomy 0.000 description 1
- 101710041547 GNAO1 Proteins 0.000 description 1
- 102100000919 GNAO1 Human genes 0.000 description 1
- 101710029649 MDV043 Proteins 0.000 description 1
- 241000124008 Mammalia Species 0.000 description 1
- 206010068052 Mosaicism Diseases 0.000 description 1
- 229920001850 Nucleic acid sequence Polymers 0.000 description 1
- 238000009004 PCR Kit Methods 0.000 description 1
- 101700061424 POLB Proteins 0.000 description 1
- 108010010677 Phosphodiesterase I Proteins 0.000 description 1
- 101700054624 RF1 Proteins 0.000 description 1
- 230000036191 S Phase Effects 0.000 description 1
- 230000018199 S phase Effects 0.000 description 1
- 210000004927 Skin cells Anatomy 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive Effects 0.000 description 1
- 210000004102 animal cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000010171 animal model Methods 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000002146 bilateral Effects 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 101700056051 cas9 Proteins 0.000 description 1
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 1
- 230000030833 cell death Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement Effects 0.000 description 1
- 230000001472 cytotoxic Effects 0.000 description 1
- 231100000433 cytotoxic Toxicity 0.000 description 1
- 231100000895 deafness Toxicity 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 238000001415 gene therapy Methods 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 238000000520 microinjection Methods 0.000 description 1
- 125000002467 phosphate group Chemical group [H]OP(=O)(O[H])O[*] 0.000 description 1
- 229920001184 polypeptide Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged Effects 0.000 description 1
- 239000012460 protein solution Substances 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 102220005903 rs80338939 Human genes 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- ZNJHFNUEQDVFCJ-UHFFFAOYSA-M sodium;2-[4-(2-hydroxyethyl)piperazin-1-yl]ethanesulfonic acid;hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+].OCCN1CCN(CCS(O)(=O)=O)CC1 ZNJHFNUEQDVFCJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000008174 sterile solution Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к клеточной, молекулярной биологии экспериментальной биологии и медицине, может быть использовано для изменения генома клеток человека, культивируемых in vitro.The invention relates to cellular, molecular biology, experimental biology and medicine, can be used to change the genome of human cells cultured in vitro.
Настоящее изобретение не предназначено для модификации генетической целостности клеток зародышевой линии человека, не предполагает использование человеческих эмбрионов.The present invention is not intended to modify the genetic integrity of human germline cells, nor is it intended to use human embryos.
Метод позволяет изменять геном небольшой области (до 120 нуклеотидов) хромосомы 13 для исправления мутации патогенного генотипа c.del35G гена GJB2 (полиморфизм rs80338939). Фенотипическим проявлением этой мутации является (DFNB1) несиндромальная аутосомно-рецессивная глухота (GJB2 mutations and degree of hearing loss: a multicenter study. American Journal of Human Genetics. Snoeckx, R.L. et al., 2005; 77:945-957). Метод может быть использован для создания моделей предотвращения генетически-обусловленной глухоты на генетическом уровне, тестирования методов экспериментальной генетической терапии.The method allows changing the genome of a small region (up to 120 nucleotides) of chromosome 13 to correct the mutation of the pathogenic genotype c.del35G of the GJB2 gene (rs80338939 polymorphism). The phenotypic manifestation of this mutation is (DFNB1) non-syndromic autosomal recessive deafness (GJB2 mutations and degree of hearing loss: a multicenter study. American Journal of Human Genetics. Snoeckx, R.L. et al., 2005; 77:945-957). The method can be used to create models for the prevention of genetically determined deafness at the genetic level, to test methods of experimental genetic therapy.
Редактирование (изменение) генома живых клеток активно развивается в последние десятилетия (ZFN, TALEN, and CRISPR/Cas-based methods for genome engineering. Trends in Biotechnology. Gaj T. et al., 2013; VOLUME 31, ISSUE 7, P397-405). В настоящее время набравшие популярность компоненты CRISPR-Cas систем используются как основные инструменты для редактирования геномов различных организмов от простейших до млекопитающих (CRISPR Genome Editing: How to Make a Fantastic Method Even Better. Cells. Brakebusch C, 16 February 2021; 10, 408). Редактирование генома клеток человека направлено на лечение и предотвращение множества заболеваний, и производится в модельных экспериментах (CRISPR-based RNA editing: Diagnostic applications and therapeutic options. Expert Review of Molecular Diagnostics. Gulei D. et al., 2019; 19, 83-88) и в клинических испытаниях (номера на сайте ClinicalTrials.gov, NCT03655678 для препарата CLIMB THAL-111, NCT03745287 для препарата CLIMB SCD-121, NCT04601051 для препарата NTLA-2001). Остро стоит вопрос безопасности генетического редактирования (Latest Developed Strategies to Minimize the Off-Target Effects in CRISPR-Cas-Mediated Genome Editing. Cells. Naeem M. et al., 2 July 2020; 9, 1608).Editing (changing) the genome of living cells has been actively developed in recent decades (ZFN, TALEN, and CRISPR/Cas-based methods for genome engineering. Trends in Biotechnology. Gaj T. et al., 2013; VOLUME 31, ISSUE 7, P397-405 ). Currently, the components of CRISPR-Cas systems that have gained popularity are used as the main tools for editing the genomes of various organisms from protozoa to mammals (CRISPR Genome Editing: How to Make a Fantastic Method Even Better. Cells. Brakebusch C, 16 February 2021; 10, 408) . Human cell genome editing is aimed at treating and preventing many diseases, and is performed in model experiments (CRISPR-based RNA editing: Diagnostic applications and therapeutic options. Expert Review of Molecular Diagnostics. Gulei D. et al., 2019; 19, 83-88 ) and in clinical trials (numbers at ClinicalTrials.gov, NCT03655678 for CLIMB THAL-111, NCT03745287 for CLIMB SCD-121, NCT04601051 for NTLA-2001). The safety of genetic editing is an acute issue (Latest Developed Strategies to Minimize the Off-Target Effects in CRISPR-Cas-Mediated Genome Editing. Cells. Naeem M. et al., 2 July 2020; 9, 1608).
