RU2816897C2 - Генетическая конструкция, содержащая последовательности химерных направляющих РНК для делеции гена SMN1 человека в культурах клеток человека - Google Patents

Генетическая конструкция, содержащая последовательности химерных направляющих РНК для делеции гена SMN1 человека в культурах клеток человека Download PDF

Info

Publication number
RU2816897C2
RU2816897C2 RU2022116800A RU2022116800A RU2816897C2 RU 2816897 C2 RU2816897 C2 RU 2816897C2 RU 2022116800 A RU2022116800 A RU 2022116800A RU 2022116800 A RU2022116800 A RU 2022116800A RU 2816897 C2 RU2816897 C2 RU 2816897C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
human
nucleotide pairs
smn1 gene
guide rna
exon
Prior art date
Application number
RU2022116800A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2022116800A (ru
Inventor
Екатерина Максимовна Шитик
Алёна Игоревна Черепанова
Юлия Петровна Игнатова
Дмитрий Владимирович Юдкин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ТРАНСГЕН"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ТРАНСГЕН" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ТРАНСГЕН"
Publication of RU2022116800A publication Critical patent/RU2022116800A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2816897C2 publication Critical patent/RU2816897C2/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к областям молекулярных биотехнологии и медицины и касается генетической конструкции, несущей гены направляющих РНК, комплементарных фланкирующим областям экзона 7 гена SMN1 человека. Наличие промоторов U6 обеспечивает экспрессию в клетках человека, а наличие конститутивной части (scaffold) обеспечивает узнавание синтезированных в клетке направляющих РНК нуклеазами системы CRISPR, узнающими РАМ NGG. Изобретение позволяет создать клеточные линии, моделирующие спинальную мышечную атрофию человека, которые могут быть использованы для исследования средств терапии данного заболевания. 1 ил.

