protocol-使用CRISPR-Cas9系統(tǒng)進行基因編輯(一)

Genome engineering using the CRISPR-Cas9 system

最近要開始學(xué)習(xí)CRISPR-Cas9實驗,對著動輒幾十頁的說明,實在是看不下去,不如就嘗試用讀書筆記的方式來學(xué)習(xí)吧妻枕。
今日要講的當(dāng)然是張峰老師組的protocol


image.png

文章結(jié)構(gòu)簡單整理如下:

  1. abstract
  2. introduction
  3. material
  4. procedure
  5. anticipated results
    ############################################################

常見縮寫及專業(yè)詞匯:

  1. clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) :就是一個剪短的成簇的短回文結(jié)構(gòu)。
  2. DNA double-stranded breaks (DSBs) :雙鏈斷裂,啊啊啊啊好疼翱湍辍!
  3. nonhomologous end joining (NHEJ):無模板修復(fù)漠吻,引入indel量瓜,適合敲除
  4. homology-directed repair (HDR):有模板修復(fù),精準編輯途乃。
  5. zinc-finger nucleases (ZFNs):鋅指核酸酶
  6. transcription activator-like effector nucleases (TALENs):轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶
  7. single-stranded DNA oligonucleotides (ssODNs):單鏈DNA寡核苷酸
  8. CRISPR RNA (crRNA) array
  9. Streptococcus pyogenes:化膿性鏈球菌
  10. single-guide RNA (sgRNA)
  11. guide RNA (gRNA)

############################################################

1. abstract

1.1 Targeted nucleases are powerful tools for mediating genome alteration with high precision. 照例說很需要強有力的基因編輯工具绍傲。
1.2 The RNA-guided Cas9 nuclease from the microbial clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) adaptive immune system can be used to facilitate efficient genome engineering in eukaryotic cells by simply specifying a 20-nt targeting sequence within its guide RNA. 簡單說由gRNA引導(dǎo)的Cas9核酸酶的有效性。
1.3 Here we describe a set of tools for Cas9-mediated genome editing via nonhomologous end joining (NHEJ) or homology-directed repair (HDR) in mammalian cells, as well as generation of modified cell lines for downstream functional studies. 非同源連接(NHEJ)或同源定向修復(fù)(HDR)
1.4 To minimize off-target cleavage, we further describe a double-nicking strategy using the Cas9 nickase mutant with paired guide RNAs. 雙切
This protocol provides experimentally derived guidelines for the selection of target sites, evaluation of cleavage efficiency and analysis of off-target activity. 本protocol提供了選擇靶點的策略、評價切割的有效性和脫靶效應(yīng)的分析烫饼。
1.5 Beginning with target design, gene modifications can be achieved within as little as 1–2 weeks, and modified clonal cell lines can be derived within 2–3 weeks. 從靶點設(shè)計開始猎塞,基因修飾可在1-2周內(nèi)完成,而2-3周內(nèi)可得到克隆細胞系杠纵。

############################################################

2. introduction(節(jié)選)

A number of genome editing technologies have emerged in recent years, including zinc-finger nucleases (ZFNs), transcription activator-like effector nucleases (TALENs) and the RNA-guided CRISPR-Cas nuclease system.
近年來出現(xiàn)的基因編輯技術(shù):ZFNs(鋅指核酸酶)荠耽,TALENs(轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶),CRISPR-Cas核酸酶系統(tǒng)比藻。
The first two technologies use a strategy of tethering endonuclease catalytic domains(連接內(nèi)切酶催化域) to modular DNA-binding proteins for inducing targeted DNA double-stranded breaks (DSBs) at specific genomic loci. By contrast, Cas9 is a nuclease guided by small RNAs (在引導(dǎo)RNA的幫助下)through Watson-Crick base pairing with target DNA

這張圖后面還會需要用到

2.1 Precise genome editing using engineered nucleases--精確基因編輯

和ZFN铝量,TALEN一樣,CRISPR-Cas也是通過激活DSB的模式來達到基因標記的目的银亲。
在CRISPR-Cas系統(tǒng)中慢叨,經(jīng)Cas剪切形成DSB后,DNA可通過以下兩種途徑進行修復(fù):(A)在缺乏修復(fù)模板的情況下务蝠,DSBs通過NHEJ過程重新連接拍谐,以插入/刪除(indel)突變的形式留下疤痕,可用于基因敲除馏段,indel的出現(xiàn)導(dǎo)致移碼突變和終止密碼子的過早出現(xiàn)轩拨。(B)在DNA修復(fù)模板的情況下,精確修復(fù)-可達到精確編輯的效果毅弧;修復(fù)模板可以是插入序列兩側(cè)帶有同源臂的傳統(tǒng)雙鏈DNA靶向結(jié)構(gòu)气嫁,也可以是單鏈DNA寡核苷酸(ssODNs)。
以下這句話很重要:Unlike NHEJ, HDR is generally active only in dividing cells, and its efficiency can vary widely depending on the cell type and state,
as well as the genomic locus and repair template.