Генетическое редактирование методом CRISPR-Cas всегда включает в себя доставку ДНК, и\или РНК, и\или белковых компонентов, приводящих в конечном счете к появлению в клетках эффектор белка CRISPR-Cas систем в комплексе с гидовой РНК: это могут быть плазмиды, вирусные векторы с ДНК или мРНК, белок-РНК комплексы, капсиды вирусов, содержащие белок-РНК комплексы (Genome editing in primary cells and in vivo using viral-derived Nanoblades loaded with Cas9-sgRNA ribonucleoproteins. Nature communications. Mangeot P.E. et al., 03 January 2019; 10, 45). Самыми безопасными способами доставки, вносящими минимальное количество нецелевых воздействий, являются те, при которых доставляется уже очищенный белок с гидовой РНК, а не РНК или ДНК конструкции, приводящие к синтезу белка машинерией клетки (Rapid and highly efficient mammalian cell engineering via Cas9 protein transfection. Journal of Biotechnology. Liang, X. et al., 2015; 208, 44-53. Evaluation and reduction of CRISPR off-target cleavage events. Nucleic Acid Therapeutics. Vakulskas, C.A. et al., 6 Aug 2019; Vol. 29, No. 4). При этом, эти белки и гидовые РНК часто подвергаются инженерии: изменениям с целью повысить эффективность целевого воздействия на геном и с целью создания принципиально новых способов изменения генома, объединенных друг с другом только принципом комплементарного присоединения гидовой РНК к целевой последовательности ДНК (Genome editing with CRISPR-Cas nucleases, base editors, transposases and prime editors. Nature biotechnology. Anzalone, A.V. et al., 22 June 2020; 38, 824-844). Использующиеся для инициации гомологично-направленной репарации донорные молекулы ДНК также подвергаются улучшающим технологию модификациям (Improved genome editing efciency and fexibility using modifed oligonucleotides with TALEN and CRISPR-Cas9 nucleases. Cell Reports. Renaud, J.-B. et al., 2016; 14, 2263-2272).Genetic editing by the CRISPR-Cas method always includes the delivery of DNA and/or RNA and/or protein components, which ultimately leads to the appearance in cells of the CRISPR-Cas protein effector systems in combination with guide RNA: these can be plasmids, viral vectors with DNA or mRNA, protein-RNA complexes, viral capsids containing protein-RNA complexes (Genome editing in primary cells and in vivo using viral-derived Nanoblades loaded with Cas9-sgRNA ribonucleoproteins. Nature communications. Mangeot P.E. et al., 03 January 2019; 10, 45). The safest delivery methods that introduce the minimum number of off-target effects are those that deliver already purified protein with guide RNA, and not RNA or DNA constructs that lead to protein synthesis by cell machinery (Rapid and highly efficient mammalian cell engineering via Cas9 protein transfection. Journal of Biotechnology Liang, X. et al., 2015; 208, 44-53. Evaluation and reduction of CRISPR off-target cleavage events. Nucleic Acid Therapeutics. Vakulskas, C. A. et al., 6 Aug 2019; Vol. 29, No. 4). At the same time, these proteins and guide RNAs are often subjected to engineering: changes in order to increase the efficiency of targeting the genome and to create fundamentally new ways to change the genome, combined with each other only by the principle of complementary attachment of the guide RNA to the target DNA sequence (Genome editing with CRISPR -Cas nucleases, base editors, transposases and prime editors, Nature biotechnology, Anzalone, A.V. et al., 22 June 2020; 38, 824-844). Donor DNA molecules used to initiate homology-directed repair are also subjected to technology-improving modifications (Improved genome editing efciency and fexibility using modifed oligonucleotides with TALEN and CRISPR-Cas9 nucleases. Cell Reports. Renaud, J.-B. et al., 2016; 14 , 2263-2272).
Что касается гена-мишени, подвергающегося изменению в настоящем изобретении: мутация c.35delG в гене GJB2 (полиморфизм rs80338939 номер dbSNP), выбранная нами, является самой распространенной генетически-ассоциированной причиной аутосомно-рецессивной глухоты в России (Updated carrier rates for c.35delG (GJB2) associated with hearing loss in Russia and common c.35delG haplotypes in Siberia. BMC Medical Genetics. Zytsar M.V. et al., 07 August 2018; 19, 138). Гомозиготное носительство этой мутации вызывает серьезные нарушения слуха у подавляющего большинства людей (GJB2 mutations and degree of hearing loss: a multicenter study. American Journal of Human Genetics. Snoeckx, R.L. et al., 2005; 77:945-957). He существует полноценно восстанавливающей слух с GJB2 генетически-обусловленной глухотой терапии. Единственным способом частично восстановить слух является дорогостоящая хирургическая процедура кохлеарной имплантации (Benefits of bilateral cochlear implantation: a review. Current Opinion in Otolaryngology & Head and Neck Surgery Brown K.D. et al., October 2007). Таким образом, целью генетической модификации является мутация, вызывающая социально значимое, не имеющее полноценного метода лечения, заболевание.As for the target gene subject to change in the present invention: the c.35delG mutation in the GJB2 gene (rs80338939 polymorphism dbSNP number), which we have chosen, is the most common genetically associated cause of autosomal recessive deafness in Russia (Updated carrier rates for c.35delG (GJB2) associated with hearing loss in Russia and common c.35delG haplotypes in Siberia BMC Medical Genetics Zytsar M.V. et al., 07 August 2018; 19, 138). Homozygous carriage of this mutation causes severe hearing loss in the vast majority of people (GJB2 mutations and degree of hearing loss: a multicenter study. American Journal of Human Genetics. Snoeckx, R.L. et al., 2005; 77:945-957). There is no fully functional hearing-restoring GJB2 genetic deafness therapy. The only way to partially restore hearing is the expensive surgical procedure of cochlear implantation (Benefits of bilateral cochlear implantation: a review. Current Opinion in Otolaryngology & Head and Neck Surgery Brown K.D. et al., October 2007). Thus, the goal of genetic modification is a mutation that causes a socially significant disease that does not have a full-fledged method of treatment.
Известен способ генетического изменения клеток человека с помощью генотерапевтического ДНК-вектора (WO 2021137742, А1). Данный способ осуществляет экспрессию выбранного гена HFE с помощью доставленной в клетки ДНК бактериальной плазмиды. В рамках изобретения, способ был протестирован в том числе в клетках кожи пациентов (в организме человека, а не в клетках, культивируемых в пробирке). Недостатками этого изобретения являются: продолжительная и неконтролируемая экспрессия гена HFE с ДНК матрицы, что в рамках изобретения не является критичным, но не применимо к ферментам, осуществляющим генетическое редактирование; данный способ не подразумевает изменение генома хромосом клеток человека, однако, не смотря на меры предосторожности, не может полностью исключить вероятность интеграции в геном клеток, т.к. использует двуцепочечную ДНК плазмиды. Этот метод фокусируется на генах, отличных от GJB2, и таким образом, не может быть использован для решения проблемы предлагаемого нами изобретения.A known method of genetic modification of human cells using gene therapy DNA vector (WO 2021137742, A1). This method expresses the selected HFE gene using a bacterial plasmid DNA delivered to the cells. Within the framework of the invention, the method was tested, among other things, in skin cells of patients (in the human body, and not in cells cultured in vitro). The disadvantages of this invention are: prolonged and uncontrolled expression of the HFE gene from the DNA template, which is not critical in the framework of the invention, but is not applicable to enzymes that carry out genetic editing; this method does not imply a change in the genome of human cell chromosomes, however, despite the precautions, it cannot completely exclude the possibility of integration into the cell genome, because uses double-stranded plasmid DNA. This method focuses on genes other than GJB2 and thus cannot be used to solve the problem of our invention.
