RU2786396C1 - Набор для определения копийности вставки интересующей конструкции в AAVS1 локус генома человека - Google Patents

Набор для определения копийности вставки интересующей конструкции в AAVS1 локус генома человека Download PDF

Info

Publication number
RU2786396C1
RU2786396C1 RU2021138311A RU2021138311A RU2786396C1 RU 2786396 C1 RU2786396 C1 RU 2786396C1 RU 2021138311 A RU2021138311 A RU 2021138311A RU 2021138311 A RU2021138311 A RU 2021138311A RU 2786396 C1 RU2786396 C1 RU 2786396C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sequence
seq
interest
construct
fam
Prior art date
Application number
RU2021138311A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Вячеславович Иваненко
Всеволод Вадимович Белоусов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГАОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГАОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГАОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России)
Application granted granted Critical
Publication of RU2786396C1 publication Critical patent/RU2786396C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к биотехнологии, может быть использовано для определения и подсчета количества копий вставки интересующей конструкции в исследуемой популяции генетически модифицированных клеток. Предложен набор для определения копийности вставки интересующей конструкции в AAVS1 локус генома человека при проведении цифровой капельной мультиплексной полимеразной цепной реакции в режиме реального времени. Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого набора, заключается в обеспечении высокоточного подсчета копийности вставки интересующей конструкции в генетическом материале. 2 ил., 1 табл., 1 пр.