############################################################

2.2 Cas9: an RNA-guided nuclease for genome editing--詳細介紹Cas9

簡介:CRISPR-Cas is a microbial adaptive immune system that uses RNA-guided nucleases to cleave foreign genetic elements. Three types (I–III) of CRISPR systems have been identified across a wide range of bacterial and archaeal hosts, wherein each system comprises a cluster of CRISPR-associated (Cas) genes, noncoding RNAs and a distinctive array of repetitive elements (direct repeats). These repeats are interspaced by short variable sequences derived from exogenous DNA targets known as protospacers, and together they constitute the CRISPR RNA (crRNA) array. Within the DNA target, each protospacer is always associated with a protospacer adjacent motif (PAM), which can vary depending on the specific CRISPR system够坐。
CRISPR-Cas是細菌用來抵抗外來生物抵御系統(tǒng)寸宵。經(jīng)過廣譜檢測,人們發(fā)現(xiàn)了三種主要的CRISPR系統(tǒng)元咙,它們由CRISPR-associated (Cas)基因梯影、非編碼rna和一組獨特的重復(fù)元素(直接重復(fù))組成,而這些重復(fù)序列則由來自外源性DNA靶點(即原間隔體)的短可變序列直接間隔開來庶香;重復(fù)序列+間隔序列=CRISPR RNA (crRNA) array甲棍。在有DNA靶點的情況下,每一個間隔序列都有一個前間區(qū)序列鄰近基序(PAM)赶掖。

The Type II CRISPR system is one of the best characterized consisting of the nuclease Cas9, the crRNA array that encodes the guide RNAs and a required auxiliary trans-activating crRNA (tracrRNA) that facilitates the processing of the crRNA array into discrete units
II型CRISPR系統(tǒng)是最具特征的系統(tǒng)之一感猛,它由核酸酶Cas9、編碼引導(dǎo)rna的crRNA陣列和有助于將crRNA陣列加工成離散單元的所需輔助反式激活crRNA (tracrRNA)組成奢赂。
Cas9酶+(編碼出gRNA的序列+反式激活crRNA陪白,這兩部分都是crRNA array的結(jié)果)
主要是crRNA有什么用,為什么要形成離散單元膳灶?

CRISPR RNA (crRNA) array咱士,編碼gRNA立由,再加上tracrRNA,則可達到定位+編輯的功能gRNA用于引導(dǎo)序厉,tracrRNA用于結(jié)合靶點锐膜。
Furthermore, the crRNA and tracrRNA can be fused together to create a chimeric, single-guide RNA (sgRNA). Cas9 can thus be re-directed toward almost any target of interest in immediate vicinity of the PAM sequence by altering the 20-nt guide sequence within the sgRNA. 所以,人們就把crRNA和tracrRNA合在一起弛房,成為了single-guide RNA道盏,即sgRNA,而通過修改tracrRNA的序列庭再,在理論上可以on-target任何目的靶點捞奕。

目前應(yīng)用的經(jīng)典例子: Direct injection of sgRNA and mRNA encoding Cas9 into embryos has enabled the rapid generation of transgenic mice with multiple modified alleles (獲取基因工程鼠的好幫手!)


####################################################

在這里拄轻,我們詳細解釋了如何使用人類密碼優(yōu)化,核定位序列兩側(cè)野生型(WT) Cas9核酸酶或突變Cas9核酸酶促進真核細胞基因編輯伟葫。

We describe considerations for designing the 20-nt guide sequence, protocols for rapid construction and functional validation of sgRNAs and finally the use of the Cas9 nuclease to mediate both NHEJ- and HDR-based genome modifications in human embryonic kidney (HEK 293FT) and human stem cell (HUES9) lines