Известен способ изменения генома эмбрионов животных (US2020385753, А1). Способ полагается на работу ферментов цитидин-деаминаз или аденозин-деаминаз и компонентов CRISPR-Cas систем, соединенных с данными ферментами в один полипептид методом генной инженерии. Компоненты CRISPR-Cas при этом не способны создавать разрезы в ДНК (например т.н. dCas9), это является повышающим безопасность генетического воздействия преимуществом изобретения. Недостатками этого метода являются: не способность изменять геном, производя делеции или вставки нуклеотидов; способность производить только ограниченный набор замен одного нуклеотида в другой (только в рамках функционирования ферментов деаминаз); не смотря на заявление о работоспособности метода для эмбрионов любых млекопитающих, работоспособность метода была продемонстрирована только на эмбрионах мышей; в ряде вариаций способа (например при микроинъекции в зиготу), использовался раствор мРНК молекул, кодирующих гены редактирующих ферментов, это не позволяет контролировать дозировку ферментов и делает метод менее безопасным.A known method of changing the genome of animal embryos (US2020385753, A1). The method relies on the work of the enzymes cytidine deaminases or adenosine deaminases and components of CRISPR-Cas systems connected with these enzymes into one polypeptide by genetic engineering. CRISPR-Cas components are not capable of creating cuts in DNA (for example, the so-called dCas9), this is an advantage of the invention that increases the safety of genetic exposure. The disadvantages of this method are: not the ability to change the genome, producing deletions or insertions of nucleotides; the ability to produce only a limited set of substitutions of one nucleotide for another (only within the framework of the functioning of deaminase enzymes); despite the statement about the efficiency of the method for embryos of any mammals, the efficiency of the method was demonstrated only on mouse embryos; in a number of variations of the method (for example, with microinjection into the zygote), an mRNA solution of molecules encoding the genes of editing enzymes was used; this does not allow controlling the dosage of enzymes and makes the method less safe.
Известен способ локального (не более 90 нуклеотидов) генетического редактирования эмбрионов мышей (RU 2757121, С1). Способ осуществляется с помощью элементов системы CRISPR-Cas. В зиготу мыши через 12 часов после оплодотворения вводят компоненты системы CRISPR-Cas и донорную ДНК в буферном растворе (10 мМ Tris-HCl с рН 7.4 и 0.1 мМ EDTA). Компоненты CRISPR-Cas инициируют двуцепочечный разрез (разрыв) ДНК в выбранном месте (в 6-м экзоне гена GNAO1) и представляют из себя: мРНК с последовательностью cas9 гена организма Streptococcus pyogenes, гидовая РНК (РНК-гида) 5'-GCTTTCCCTGACTCCCTGC-3'. Донорная ДНК служит матрицей для гомологично-направленной репарации, производимой белками зиготы мыши, и является 90-нуклеотидной последовательностью одноцепочечной ДНК, комплементарной области создания разреза. Недостатками этого способа являются: трансляция Cas9 белка с мРНК, что не позволяет контролировать точное количество белка в зиготе, по сравнению с доставкой очищенного белка, и в среднем увеличивает количество нежелательных эффектов редактирования; выбор донорной ДНК достаточно короткой длины (90 нуклеотидов), что снижает вероятность гомологично-направленной репарации, синтез донорной ДНК без химических модификаций связей нуклеотидов, что делает донорную ДНК доступной для деградации экзонуклеазами клетки (зиготы), в совокупности это приводит к необходимости использовать в способе донорную ДНК в относительно большой концентрации (5 мкМ), это может оказывать цитотоксический эффект на клетки; введение смеси редактирующих геном компонентов производят через 12 часов после оплодотворения, что позже начала S-фазы (и начала копирования ДНК), что повышает риск мозаицизма в развивающемся из зиготы организме. Этот метод фокусируется на генах, отличных от GJB2, и таким образом, не может быть использован для решения проблемы предлагаемого нами изобретения.A known method of local (no more than 90 nucleotides) genetic editing of mouse embryos (RU 2757121, C1). The method is carried out using elements of the CRISPR-Cas system. The components of the CRISPR-Cas system and donor DNA in a buffer solution (10 mM Tris-HCl pH 7.4 and 0.1 mM EDTA) are introduced into the mouse zygote 12 hours after fertilization. The CRISPR-Cas components initiate a double-stranded DNA cut (break) at a selected location (in the 6th exon of the GNAO1 gene) and are: mRNA with the cas9 sequence of the Streptococcus pyogenes gene, guide RNA (guide RNA) 5'-GCTTTCCCTGACTCCCTGC-3 '. The donor DNA serves as a template for homologous repair produced by mouse zygote proteins and is a 90-nucleotide single-stranded DNA sequence complementary to the incision site. The disadvantages of this method are: translation of the Cas9 protein from mRNA, which does not allow to control the exact amount of protein in the zygote, compared with the delivery of the purified protein, and on average increases the number of undesirable editing effects; selection of donor DNA of a sufficiently short length (90 nucleotides), which reduces the likelihood of homologous-directed repair; donor DNA in a relatively high concentration (5 µM), this can have a cytotoxic effect on cells; the introduction of a mixture of genome-editing components is carried out 12 hours after fertilization, which is later than the start of the S-phase (and the start of DNA copying), which increases the risk of mosaicism in the organism developing from the zygote. This method focuses on genes other than GJB2 and thus cannot be used to solve the problem of our invention.