Description

Изобретение относится к области медицины, биотехнологии, молекулярной биологии, может быть использовано для определения и подсчета количества копий вставки интересующей конструкции в AAVS1 локус исследуемой популяции генетически модифицированных клеток. Актуальность изобретения связана с необходимостью анализа эффективности проведения вставки при проведении генетических модификаций клеток.
Настоящее изобретение не предназначено для модификации генетической целостности клеток зародышевой линии человека, а также для определения и подсчета количества копий вставки интересующей конструкции в исследуемой популяции генетически модифицированных клеток зародышевой линии человека, не предполагает использование человеческих эмбрионов.
Несмотря на быстрое развитие новых методов доставки конструкций в геном человека, наиболее распространенным методом на данный момент остается использование в качестве вектора для доставки ретровирусных конструкций. Эта методика продолжает использоваться как наиболее эффективная, однако ее использование может быть связано со значительными рисками для пациента. Так, при лечении Х-сцепленного тяжелого комбинированного иммунодефицита у пяти детей возник Т клеточный лейкоз [Howe S. J. и др. Insertional mutagenesis combined with acquired somatic mutations causes leukemogenesis following gene therapy of SCID-X1 patients // J. Clin. Invest. 2008. T. 118. №9. C. 3143-3150.]. В одном из случаев лейкоз проявил резистентность к химиотерапии, что привело к гибели пациента. В другом исследовании при лечении синдрома Вискотта-Олдрича семь пациентов развили острую форму лейкоза [Braun С.J. и др. Gene therapy for Wiskott-Aldrich syndrome-long-term efficacy and genotoxicity // Sci. Transl. Med. 2014. T. 6. №227.]. При лечении Х-сцепленной хронической гранулематозной болезни два пациента развили миелодиспластический синдром [Stein S. и др. Genomic instability and myelodysplasia with monosomy 7 consequent to EVI1 activation after gene therapy for chronic granulomatous disease // Nat. Med. 2010. T. 16. №2. C. 198-204.]. Все случаи заболеваний связаны с непредсказуемостью места встраивания конструкции в геном человека при использовании ретровирусов. Это может приводить как к нарушению работы здоровых генов, так и к усилению экспрессии протоонкогенов.
Одним из возможных путей решения этой проблемы является направленное встраивание конструкции в геном человека. Для этого может использоваться быстро развивающаяся CRISPR система, которая позволяет проводить направленное встраивание конструкции при использовании подходящей донорной последовательности [Hsu P. D., Lander Е. S., Zhang F. Development and Applications of CRISPR-Cas9 for Genome Engineering // Cell. 2014. T. 157. №6. C. 1262-1278.]. Безопасное встраивание конструкции можно проводить в так называемые "тихие гавани" генома - участки, вставка в которые генетических последовательностей не нарушает нормальной работы клетки. Одним из хорошо охарактеризованных участков является интрон PPP1R12C гена на AAVS1 локусе 19 хромосомы [Sadelain М., Papapetrou Е. Р., Bushman F. D. Safe harbours for the integration of new DNA in the human genome // Nat. Rev. Cancer 2011 121. 2011. T. 12. №1. C. 51-58.]. Слабая стабильная экспрессия этого гена позволяет использовать его для встраивания конструкций без собственного промотора, что может быть использовано для экспрессии интересующей конструкции или для дальнейшего отбора отредактированных клеток с помощью флуоресцентных меток или генов устойчивости к антибиотикам.
Встраивание конструкции с использованием CRISPR системы происходит за счет репарации двунитевого разрыва ДНК выбранного участка генома. Белок CRISPR системы вносит в геномную ДНК двунитевой разрыв, специфичность которого задается короткой последовательностью гидовой РНК. При успешном встраивании интересующей конструкции в геном репарация этого разрыва проходит по пути гомологичной рекомбинации, в котором в качестве матрицы для репарации используется внесенная в клетку донорная последовательность ДНК. Значительным недостатком CRISPR системы по сравнению с использованием ретровирусных векторов остается низкая эффективность встраивания конструкции. Это объясняется особенностями работы системы, а также сложностью подбора оптимальных условий для каждого индивидуального случая, связанную со сложностью считывания успешного встраивания конструкции в геном.
На момент подачи заявки из открытых источников было известно о следующих аналогах.
В патенте US 2019203274, А1 описывается метод детекции HDR редактирования с использованием ddPCR, однако метод используется для детекции коротких изменений в геноме и не подразумевает использования для детекции встраивания полноразмерных конструкций.