Description

Область техники
Изобретение относится к областям молекулярных биотехнологии и медицины и касается генетической конструкции, несущей гены направляющих РНК с последовательностями, специфичными к фланкирующим областям экзона 7 гена SMN1 человека, под управлением промоторов U6. Изобретение может служить для нокаута гена SMN1 человека в культурах клеток для получения клеточных моделей для испытания препаратов для борьбы со спинальными мышечными атрофиями.
Работа выполнена при финансовой поддержке Федерального государственного бюджетного учреждения «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» (Фонд содействия инновациям) в рамках Договора (Соглашения) №№4174ГС1/68618 от 23.07.2021.
Уровень техники
Спинальная мышечная атрофия (СМА) является тяжелым аутосомно-рецессивным нейродегенеративным заболеванием, характеризующимся прогрессирующей слабостью и атрофией проксимальных мышц, возникающих в результате дегенерации альфа-нейронов в передних рогах спинного мозга. Несмотря на то, что глобальная оценочная заболеваемость СМА не превышает 1 случая на 10000 живорождений (Verhaart, I. E. С. Prevalence, incidence and carrier frequency of 5q-linked spinal muscular atrophy a literature review / I. E. C. Verhaart, A. Robertson, I. J. Wilson, A. Aartsma-Rus, S. Cameron, С.C. Jones et al. // Orphanet J Rare Dis. - 2017. - v. 12. - P. 15.), данное заболевание является вторым по распространенности аутосомно-рецессивным наследственным заболеванием в мире и, более того, является наиболее распространенным моногенным заболеванием, приводящим к младенческой смертности. Частота встречаемости мутантного аллеля СМА варьирует от 1 на 38 до 1 на 72 случая, что в среднем в популяции составляет 1 на 54 (Chen, Т. New and Developing Therapies in Spinal Muscular Atrophy: From Genotype to Phenotype to Treatment and Where Do We Stand? / T. Chen // Int J Mol Sci. - 2020. v. 21. P. 3297.).
Причиной развития СМА более чем в 95% случаев является снижение уровня экспрессии белка выживания моторных нейронов SMN (Survival of Motor Neuron), возникающее в результате гомозиготной делеции или конверсии гена SMN1. В геноме находится практически идентичный аналог этого гена - SMN2, однако он обеспечивает только 10-15% синтеза функционального белка (Blasco-Perez, L. Beyond copy number: A new, rapid, and versatile method for sequencing the entire SMN2 gene in SMA patients / L. Blasco-Perez, I. Paramonov, J. Leno, S. Bernal, L. Alias, P. Fuentes-Prior et al. // Hum Mutat. -2021.-v. 42. - P. 787-795.).
Именно гены SMN1 и SMN2 являются главными мишенями для разработки современных методов терапии спинальной мышечной атрофии. В настоящее время три препарата - Нусинерсен ("Спинраза"; Biogen), Рисдиплам ("Эврисди"; Roche) и Онасемноген абепарвовек ("Золгенсма"; Novartis) - одобрены Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) и Европейским агентством по лекарственным средствам (ЕМА). Все одобренные препараты имеют крайне высокую стоимость, достигающую несколько миллионов долларов, в связи с этим они недоступны для большинства населения. В России и других странах идет разработка терапевтических и генотерапевтических подходов для борьбы с этими заболеваниями и для их испытания требуется биологическая модель. В качестве такой модели может выступать клеточная линия с делецией гена SMN1. Создание генно-инженерной конструкции для быстрого нокаута гена SMN1 в любой клеточной линии человека позволит в короткие сроки получать удобные модели для исследования эффективности терапии спинальных мышечных атрофий.
Раскрытие сущности изобретения
В данном изобретении гены направляющих РНК кодируют хнРНК комплементарные фланкирующим областям 7 экзона гена SMN1 человека. В кассете располагаются два гена направляющих РНК под управлением промотора U6, после каждого гена находится конститутивная часть (scaffold) (фигура). Генетическая кассета пригодна для клонирования в любую генетическую конструкцию и обеспечивает нокаут целевого гена SMN1 человека при работе в комплексе с эндонуклеазами типа Cas, узнающими РАМ-мотив NGG. Наличие промотора U6 будет обеспечивать синтез хнРНК, комплементарных фланкирующим областям экзона 7 гена SMN1, в культуре клеток, для направления нуклеазы и вырезания экзона 7 указанного гена.
Задачей заявляемого изобретения является применение для создания модельных клеточных линий с нокаутом гена SMN1, моделирующих спинальную мышечную атрофию человека для исследования терапевтических подходов.
Задача решается тем, что получена новая генетическая конструкция pDUAL_GUIDE_SMN1, для чего:
1. Попарно одноцепочечные олигонуклеотиды SMN1_G1-Up (SEQ ID NO:1) и SMN1_G1-Down (SEQ ID NO:2), а также SMN1_G2-Up (SEQ ID NO:3) и SMN1_G2-Down (SEQ ID NO:4) гибридизуются друг с другом с образованием двуцепочечных молекул G1 и G2 соответственно длиной 24 пары нуклеотидов каждая с липкими концами САСС и АААС, каждая из которых кодирует ген направляющей РНК.