Известен способ изменения всего гена GJB2 эмбриона свиней (CN110511962, А). Метод использует создание двух разрезов обеих цепей ДНК в геноме зиготы свиней для замещения всего гена GJB2 свиней на человеческий. Человеческий ген при этом имеет мутации, приводящие к нарушениям слуха у человека. Недостатками метода является: использование двух разрезов обоих цепей ДНК, что приводит к большой вероятности делеции всего гена. Изобретение фокусируется на модели животных, и не предусматривает работу с клетками или клеточными линиями человека. Данный способ не предлагает генетического исправления мутации (генетической терапии), а напротив, создает мутации в геноме свиней, приводящие к потере слуха.A known method of changing the entire GJB2 gene of the embryo of pigs (CN110511962, A). The method uses the creation of two cuts of both DNA strands in the porcine zygote genome to replace the entire porcine GJB2 gene with a human one. In this case, the human gene has mutations that lead to hearing impairment in humans. The disadvantages of the method are: the use of two cuts of both DNA strands, which leads to a high probability of deletion of the entire gene. The invention focuses on the animal model and does not involve human cells or cell lines. This method does not propose a genetic correction of the mutation (genetic therapy), but on the contrary, creates mutations in the genome of pigs, leading to hearing loss.
Известен способ, временно замещающий ген GJB2 в клетке человека (US 2021079406, A1). Способ использует AAV вирусный вектор для доставки в клетки человека или животного ДНК, несущей правильную копию гена. Некоторое время после доставки, ДНК существует в клетке и обеспечивает присутствие функционирующего белка, кодируемого GJB2 геном. Данный метод не обеспечивает постоянное присутствие правильного функционирующего белка, а лишь временную его экспрессию (до тех пор, пока в клетке присутствует ДНК вирусного вектора). Также, ген находится под промотором, не обеспечивающим экспрессию гена на уровне, идентичном здоровой клетке. Некорректный уровень экспрессии (как меньший, так и больший) может привести к патогенным процессам и даже гибели клеток.A method is known that temporarily replaces the GJB2 gene in a human cell (US 2021079406, A1). The method uses an AAV viral vector to deliver DNA carrying the correct copy of the gene into human or animal cells. Some time after delivery, the DNA exists in the cell and provides the presence of a functioning protein encoded by the GJB2 gene. This method does not ensure the permanent presence of the correct functioning protein, but only its temporary expression (as long as the DNA of the viral vector is present in the cell). Also, the gene is under a promoter that does not provide gene expression at a level identical to a healthy cell. An incorrect expression level (both lower and higher) can lead to pathogenic processes and even cell death.
Проблемой, на решение которой направлено данное изобретение, является неизбежное серьезное нарушение слуха у людей с мутацией c.del35G в гомозиготной форме, и отсутствие мер, в полной мере восстанавливающих слух, а также отсутствие генетической терапии, исправляющей эту мутацию. Таким образом, существует нужда в способах восстановления слуха у людей, являющихся гомозиготными носителями c.del35G. Метод редактирования генома, выбранный нами, устраняет первоначальную причину потери слуха - мутацию c.del35G.The problem to which this invention is directed is the inevitable severe hearing loss in people with the c.del35G mutation in the homozygous form, and the lack of measures that fully restore hearing, as well as the absence of genetic therapy that corrects this mutation. Thus, there is a need for methods to restore hearing in humans who are homozygous c.del35G carriers. The genome editing method we have chosen eliminates the original cause of hearing loss, the c.del35G mutation.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в создании возможности исправления участка генома человека размером менее 120 нуклеотидов, несущего мутацию c.del35G в гене GJB2 человека, на вариант генома здорового человека (вариант референсного генома человека) с синонимичной заменой C.G30C в гене GJB2 в клетках, культивируемых in vitro.The technical result achieved in the implementation of the invention is to create the possibility of correcting a portion of the human genome less than 120 nucleotides in size, carrying the c.del35G mutation in the human GJB2 gene, to a variant of the healthy human genome (variant of the reference human genome) with a synonymous replacement of C.G30C in the gene GJB2 in cells cultured in vitro.
Сущность изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.
Предложен способ редактирования гена GJB2 на основе CRISPR/Cas9 для исправления варианта c.del35G в клетке человека, культивируемой in vitro, исключая клетки зародышевой линии человека. Готовят смесь для редактирования, включающую гидовую РНК, содержащую последовательность SEQ ID NO: 1, ДНК олигонуклеотид, представляющий собой последовательность 5'-Т*С*GTCTTTTCCAGAGCAAACCGCCCAGAGTAGAAGATGGATTGGGGCACGCTGCAGAC GATCCTCGGGGGTGTGAACAAACACTCCACCAGCATTGGAAAGATCTGGCTCACCGTCC*Т*С*Т-3', где * - фосфоротиоатная межнуклеотидная связь, и белок Cas9 Streptococcus pyogenes с молярным соотношением: белок Cas9/ гидовая РНК / ДНК олигонуклеотид равным 1:1,1:2. Затем доставляют эту смесь в клетку человека, культивируемую in vitro.A CRISPR/Cas9-based GJB2 gene editing method is proposed to correct the c.del35G variant in a human cell cultured in vitro, excluding human germline cells. A mixture for editing is prepared, including a guide RNA containing the sequence of SEQ ID NO: 1, a DNA oligonucleotide representing the sequence 5'-T*C*GTCTTTTCCAGAGCAAACCGCCCAGAGTAGAAGATGGATTGGGGCACGCTGCAGAC GATCCTCGGGGGTGTGAACAAACACTCCACCAGCATTGGAAAGATCTGGCTCACCGTCC*T*C*T-3', where * is an internucleotide bond, and Streptococcus pyogenes Cas9 protein with a molar ratio: Cas9 protein/guide RNA/DNA oligonucleotide equal to 1:1.1:2. This mixture is then delivered to a human cell cultured in vitro.
Таким образом, смесь для редактирования готовят так, чтобы она содержала белок Cas9 из организма Streptococcus pyogenes, синтетическую гидовую РНК (A Programmable Dual-RNA-Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity. Science. Jinek M. et al., 17 August 2012), содержащую последовательность мишени (спейсер SEQ ID NO: 1, донорный олигонуклеотид, представляющий собой последовательность 5'-T*C*GTCTTTTCCAGAGCAAACCGCCCAGAGTAGAAGATGGATTGGGGCACGCTGCAGAC GATCCTCGGGGGTGTGAACAAACACTCCACCAGCATTGGAAAGATCTGGCTCACCGTCC*Т*С*Т-3', где * - фосфоротиоатная межнуклеотидная связь связь (The 2-(N-Formyl-N-methyl)aminoethyl Group as a Potential Phosphate/Thiophosphate Protecting Group in Solid-Phase Oligodeoxyribonucleotide Synthesis. Organic Letters. Grajkowski A. et al., April 5,2001; 3,1287-1290). Молярное соотношение белка Cas9, гидовой РНК и ДНК олигонуклеотида равно 1:1,1:2.Thus, the editing mixture is prepared to contain the Streptococcus pyogenes Cas9 protein, synthetic guide RNA (A Programmable Dual-RNA-Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity. Science. Jinek M. et al., 17 August 2012) containing the target sequence (spacer SEQ ID NO: 1, donor oligonucleotide, which is the sequence 5'-T*C*GTCTTTTCCAGAGCAAACCGCCCAGAGTAGAAGATGGATTGGGGCACGCTGCAGAC GATCCTCGGGGGTGTGAACAAACACTCCACCAGCATTGGAAAGATCTGGCTCACCGTCC*T*C*T-3', where * is an internucleotide bond (The 2-N Mole ratio of Cas9 protein , guide RNA and DNA of the oligonucleotide is 1:1.1:2.