В качестве прототипа нами выбран метод проверки CRISPR встраивания EGFP последовательности белка в человеческие iPS клетки с помощью системы ddPCR. В этой системе используется вставка последовательности флуоресцентного белка EGFP в локус тирозингидроксилазы для последующей визуализации дифференцированных дофаминергических нейронов [Überbacher С.и др. Application of CRISPR/Cas9 editing and digital droplet PCR in human iPSCs to generate novel knock-in reporter lines to visualize dopaminergic neurons // Stem Cell Res. 2019. T. 41.]. Для проведения ПЦР в этом методе используется две пары праймеров - одна пара для проверки наличия вставки и одна для нормировочного гена RPP30. Для проверки наличия вставки используется прямой праймер, отжигающийся выше левого плеча гомологии, использующегося в донорной конструкции, и обратный праймер, отжигающийся на Т2А последовательности донорной конструкции. В качестве зондов используются последовательность с FAM флуорофором, написанная на участок плеча гомологии и последовательность с НЕК флуорофором, написанная на последовательность RPP30 гена. Из клеток, подверженных редактированию на четвертый день выделяется геном, затем проводится пробоподготовка и постановка ddPCR, анализ результатов которого позволяет определить обогащение популяции iPS клетками с целевой вставкой.
Способ-прототип подходит для определения эффективности встраивания конструкции в ген тирозингидроксилазы, что является частным применением CRISPR редактирования. За пределами этого исследования остается определение эффективности встраивания интересующих конструкций в AAVS1 локус, что может быть использовано для широкого спектра исследований.
Проблемой, на решение которой направлено данное изобретение является создание набора, позволяющего проводить точное определение копийности вставки в AAVS1 локус интересующей конструкции в генетическом материале по отношению к копийности генома.
Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого набора, заключается в обеспечении высокоточного подсчета копийности вставки интересующей конструкции в генетическом материале.
Предложены оригинальные олигонуклеотидные праймеры и флуоресцентные зонды, позволяющие точно подсчитать копии вставки интересующей конструкции с нормировкой на один геном, при проведении цифровой капельной ПЦР.
Сущность изобретения заключается в следующем:
Предложен набор для определения копийности вставки интересующей конструкции в AAVS1 локусе генома человека при проведении цифровой капельной мультиплексной ПЦР, включающий прямой праймер FW-INS, имеющий последовательность SEQ ID NO: 1; обратный праймер RV-INS, имеющий последовательность SEQ ID NO: 2; флуоресцентный зонд INS-FAM, имеющий последовательность SEQ ID NO: 3, с ковалентно пришитой к 5'-концу последовательности молекулой флуоресцентного красителя 6-карбоксифлуоресцеина (6-FAM) и ковалентно пришитой к 3'-концу последовательности молекулой гасителя флуоресценции BHQ1; прямой праймер FW-CCR5, имеющий последовательность SEQ ID NO: 4; обратный праймер RV-CCR5, имеющий последовательность SEQ ID NO: 5; флуоресцентный зонд CCR5-R6G, имеющий последовательность SEQ ID NO: 6, с ковалентно пришитой к 5'-концу последовательности молекулой флуоресцентного красителя Rhodamine 6G (R6G) и ковалентно пришитой к 3'-концу последовательности молекулой гасителя флуоресценции BHQ2.
Таким образом, предложена система, которая позволяет быстро считывать эффективность встраивания конструкции в AAVS1 локус генома человека, что может быть использовано для эффективного подбора оптимальных условий встраивания интересующей конструкции.
Возможность точного подсчета копийности вставки интересующей конструкции в геном достигается за счет использования прямого праймера, написанного к AAVS1 участку выше левого плеча гомологии донорной конструкции и обратного праймера, написанного к Т2А последовательности:
FW-INS: 5'- CGGACCACTTTGAGCTCTAC - 3'
RV-INS: 5'- GTTAGAAGACTTCCTCTGCCC - 3'
и флуоресцентного зонда, комплементарного последовательности левого плеча гомологии донора:
INS-FAM: [6-FAM] 5' -TTCTCGGCGCTGCACCACGTGATGT-3'[BHQ1]
а также двух праймеров, фланкирующих локус участка гена CCR5:
FW-CCR5: 5'- TTGGTTTTGTGGGCAACATG - 3'
RV-CCR5: 5'- ACTTGAGTCCGTGTCACAAG - 3'
и флуоресцентного зонда, комплементарного последовательности гена CCR5:
CCR5-R6G: [R6G]5'-TGGTCCTGCCGCTGCTTGTCATGGT -3'[BHQ2]
При этом прямой праймер FW-INS для амплификации фрагмента вставки интересующей конструкции имеет последовательность SEQ ID NO: 1.
Обратный праймер RV-INS для амплификации фрагмента вставки интересующей конструкции имеет последовательность SEQ ID NO: 2.
Флуоресцентный зонд INS-FAM с флуоресцентным красителем 6-FAM и гасителем BHQ1 для детекции участка плеча гомологии интересующей конструкции имеет последовательность SEQ ID NO: 3.
Прямой праймер FW-CCR5 для амплификации фрагмента гена CCR5, имеет последовательность SEQ ID NO: 4.
Обратный праймер RV-CCR5 для амплификации фрагмента гена CCR5, имеет последовательность SEQ ID NO: 5.
Флуоресцентный зонд CCR5-R6G с флуоресцентным красителем R6G и гасителем BHQ2 детектирует участок гена CCR5 для нормировки и имеет последовательность SEQ ID NO: 6.
Для дизайна праймеров и зондов был проведен биоинформатический анализ, где в качестве исходной информации использовали последовательность генов AAVS1 и CCR5 из базы данных National Center for Biotechnology Information U.S. National Library of Medicine (Gene ID: 54776, updated on 23-Nov-2021, Gene ID: 1234, updated on 5-Dec-2021).