2. Генетическая конструкция для клонирования двух направляющих РНК G1 и G2 под управлением промоторов U6 для каждой из них гидролизуется с помощью эндонуклеазы рестрикции BbsI с образованием липких концов. Далее гидролизованная конструкция смешивается с двуцепочечной молекулой G2 и происходит лигирование с помощью ДНК-лигазы фага Т4 и последующее клонирование в бактериальных клетках Escherichia coli штамма NEB Stable.
3. После выделения готовых конструкций, несущих ген направляющей РНК G2, производится их гидролиз эндонуклеазой рестрикции BsaI с образованием липких концов. Далее гидролизованная конструкция смешивается с двуцепочечной молекулой G1 и происходит лигирование с помощью ДНК-лигазы фага Т4 и последующее клонирование в бактериальных клетках Escherichia coli штамма NEB Stable.
4. Подтверждение правильности сборки конструкции pDUAL_GUIDE_SMN1 осуществляется с помощью секвенирования по методу Сенгера.
Технический результат изобретения: получена генетическая конструкция, несущая гены направляющих РНК G1 и G2 под управлением промоторов U6, обеспечивающая направление нуклеаз системы CRISPR, узнающих РАМ NGG и конститутивную часть (scaffold) к фланкирующим областям экзона 7 гена SMN1 человека.
Изобретение иллюстрируется фигурой и перечнем использованных последовательностей.
Краткое описание чертежей
На фигуре представлена схема конструкции pDUAL_GUIDE_SMN1. Два гена направляющих РНК расположены между собственными промоторами U6 и конститутивными частями (scaffold).
Осуществление изобретения
Способ осуществляется следующим образом:
Получение генов направляющих РНК. Олигонуклеотиды SMN1_G1-Up (SEQ ID NO:1) и SMN1_G1-Down (SEQ ID NO:2), а также SMN1_G2-Up (SEQ ID NO:3) и SMN1_G2-Down (SEQ ID NO:4) гибридизовали попарно в буфере, содержащем: 65 mM Tris-HCl (рН 8,9), 16 mM (NH4)2SO4, 1,5 mM MgCl2, 0,05% Tween-20, по температурной схеме 96°С - 10 мин, 85°С - 5 мин, 80°С - 5 мин, 75°С - 5 мин, 70°С - 5 мин, 65°С - 5 мин, 60°С - 5 мин, 55°С - 5 мин, 50°С - 5 мин, 45°С - 5 мин, 40°С - 5 мин, 35°С - 5 мин.
Генетическую конструкцию pDUAL_GUIDE, несущую сайты клонирования двух генов направляющих РНК гидролизовали с помощью эндонуклеазы рестрикции BbsI (SibEnzyme) и очищали с помощью экстракции из агарозного геля с помощью набора QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen).
Лигирование гена направляющей РНК G2 и выделенного из геля фрагмента проводили с помощью ДНК-лигазы фага Т4 (Thermo Fisher Scientific). Расчет необходимого количества фрагментов для проведения реакции лигирования производился с помощью онлайн калькулятора NEBioCalculator (NEB). Для успешного прохождения реакции было выбрано соотношение копий ДНК вставок относительно копий ДНК вектора 7 к 1, при этом на реакцию было взято 100 нг фрагмента. Лигазную смесь трансформировали в компетентные клетки NEB Stable (NEB), колонии скринировали, наращивали в ночной культуре, плазмидную ДНК из них выделяли и проводили второй этап клонирования.
Плазмиду гидролизовали с помощью эндонуклеазы рестрикции BsaI (SibEnzyme) и очищали с помощью экстракции из агарозного геля с помощью набора QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen).
Лигирование гена направляющей РНК G1 и выделенного из геля фрагмента проводили с помощью ДНК-лигазы фага Т4 (Thermo Fisher Scientific). Расчет необходимого количества фрагментов для проведения реакции лигирования производился с помощью онлайн калькулятора NEBioCalculator (NEB). Для успешного прохождения реакции было выбрано соотношение копий ДНК вставок относительно копий ДНК вектора 7 к 1, при этом на реакцию было взято 100 нг фрагмента. Лигазную смесь трансформировали в компетентные клетки NEB Stable (NEB), колонии скринировали, наращивали в ночной культуре, плазмидную ДНК из них выделяли и проводили секвенирование по методу Сенгера для подтверждения структуры.
--->
Перечень последовательностей
<110> ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ ТРАНСГЕН
(OBSCHESTVO S OGRANICHENNOI OTVETSTVENNOSTYU TRANSGEN)
<120> Генетическая конструкция, содержащая последовательности химерных
направляющих РНК для делеции гена SMN1 человека в культурах клеток человека
<160> 4
<210> 1
<211> 24
<212> ДНК
<213> artifficial sequence
<220> олигонуклеотид
<223> SMN1_G1-Up
<400> 1 tgc tgt gta cag tgc agt atg cct 24 н.
<210> 2
<211> 24
<212> ДНК
<213> artifficial sequence
<220> олигонуклеотид
<223> SMN1_G1-Down
<400> 1 aaa cag gca tac tgc act gta cac 24 н.
<210> 3
<211> 24
<212> ДНК
<213> artifficial sequence
<220> олигонуклеотид
<223> SMN1_G2-Up
<400> 1 cac cgg gtc tca tta tgt tgc cca 24 н.
<210> 4
<211> 24
<212> ДНК
<213> artifficial sequence
<220> олигонуклеотид
<223> SMN1_G2-Down
<400> 1 aaa ctg ggc aac ata atg aga ccc 24 н.
<---