Особенностью предлагаемого донорного олигонуклеотида, является наличие фосфоротиоатной межнуклеотидной связию связь между 1 и 2, 2 и 3, 117 и 118, 118 и 119, 119 и 120 нуклеотидами.A feature of the proposed donor oligonucleotide is the presence of a phosphorothioate internucleotide bond between 1 and 2, 2 and 3, 117 and 118, 118 and 119, 119 and 120 nucleotides.
Разработан метод исправления мутации c.del35G гена GJB2 человека в клетках, культивируемых в условияхусловиях in vitro. Мы осуществили применение оригинальной гидовой РНК для локального изменения генома в окрестности мутации c.del35G методом CRISPR-Cas. Оригинальная гидовая РНК является максимально безопасной для других регионов генома человека: 99 из 100 возможных баллов специфичности по шкале CFD Specificity score (Optimized sgRNA design to maximize activity and minimize off-target effects of CRISPR-Cas9. Nature Biotechnology. Doench J. et al., 18 January 2016).A method for correcting the c.del35G mutation of the human GJB2 gene in cells cultivated under in vitro conditions has been developed. We carried out the use of the original guide RNA for local genome modification in the vicinity of the c.del35G mutation using the CRISPR-Cas method. The original guide RNA is as safe as possible for other regions of the human genome: 99 out of 100 possible specificity scores on the CFD Specificity score (Optimized sgRNA design to maximize activity and minimize off-target effects of CRISPR-Cas9. Nature Biotechnology. Doench J. et al. , 18 January 2016).
Изобретение включает в себя конкретные последовательности: гидовой РНК для работы CRISPR-Cas компонентов, донорного ДНК олигонуклеотида для гомологично-направленной репарации клеткой.The invention includes specific sequences: guide RNA for operation of CRISPR-Cas components, donor DNA oligonucleotide for homologous-targeted repair by the cell.
В то же время, другие части процесса, такие как тип клеток, метод доставки, ккультивировани, генетического анализа, могут различаться и производиться любыми из распространенных методов. Изобретение не ограничено конкретным типом клеток, исключая клетки зародышевой линии человека, методом их культивации клеток, способом доставки редактирующей смеси и генетического анализа.At the same time, other parts of the process, such as cell type, delivery method, culture, genetic analysis, may vary and be performed by any of the common methods. The invention is not limited to a particular type of cells, excluding human germline cells, their cell culture method, editing mixture delivery method, and genetic analysis.
Способ генетического редактирования гена GJB2 с целью исправления патогенного варианта c.del35G в клетках человека, культивируемых in vitro, исключая клетки зародышевой линии человека, включает в себя этапы: приготовление смеси для редактирования, доставку смеси в живые клетки, культивирование клеток, сбор части клеток, приготовление NGS библиотек для генетического анализа, генетический анализ методом NGS.A method for genetic editing of the GJB2 gene in order to correct the pathogenic c.del35G variant in human cells cultured in vitro, excluding human germline cells, includes the following steps: preparing a mixture for editing, delivering the mixture to living cells, culturing the cells, collecting part of the cells, preparation of NGS libraries for genetic analysis, genetic analysis by the NGS method.
Для редактирования гена GJB2 с целью исправления мутации c.del35G в клетках человека, культивируемых in vitro, применяются следующие шаги:To edit the GJB2 gene to correct the c.del35G mutation in human cells cultured in vitro, the following steps are used:
1. Приготовить раствор очищенного белка Cas9 из CRISPR-Cas системы организма Streptococcus pyogenes (или любую модификацию этого белка, способную вносить двуцепочечные разрезы в ДНК) концентрацией выше 3-кратной финальной концентрации, в растворе 300 mM NaCl, 10 mM Tris-HCl, 0.1 mM EDTA, 1 mM DTT, 50% Glycerol, рН 7.4 при температуре 25°С. Раствор белка хранить при температуре -20°С до смешивания.1. Prepare a solution of purified Cas9 protein from the Streptococcus pyogenes CRISPR-Cas system (or any modification of this protein capable of making double-strand cuts in DNA) at a concentration greater than 3 times the final concentration, in a solution of 300 mM NaCl, 10 mM Tris-HCl, 0.1 mM EDTA, 1 mM DTT, 50% Glycerol, pH 7.4 at 25°C. Protein solution stored at -20°C until mixed.
2. На льду разморозить раствор гидовой РНК в чистой воде без РНКаз, содержащую последовательность мишени (спейсер последовательность) SEQ ID NO: 1 концентрацией выше 3-кратной финальной концентрации. До использования хранить при температуре 0-4°С, использовать не позднее чем через 30 минут после разморозки.2. On ice, thaw a guide RNA solution in pure water without RNases containing the target sequence (spacer sequence) SEQ ID NO: 1 at a concentration greater than 3 times the final concentration. Before use, store at a temperature of 0-4 ° C, use no later than 30 minutes after defrosting.
3. Разморозить раствор одноцепочечной ДНК в чистой воде без РНКаз концентрацией выше 3-кратной финальной концентрации донорного олигонуклеотида 5'-T*C*GTCTTTTCCAGAGCAAACCGCCCAGAGTAGAAGATGGATTGGGGCACGCTGCAGAC GATCCTCGGGGGTGTGAACAAACACTCCACCAGCATTGGAAAGATCTGGCTCACCGTCC*Т*С*Т-3', где * - фосфоротиоатная межнуклеотидная связь. До использования хранить при температуре 0-4°С, использовать не позднее чем через 3 часа после разморозки.3. Thaw a solution of single-stranded DNA in pure water without RNases with a concentration higher than 3 times the final concentration of the donor oligonucleotide 5'-T*C*GTCTTTTCCAGAGCAAACCGCCCAGAGTAGAAGATGGATTGGGGCACCGCTGCAGAC GATCCTCGGGGGTGTGAACAAACACTCCACCAGCATTGGAAAGATCTGGCTCACCGTCC*T*C*T-3'io, where * is an internucleotide bond. Before use, store at a temperature of 0-4 ° C, use no later than 3 hours after defrosting.