Далее, для реализации изобретения необходимо осуществить серию ПЦР-реакций с помощью системы (установки) для цифровой капельной ПЦР, например, Bio-Rad QX200 Droplet Digital PCR System, с использованием реагентов, предназначенных для конкретной системы (мастермикс, содержащий необходимые компоненты ПЦР, такие как Taq-полимераза, dNTP, растворы солей и т.д.). Приготовление смеси для цифровой ПЦР идет по следующему протоколу:
Состав смеси на одну лунку:
• 2х ddPCR supermix for probes (Bio-Rad) 11 мкл
• Праймер FW-INS 10 мкМ 1 мкл
• Праймер RV-INS 10 мкМ 1 мкл
• Праймер FW-CCR5 10 мкМ 1 мкл
• Праймер RV-CCR5 10 мкМ 1 мкл
• Флуоресцентный зонд FAM-INS 10 мкМ 0,6 мкл
• Флуоресцентный зонд R6G-CCR5 10 мкМ 0,6 мкл
• Вода 10,8 мкл
• Раствор ДНК (анализируемый генетический материал) 4 мкл
Общий объем должен быть 22 мкл, конечная концентрация праймеров 450 нМ, конечная концентрация зондов 250 нМ, раствор ДНК рекомендуется готовить так, чтобы в 4 мкл содержалось от 50 нг до 350 нг ДНК. Далее, с использованием прибора для генерации капель необходимо приготовить эмульсию капель. После завершения генерации капель планшет с каплями запаивается фольгой в течение 5 секунд при 180 градусах С. Запаянное плато помещается в любой амплификатор, поддерживающий формат 96-луночных планшетов «с юбкой» (например, С1000 Thermal Cycler, Bio-Rad). Протокол термоциклирования представлен в таблице.
Figure 00000001
После амплификации плато переносится в прибор, детектирующий флуоресценцию в каплях, по каналам FAM и R6G(HEX). Анализ результатов проводится с помощью программы, поставляемой с прибором - QuantaSoft Software Bio-Rad. В качестве типового результата программа выдает два графика флуоресценции (FAM и R6G) в формате 1D и совмещенный мультиплексный плот в формате 2D.
В качестве примера использовали метод для оценки эффективности встраивания последовательности EGFP белка в AAVS1 локус на клеточной линии Hela Kyoto. Для приготовления проб клеточная линия Hela Kyoto была трансфецирована с помощью FuGENE®HD реагента (Promega) бицистронной lentiCRISPR v2-Blast плазмидой (Addgene #83480) с гидовой РНК, направленной к AAVS1 локусу с последовательностью 5'-GTGTCCCTAGTGGCCCCACTG-3' и донорной плазмидой AAV-CAGGS-EGFP (Addgene #22212). Через пять дней после трансфекции из клеток был выделен геномный материал набором для выделения и очистки геномной ДНК ExtractDNA Blood (Евроген). Согласно представленной выше методике, была проведена оценка эффективности встраивания интересующей конструкции в геном.
На фиг. 1 представлен пример анализа результата цифровой капельной ПЦР в виде графиков в формате 1D; верхний график - измерение флуоресценции в канале FAM; нижний график - измерение флуоресценции в канале R6G; каждая точка на графиках - проанализированная капля; по шкале ординат - интенсивность флуоресценции, по шкале абсцисс - порядковый номер проанализированной капли; нижний кластер капель (бесцветный) -капли без матрицы; верхние кластеры - положительные капли, где прошла ПЦР.
На фиг. 2 представлен пример анализа результата цифрового капельного ПЦР в виде 2D плота: по шкале ординат - интенсивность флуоресценции в канале FAM, по шкале абсцисс - интенсивность флуоресценции в канале R6G; негативный кластер капель (бесцветный) - слева внизу; кластер позитивных по FAM капель (синий) - слева вверху; кластер позитивных по R6G капель (зеленый) - справа внизу.
Таким образом, при анализе графиков в формате 1D (фиг. 1) видно два кластера капель, нижний - негативный, состоит из капель, в которые не попала матрица (ДНК) для амплификации, и верхний - позитивный, куда матрица (ДНК) попала, где успешно прошла ПЦР и появился сигнал флуоресценции. Программа автоматически разделяет оба кластера и подсчитывает количество положительных капель в каждом канале.
При анализе графиков в формате 2D (фиг. 2) кластеры капель, положительных по FAM и R6G, отчетливо различимы, и также автоматически разделяются. В случае успешного встраивания кассеты в AAVS1 локус количество капель, положительных по FAM составляет 8,8% от количества капель, положительных по R6G, что согласуется с литературными данными.
Основу способа с предлагаемым набором для измерения копийности вставки интересующей конструкции в AAVS1 локусе генома человека составляют синтезированные короткие ДНК олигонуклеотиды и приборная база для проведения цифрового капельного ПЦР. Предложенный метод считывания эффективности редактирования упрощает его оценку и может быть использован для оптимизации условий встраивания интересующей конструкции в геном.
SEQ ID NO 1: FW-INS: 5'- CGGACCACTTTGAGCTCTAC - 3'
SEQ ID NO 2: RV-INS: 5'- GTTAGAAGACTTCCTCTGCCC - 3'
SEQ ID NO 3: INS-FAM: [6-FAM] 5' -TTCTCGGCGCTGCACCACGTGATGT-3'[BHQ1]
SEQ ID NO 4: FW-CCR5: 5'- TTGGTTTTGTGGGCAACATG - 3'
SEQ ID NO 5: RV-CCR5: 5'- ACTTGAGTCCGTGTCACAAG - 3'
SEQ ID NO 6: CCR5-R6G: [R6G]5'-TGGTCCTGCCGCTGCTTGTCATGGT -3'[BHQ2]