image271b8b06c4f3a0fb.png

3. material

4. procedure

5. anticipated results

感謝師兄DZ

最后編輯于
?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請聯(lián)系作者
  • 序言:七十年代末恨搓,一起剝皮案震驚了整個濱河市,隨后出現(xiàn)的幾起案子筏养,更是在濱河造成了極大的恐慌斧抱,老刑警劉巖,帶你破解...
    沈念sama閱讀 206,126評論 6 481
  • 序言:濱河連續(xù)發(fā)生了三起死亡事件渐溶,死亡現(xiàn)場離奇詭異辉浦,居然都是意外死亡,警方通過查閱死者的電腦和手機茎辐,發(fā)現(xiàn)死者居然都...
    沈念sama閱讀 88,254評論 2 382
  • 文/潘曉璐 我一進店門宪郊,熙熙樓的掌柜王于貴愁眉苦臉地迎上來,“玉大人拖陆,你說我怎么就攤上這事弛槐。” “怎么了依啰?”我有些...
    開封第一講書人閱讀 152,445評論 0 341
  • 文/不壞的土叔 我叫張陵乎串,是天一觀的道長。 經(jīng)常有香客問我速警,道長叹誉,這世上最難降的妖魔是什么? 我笑而不...
    開封第一講書人閱讀 55,185評論 1 278
  • 正文 為了忘掉前任闷旧,我火速辦了婚禮长豁,結(jié)果婚禮上,老公的妹妹穿的比我還像新娘鸠匀。我一直安慰自己蕉斜,他們只是感情好,可當(dāng)我...
    茶點故事閱讀 64,178評論 5 371
  • 文/花漫 我一把揭開白布。 她就那樣靜靜地躺著宅此,像睡著了一般机错。 火紅的嫁衣襯著肌膚如雪。 梳的紋絲不亂的頭發(fā)上父腕,一...
    開封第一講書人閱讀 48,970評論 1 284
  • 那天弱匪,我揣著相機與錄音,去河邊找鬼璧亮。 笑死萧诫,一個胖子當(dāng)著我的面吹牛,可吹牛的內(nèi)容都是我干的枝嘶。 我是一名探鬼主播帘饶,決...
    沈念sama閱讀 38,276評論 3 399
  • 文/蒼蘭香墨 我猛地睜開眼,長吁一口氣:“原來是場噩夢啊……” “哼群扶!你這毒婦竟也來了及刻?” 一聲冷哼從身側(cè)響起,我...
    開封第一講書人閱讀 36,927評論 0 259
  • 序言:老撾萬榮一對情侶失蹤竞阐,失蹤者是張志新(化名)和其女友劉穎缴饭,沒想到半個月后,有當(dāng)?shù)厝嗽跇淞掷锇l(fā)現(xiàn)了一具尸體骆莹,經(jīng)...
    沈念sama閱讀 43,400評論 1 300
  • 正文 獨居荒郊野嶺守林人離奇死亡颗搂,尸身上長有42處帶血的膿包…… 初始之章·張勛 以下內(nèi)容為張勛視角 年9月15日...
    茶點故事閱讀 35,883評論 2 323
  • 正文 我和宋清朗相戀三年,在試婚紗的時候發(fā)現(xiàn)自己被綠了幕垦。 大學(xué)時的朋友給我發(fā)了我未婚夫和他白月光在一起吃飯的照片丢氢。...
    茶點故事閱讀 37,997評論 1 333
  • 序言:一個原本活蹦亂跳的男人離奇死亡,死狀恐怖智嚷,靈堂內(nèi)的尸體忽然破棺而出卖丸,到底是詐尸還是另有隱情,我是刑警寧澤盏道,帶...
    沈念sama閱讀 33,646評論 4 322
  • 正文 年R本政府宣布稍浆,位于F島的核電站,受9級特大地震影響猜嘱,放射性物質(zhì)發(fā)生泄漏衅枫。R本人自食惡果不足惜,卻給世界環(huán)境...
    茶點故事閱讀 39,213評論 3 307
  • 文/蒙蒙 一朗伶、第九天 我趴在偏房一處隱蔽的房頂上張望弦撩。 院中可真熱鬧,春花似錦论皆、人聲如沸益楼。這莊子的主人今日做“春日...
    開封第一講書人閱讀 30,204評論 0 19
  • 文/蒼蘭香墨 我抬頭看了看天上的太陽感凤。三九已至悯周,卻和暖如春,著一層夾襖步出監(jiān)牢的瞬間陪竿,已是汗流浹背禽翼。 一陣腳步聲響...
    開封第一講書人閱讀 31,423評論 1 260
  • 我被黑心中介騙來泰國打工, 沒想到剛下飛機就差點兒被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留族跛,地道東北人闰挡。 一個月前我還...
    沈念sama閱讀 45,423評論 2 352
  • 正文 我出身青樓,卻偏偏與公主長得像礁哄,于是被迫代替她去往敵國和親长酗。 傳聞我的和親對象是個殘疾皇子,可洞房花燭夜當(dāng)晚...
    茶點故事閱讀 42,722評論 2 345

推薦閱讀更多精彩內(nèi)容