4. Непосредственно перед доставкой в клетки, смешать Cas9, гидовую РНК, донорный олигонуклеотид в молярной пропорции равной 1:1,1:2 в стерильном растворе 150 мМ KCl и 20 мМ HEPES-NaOH, рН7.5.4. Immediately before delivery to cells, mix Cas9, guide RNA, donor oligonucleotide in a molar ratio of 1:1.1:2 in a sterile solution of 150 mM KCl and 20 mM HEPES-NaOH, pH 7.5.
5. Инкубировать раствор не менее 10 минут и не более 25 минут в температурном диапазоне 20-37°С.5. Incubate the solution for at least 10 minutes and no more than 25 minutes in the temperature range of 20-37°C.
6. Доставить в клетку приготовленный раствор любым из доступных методов.6. Deliver the prepared solution to the cage by any of the available methods.
7. После доставки клетки культивировать индивидуальное время, но не менее 12 часов. В случае доставки в первичные дермальные фибробласты, рекомендуется культивирование 24-48 часов. После чего клетки можно использовать далее.7. After cell delivery, cultivate individual time, but not less than 12 hours. In case of delivery to primary dermal fibroblasts, culturing for 24-48 hours is recommended. After that, the cells can be used further.
8. Для анализа результатов редактирования, часть полученных в ходе процедуры клеток отобрать, лизировать, из клеток выделить ДНК, пригодную для генетического анализа.8. To analyze the results of editing, some of the cells obtained during the procedure are selected, lysed, and DNA suitable for genetic analysis is isolated from the cells.
9. Для генетического анализа отобрать от 5 до 500 нг ДНК, полученной из отобранных клеток.9. For genetic analysis, select from 5 to 500 ng of DNA obtained from selected cells.
10. Смешать ДНК с компонентами ПЦР реакции общим объемом 50 мкл. Использовать можно ДНК полимеразу с корректирующей 3'>5' экзонуклеазной активностью согласно протоколу производителя. В качестве праймеров использовать олигонуклеотиды 5'-CATGGCTACGATCCGACTTTGTGCATTCGTCTTTTCCAGAGC-3' и 5'-GCTTGGCCTCCGACTTACACCTCCTTTGCAGCCACAA-3'. Данные олигонуклеодиты предназначены для подготовки образцов к NGS секвенированию на платформе DNBSEQ. Возможна адаптация данного протокола для любой другой NGS платформы.10. Mix the DNA with the components of the PCR reaction with a total volume of 50 µl. DNA polymerase with corrective 3'>5' exonuclease activity can be used according to the manufacturer's protocol. As primers, use oligonucleotides 5'-CATGGCTACGATCCGACTTTGTGCATTCGTCTTTTCCAGAGC-3' and 5'-GCTTGGCCCTCCGACTTACACCTCCTTTGCAGCCACAA-3'. These oligonucleotides are designed to prepare samples for NGS sequencing on the DNBSEQ platform. It is possible to adapt this protocol for any other NGS platform.
11. ПЦР осуществить температурной программой:11. PCR to carry out the temperature program:
11.1. 95°С 32 минуты11.1. 95°C 32 minutes
11.2. 10 циклов:11.2. 10 cycles:
11.2.1. 95°С 20 секунд11.2.1. 95°C 20 seconds
11.2.2. 56°С 1 минута11.2.2. 56°C 1 minute
11.2.3. 72°С 40 секунд11.2.3. 72°C 40 seconds
11.3. 22 цикла:11.3. 22 cycles:
11.3.1. 95°С 20 секунд11.3.1. 95°C 20 seconds
11.3.2. 69°С 20 секунд11.3.2. 69°C 20 seconds
11.3.3. 72°С 35 секунд11.3.3. 72°C 35 seconds
11.4. 72°С 2 минуты11.4. 72°C 2 minutes
11.5. 4°С хранение11.5. 4°C storage
12. Добавить 25 мкл магнитных частиц (AMPure ХР или аналог).12. Add 25 µl of magnetic particles (AMPure XP or equivalent).
13. 5 минут инкубации на комнатной температуре, поставить на магнитный штатив, отобрать супернатант в новую пробирку. Магнитные частицы из этого шага выкинуть.13. 5 minutes incubation at room temperature, put on a magnetic stand, take the supernatant into a new tube. Discard magnetic particles from this step.
14. К супернатанту добавить 100 мкл магнитных частиц (AMPure ХР или аналог).14. Add 100 µl of magnetic beads (AMPure XP or equivalent) to the supernatant.
15. 5 минут инкубации на комнатной температуре, поставить на магнитный штатив, отобрать супернатант.15. 5 minutes incubation at room temperature, put on a magnetic stand, take the supernatant.
16. 2 раза промыть 200 мкл 80% этанола на магнитном штативе, отобрать этанол, высушить в течение 5 минут с открытой крышкой.16. Wash twice with 200 µl of 80% ethanol on a magnetic rack, collect ethanol, dry for 5 minutes with the lid open.
17. Добавить 20 мкл сверхчистой воды (степень 1 по ГОСТ Р 52501-2005, далее «mQ_воды»), перемешать, инкубировать 5 минут на столе.17. Add 20 µl of ultrapure water (grade 1 according to GOST R 52501-2005, hereinafter “mQ_water”), mix, incubate for 5 minutes on the table.
18. Перенести на магнитный штатив, отобрать 18 мкл супернатанта, перенести в новую пробирку.18. Transfer to a magnetic rack, remove 18 µl of supernatant, transfer to a new tube.
19. Измерить концентрацию с помощью набора Qubit dsDNA HS, в зависимости от начального количества ДНК, взять 2 мкл или более.19. Measure the concentration using the Qubit dsDNA HS kit, depending on the initial amount of DNA, take 2 µl or more.
20. Полученные ампликоны проанализировать гель-электрофорезом, удостовериться в длине продукта ПЦР около 200-240 пар нуклеотидов (п.н.).20. Analyze the obtained amplicons by gel electrophoresis, make sure that the length of the PCR product is about 200-240 base pairs (bp).
21. Отобрать от 20 до 300 нг ДНК полученного в п. 18 ампликона для следующей ПЦР реакции.21. Select from 20 to 300 ng of DNA obtained in step 18 of the amplicon for the next PCR reaction.