Claims (1)

  1. Набор для определения копийности вставки интересующей конструкции в AAVS1 локус генома человека, исключая клетки зародышевой линии человека, при проведении цифровой капельной мультиплексной полимеразной цепной реакции (ПЦР) в режиме реального времени, включающий прямой праймер, имеющий последовательность SEQ ID NO: 1; обратный праймер, имеющий последовательность SEQ ID NO: 2; флуоресцентный зонд INS-FAM, имеющий последовательность SEQ ID NO: 3, с ковалентно пришитой к 5'-концу последовательности молекулой флуоресцентного красителя 6-карбоксифлуоресцеина (6-FAM) и ковалентно пришитой к 3'-концу последовательности молекулой гасителя флуоресценции BHQ1; прямой праймер, имеющий последовательность SEQ ID NO: 4; обратный праймер, имеющий последовательность SEQ ID NO: 5; флуоресцентный зонд CCR5-R6G, имеющий последовательность SEQ ID NO: 6, с ковалентно пришитой к 5'-концу последовательности молекулой флуоресцентного красителя Rhodamine 6G (R6G) и ковалентно пришитой к 3'-концу последовательности молекулой гасителя флуоресценции BHQ2.
RU2021138311A 2021-12-22 Набор для определения копийности вставки интересующей конструкции в AAVS1 локус генома человека RU2786396C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2786396C1 true RU2786396C1 (ru) 2022-12-20

Family

ID=

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2749741C1 (ru) * 2020-12-11 2021-06-16 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГАОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России) Рибонуклеопротеиновый комплекс для редактирования генома человека

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2749741C1 (ru) * 2020-12-11 2021-06-16 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГАОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России) Рибонуклеопротеиновый комплекс для редактирования генома человека

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Oceguera-Yanez F. et al. Engineering the AAVS1 locus for consistent and scalable transgene expression in human iPSCs and their differentiated derivatives // Methods. - 2016. - Т. 101. - С. 43-55. Hamilton H. et al. Adeno-associated virus site-specific integration and AAVS1 disruption //Journal of virology. - 2004. - Т. 78. - No. 15. - С. 7874-7882. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108473975A (zh) 检测肿瘤发展的系统和方法
Reeve Encyclopedia of genetics
CN109136366B (zh) 一种脊髓性肌萎缩症相关基因的检测体系及检测试剂盒
Walker et al. Comparison of the 5.8 S rRNA gene and internal transcribed spacer regions of trichomonadid protozoa recovered from the bovine preputial cavity
CN105925672B (zh) 一种检测hbb/gjb2/atp7b/pah遗传病基因的阳性质控品及其制备方法
CN111073961A (zh) 一种基因稀有突变的高通量检测方法
CN107488728A (zh) 3d数字pcr检测egfr特定基因突变的引物探针组合物、试剂盒及方法
CN112626213A (zh) 基于二代测序技术的肝癌检测panel、试剂盒及其应用
CN111500690A (zh) 一种检测car-t细胞基因组中病毒载体拷贝数的方法
CN106319040A (zh) 一种检测人cyp2c19基因分型的试剂盒及检测方法
CN107460254A (zh) 一种基于猪line1转座子插入多态性研发新型分子标记的方法
CN111424087A (zh) 基于二代测序的用于泛癌种检测或靶向用药的检测Panel、试剂盒及应用
CN114774530B (zh) 检测LHON致病突变的CRISPR-Cas组合物、试剂盒和方法
CN107988385B (zh) 一种检测肉牛PLAG1基因Indel标记的方法及其专用试剂盒
CN106957902A (zh) 一种用于检测药物性耳聋相关位点的非标记探针
RU2786396C1 (ru) Набор для определения копийности вставки интересующей конструкции в AAVS1 локус генома человека
CN110438206B (zh) 一组检测egfr基因19外显子缺失突变的引物、探针和试剂盒
CN111349691B (zh) Egfr基因缺失突变检测用组合物、试剂盒及检测方法
CN106755551A (zh) 一种egfr/l858r突变液体活检试剂盒及其应用
CN108949911B (zh) 鉴定和定量低频体细胞突变的方法
CN114540524A (zh) 一种用于结核分枝杆菌及其耐药性的数字pcr检测试剂盒
CN102382896A (zh) Npm1基因突变检测方法及其试剂盒
CN111593115A (zh) 用于β-地中海贫血基因突变多重实时荧光PCR检测的引物和探针组合及试剂盒
CN110938680A (zh) Dna及rna同时检测的基因变异位点检测方法
CN108018285B (zh) 一种超敏感引物及其设计方法和应用