Claims (4)

  1. Рекомбинантная кассета DUAL_GUIDE_SMN1, предназначенная для синтеза в клеточных линиях человека направляющих РНК, комплементарных фланкирующим последовательностям экзона 7 гена SMN1 человека для его нокаута и создания модельных клеточных линий для исследования методов терапии спинальной мышечной атрофии, имеет размер 743 пары нуклеотидов и содержит в соответствии с физической и генетической картой, представленной на Фиг. 1, два гена направляющих РНК (G1 и G2), имеющих нуклеотидные последовательности SEQ ID NO: 1 и SEQ ID NO: 3 длиной 24 нуклеотида каждая, включая сайты рестрикции, комплементарные фланкирующим последовательностям 7 экзона гена SMN1 человека, и состоит из следующих элементов:
  2. a) промотор U6, имеющий координаты с 11 по 251 пару нуклеотидов и с 378 по 618 пару нуклеотидов, для обеспечения транскрипции генов направляющих РНК с помощью клеточной ДНК-зависимой РНК полимеразы III;
  3. b) вариабельные фрагменты химерных направляющих РНК, имеющие координаты с 260 по 279 пару нуклеотидов для G2 варианта и с 627 по 646 пару нуклеотидов для G1 варианта, комплементарные целевым фланкирующим последовательностям экзона 7 гена SMN1 человека;
  4. c) конститутивная часть химерных направляющих РНК, имеющая координаты с 280 по 355 пару нуклеотидов для G2 варианта и с 647 по 722 пару нуклеотидов для G1 варианта, для обеспечения узнавания хнРНК эндонуклеазами системы CRISPR.
RU2022116800A 2022-06-22 Генетическая конструкция, содержащая последовательности химерных направляющих РНК для делеции гена SMN1 человека в культурах клеток человека RU2816897C2 (ru)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2022116800A RU2022116800A (ru) 2023-12-22
RU2816897C2 true RU2816897C2 (ru) 2024-04-08

Family

ID=

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LI J.J. et al. Disruption of splicing-regulatory elements using CRISPR/Cas9 to rescue spinal muscular atrophy in human iPSCs and mice, Natl Sci Rev, 2019, vol. 7, N. 1, pp. 92-101. ПЯТИИЗБЯНЦЕВ Т.А. Использование технологии CRISPR/Cas9 для создания клеточных моделей генетических заболеваний, Молодая фармация - потенциал будущего: Сборник материалов XII всероссийской научной конференции студентов и аспирантов с международным участием, Санкт-Петербург, 14 марта - 18 апреля 2022 года, сс. 554-558. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108690844B (zh) HTT的CRISPR/Cas9-gRNA打靶序列对、质粒及HD细胞模型
US20230139474A1 (en) RNA TARGETING OF MUTATIONS VIA SUPPRESSOR tRNAs AND DEAMINASES
CN107130000B (zh) 一种同时敲除KRAS基因和EGFR基因的CRISPR-Cas9系统及其应用
JP2023166400A5 (ru)
EP3752611A1 (en) Antisense oligonucleotides for rna editing
US20050256072A1 (en) Dual functional oligonucleotides for use in repressing mutant gene expression
JP2008526213A (ja) 自己保護オリゴヌクレオチドを使用する、遺伝子発現を調節するための組成物および方法
CN107267516B (zh) 双sgRNA介导的基因精确修饰方法及应用
US20230407333A1 (en) Aav capsids and compositions containing same
US20230002788A1 (en) Aav3b variants with improved production yield and liver tropism
Karagyaur et al. Practical recommendations for improving efficiency and accuracy of the CRISPR/Cas9 genome editing system
CN115768487A (zh) 用于面肩肱型肌营养不良症的crispr抑制
EP3814510A1 (en) Microhomology mediated repair of microduplication gene mutations
RU2816897C2 (ru) Генетическая конструкция, содержащая последовательности химерных направляющих РНК для делеции гена SMN1 человека в культурах клеток человека
Jo et al. In vivo application of base and prime editing to treat inherited retinal diseases
CN114875033A (zh) sgRNA、CRISPR/Cas试剂及其应用
US20220290132A1 (en) Engineered CRISPR/Cas9 Systems for Simultaneous Long-term Regulation of Multiple Targets
CN114426960A (zh) 一种PDA@CRISPR/Cas9/sgHMGA2 NPs复合体、制备方法及应用
CN114144202A (zh) 用于载体的多重shRNA
CN110714008A (zh) 核苷酸序列构建的crispr重组质粒靶向编辑iss序列的方法
McCullers CRISPR-Cas9 Utility in Genome Engineering
RU2660715C2 (ru) Способ репликации человеческого митохондриального генома в клетках дрожжей Yarrowia lipolytica
WO2024015966A2 (en) Recombinant aav having aav clade d and clade e capsids and compositions containing same
TW202309066A (zh) 衍生自豬的腺相關病毒衣殼及其用途
Wang et al. Chromosome level genome assembly and transcriptome analysis of E11 cells infected by tilapia lake virus