22. ПЦР реакцию собрать с полимеразой КАРА HiFi PCR Kit (KR0368, КАРА BIOSYSTEMS или аналог) согласно протоколу производителя. В качестве праймеров использовать олигонуклеотиды 5'-/5Phos/GAACGACATGGCTACGATCCGACTT-3' и 5'-TGTGAGCCAAGGAGTTGNNNNNNNNNNTTGTCTTCCTAAGACCGCTTGGCCTCCGACT-3', где 5'-/5Phos/ означает фосфатную группу в 5' конце праймера, NNNNNNNNNN - 10 нуклеотидов индекса NGS библиотеки платформы DNBSEQ, например, индекс 121 будет иметь последовательность TTGATCAAGG.22. Collect the PCR reaction with the KAPA HiFi PCR Kit (KR0368, KAPA BIOSYSTEMS or equivalent) according to the manufacturer's protocol. As primers, use oligonucleotides 5'-/5Phos/GAACGACATGGCTACGATCCGACTT-3' and 5'-TGTGAGCCAAGGAGTTGNNNNNNNNNNTTGTCTTCCTAAGACCGCTTGGCCTCCGACT-3', where 5'-/5Phos/ means the phosphate group at the 5' end of the primer, NNNNNNNNNN - 10 nucleotides of the NGS index, DNBSEQ library platform for example, index 121 would have the sequence TTGATCAAGG.
23. ПЦР осуществить температурной программой:23. PCR to carry out the temperature program:
23.1. 95°С 3 минуты23.1. 95°C 3 minutes
23.2. 3-6 циклов (в зависимости от кол-ва ДНК в п. 21):23.2. 3-6 cycles (depending on the amount of DNA in p. 21):
23.2.1. 98°С 20 секунд23.2.1. 98°C 20 seconds
23.2.2. 56°С 50 секунд23.2.2. 56°C 50 seconds
23.2.3. 72°С 50 секунд23.2.3. 72°C 50 seconds
23.3. 72°С 1 минута23.3. 72°C 1 minute
23.4. 4°С хранение.23.4. 4°C storage.
24. Провести очистку реакции и измерение концентрации идентично пп. 14-1924. Purify the reaction and measure the concentration identical to paragraphs. 14-19
25. Полученные ампликоны проанализировать гель-электрофорезом, удостовериться в длине продукта ПЦР около 250-270 п.н.25. Analyze the obtained amplicons by gel electrophoresis, make sure that the length of the PCR product is about 250-270 bp.
26. Произвести секвенирования полученной NGS библиотеки на платформе DNBSEQ.26. Sequence the resulting NGS library on the DNBSEQ platform.
27. В полученных данных определить генотип клеток, подвергнутых генетическому редактированию.27. In the obtained data, determine the genotype of cells subjected to genetic editing.
Фиг. 1. Электрофорез ДНК NGS библиотек, приготовленных в соответствии с предлагаемым способом для образца клеток, не подвергнувшихся генетическому редактирования (Неред.), образца клеток, подвергнувшихся генетическому редактирования (Ред.), и для отрицательного контроля процесса приготовления NGS библиотек.Fig. 1. DNA electrophoresis of NGS libraries prepared in accordance with the proposed method for a sample of cells not subjected to genetic editing (Non-ed.), a sample of cells subjected to genetic editing (Ed.), and for negative control of the process of preparing NGS libraries.
Фиг. 2. Результат интерпретации генотипирования образцов клеток, подвергнувшихся (Неред.) не подвергнувшихся генетическому редактирования, образца клеток, подвергнувшихся генетическому редактирования (Ред.). Визуализация генотипирования и отдельных NGS прочтений программным обеспечением.Fig. 2. The result of the interpretation of genotyping of cell samples subjected to (Non-ed.) not subjected to genetic editing, a sample of cells subjected to genetic editing (Ed.). Visualization of genotyping and individual NGS reads by software.
ПримерExample
В примере мы использовали созданный нами метод редактирования на дермальных фиброластах, культивируемых в планшетах, выполняя пп. 1-27, изложенные выше. Дермальные фибробласты обладают генотипом с гомозиготным носительством c.del35G. Около 100000 фибробластов было использовано для каждого эксперимента. Доставка редактирующей смеси производилась с помощью реагента Lipofectamine™ CRISPRMAX™ Cas9 (CMAX00 Invitrogen).In the example, we used our own editing method on plate cultured dermal fibrolasts by following steps. 1-27 above. Dermal fibroblasts have a homozygous c.del35G genotype. Approximately 100,000 fibroblasts were used for each experiment. The editing mixture was delivered using the Lipofectamine™ CRISPRMAX™ Cas9 reagent (CMAX00 Invitrogen).
На фиг. 1 приведены результаты гель-электрофореза (пункта 25) осуществления способа. В качестве образцов взяты (слева направо): отрицательный контроль без ДНК (Отриц. контроль), ДНК из первичных дермальных фибробластов до редактирования предлагаемым способом (Нередактированные), ДНК из первичных фибробластов после редактирования предлагаемым способом (Редактированные). Видны продукты ПЦР - фрагменты ДНК корректной длины на основе ампликонов гена GJB2, а именно место, подвергнутое редактированию. Результат на фиг. 1 является NGS библиотеками. Отрицательный контроль приведен для доказательства специфичности ПЦР реакции к ДНК образца.In FIG. 1 shows the results of gel electrophoresis (point 25) of the implementation of the method. The following samples were taken (from left to right): negative control without DNA (Negative control), DNA from primary dermal fibroblasts before editing by the proposed method (Unedited), DNA from primary fibroblasts after editing by the proposed method (Edited). PCR products are visible - DNA fragments of the correct length based on the amplicons of the GJB2 gene, namely the site subjected to editing. The result in Fig. 1 are NGS libraries. A negative control is provided to prove the specificity of the PCR reaction to the DNA of the sample.
На фиг. 2 и таблице представлены результаты генотипирования полученных данных NGS секвенирования. Генотип фибробластов до редактирования поддерживает только c.del35G. После редактирования, часть прочтений (0.5%) поддерживает здоровый генотип без c.del35G с синонимичной заменой C.G30C. Это означает, что часть популяции (около 1%) клеток приобрела исправленную версию гена GJB2.In FIG. 2 and the table show the results of genotyping of the obtained NGS sequencing data. The fibroblast genotype before editing only supports c.del35G. After editing, a fraction of the reads (0.5%) maintain a healthy genotype without c.del35G with a synonymous replacement for C.G30C. This means that a part of the population (about 1%) of the cells acquired the corrected version of the GJB2 gene.
Таким образом, представленные данные подтверждают создание возможности исправления участка генома человека размером менее 120 нуклеотидов, несущего мутацию c.del35G в гене GJB2 человека, на вариант генома здорового человека (вариант референсного генома человека) с синонимичной заменой C.G30C в гене GJB2; и создание способа проверки результатов изменения генома в месте исправления мутации.Thus, the presented data confirm the creation of the possibility of correcting a region of the human genome with a size of less than 120 nucleotides, carrying the c.del35G mutation in the human GJB2 gene, to a variant of the healthy human genome (variant of the reference human genome) with a synonymous replacement of C.G30C in the GJB2 gene; and providing a method for checking the results of the genome change at the site of the mutation repair.
--->--->
Перечень нуклеотидных последовательностейListing of nucleotide sequences
<110> Федеральное государственное бюджетное учреждение <110> Federal state budget institution
«Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, "National Medical Research Center for Obstetrics,
гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Gynecology and Perinatology named after academician V.I. Kulakov"
Министерства здравоохранения Российской Федерации (Federalnoe Ministry of Health of the Russian Federation (Federalnoe
gosudarstvennoe biudzhetnoe uchrezhdenie «Natsionalnyi meditsinskii gosudarstvennoe biudzhetnoe uchrezhdenie "Natsionalnyi meditsinskii
issledovatelskii tsentr akusherstva ginekologii i perinatologii issledovatelskii tsentr akusherstva ginekologii i perinatologii
imeni akademika V.I. Kulakova" Ministerstva zdravookhraneniia nameni academika V.I. Kulakova" Ministerstva zdravookhraneniia
Rossiiskoi Federatsii)Russian Federatsii)
<120> Способ редактирования гена GJB2 для исправления патогенного <120> GJB2 gene editing method to correct pathogenic
варианта c.del35G в клетках человека, культивируемых in vitroc.del35G variant in human cells cultured in vitro
<160> 2<160> 2
<210> SEQ ID NO: 1<210> SEQ ID NO: 1
<211> 20<211> 20
<212> РНК<212> RNA
<213> Искусственная<213> Artificial
<220><220>
<223> Часть гидовой РНК<400>1<223> Part of guide RNA<400>1
gggcacgcug cagacgaucc 20gggcacgcug cagacgaucc 20
<210> SEQ ID NO: 2<210> SEQ ID NO: 2
<211> 120<211> 120
<212> ДНК<212> DNA
<213> Искусственная<213> Artificial
<220><220>
<223> Донорный олигонуклеотид, в котором связь между нуклеотидами 1 и 2, <223> Donor oligonucleotide in which the link between nucleotides 1 and 2,
2 и 3, 117 и 118, 118 и 119, 119 и 120 является фосфоротиоатной 2 and 3, 117 and 118, 118 and 119, 119 and 120 is phosphorothioate
межнуклеотидной связьюinternucleotide bond
<400> 2<400> 2
tcgtcttttc cagagcaaac cgcccagagt agaagatgga ttggggcacg ctgcagacga 60tcgtcttttc cagagcaaac cgccgagt agaagatgga ttggggcacg ctgcagacga 60
tcctcggggg tgtgaacaaa cactccacca gcattggaaa gatctggctc accgtcctct 120tcctcggggg tgtgaacaaa cactccacca gcattggaaa gatctggctc accgtcctct 120
<---<---
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2780677C1 true RU2780677C1 (en) | 2022-09-29 |
Family
ID=
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110511962A (en) * | 2019-09-03 | 2019-11-29 | 中国人民解放军陆军军医大学 | A method of it is cut by double site and realizes that pig Gjb2 gene coded sequence is precisely edited |
RU2757121C1 (en) * | 2021-06-02 | 2021-10-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии гена Российской академии наук (ИБГ РАН) | TECHNOLOGY FOR OBTAINING MICE WITH A HUMANIZED GNAO1 REGION IN THE REGION OF SINGLE NUCLEOTIDE POLYMORPHISM rs587777057 FOR TESTING RNA THERAPY FOR GNAO1 c.607 G>A PATIENTS |
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110511962A (en) * | 2019-09-03 | 2019-11-29 | 中国人民解放军陆军军医大学 | A method of it is cut by double site and realizes that pig Gjb2 gene coded sequence is precisely edited |
RU2757121C1 (en) * | 2021-06-02 | 2021-10-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии гена Российской академии наук (ИБГ РАН) | TECHNOLOGY FOR OBTAINING MICE WITH A HUMANIZED GNAO1 REGION IN THE REGION OF SINGLE NUCLEOTIDE POLYMORPHISM rs587777057 FOR TESTING RNA THERAPY FOR GNAO1 c.607 G>A PATIENTS |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7197363B2 (en) | Genome editing of human neural stem cells using nucleases | |
JP2022033881A (en) | Multiplexed genome editing | |
CN114846139A (en) | Method and composition for treating MPS IH based on LEAPER technology | |
Zhou et al. | Programmable base editing of the sheep genome revealed no genome-wide off-target mutations | |
KR102151065B1 (en) | Composition and method for base editing in animal embryos | |
Yuan et al. | Efficient base editing by RNA-guided cytidine base editors (CBEs) in pigs | |
JP6913965B2 (en) | Kit for repairing FBN1T7498C mutation, method for preparing and repairing FBN1T7498C mutation, method for repairing FBN1T7498C mutation by base editing | |
US20210363507A1 (en) | Gene Targeting | |
US20230332184A1 (en) | Template guide rna molecules | |
CN109517845A (en) | CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) single-base repair system and application thereof | |
WO2022012512A1 (en) | Grna for knocking out pig xenoantigen gene, and application thereof | |
CN117925585A (en) | Adenosine deaminase, base editor fusion protein, base editor system and use | |
CN109628493B (en) | Gene editing system for preparing T cells capable of being transplanted by variant | |
CN111492060A (en) | Factor VIII or factor IX gene knockout rabbit, preparation method and application thereof | |
CN110938629B (en) | Complete sgRNA for specifically recognizing pig Wip1 gene and application and product thereof | |
CN110862988B (en) | sgRNA and CREBRF point mutant Bama pig constructed by same and application thereof | |
RU2780677C1 (en) | METHOD FOR EDITING THE GJB2 GENE TO CORRECT THE PATHOGENIC VARIANT OF c.del35G IN HUMAN CELLS CULTURED IN VITRO | |
CN112391410B (en) | sgRNA and application thereof in repairing abnormal splicing of introns | |
CN113122580A (en) | Method and composition for treating MPS IH based on LEAPER technology | |
JPWO2018015995A1 (en) | Method for preparing long single stranded DNA | |
EP3636754A1 (en) | Gene therapy for granular corneal dystrophy | |
CN113403342A (en) | Single base mutation method and system adopted by same | |
Sheriff et al. | Gene Editing Therapies for Genodermatoses | |
CN105002198B (en) | For cultivating the complete sets of products of the transgene pig of expression human serum albumins and its application | |
CN115948477B (en) | Inducer, method and application for improving CRISPR/Cas9 homologous recombination repair efficiency |