在細胞上做基因研究的一般的過程就是:利用CRISPR-Cas9先做基因除 (Gene Knockout) ,獲得基因敲除細胞系純合細胞:然后分析相關的生物學表型;最后做為對照還需要將原敲除的基因回補會到原細胞系中,做為對照細胞進行實驗對比。而利用Cas9進行細胞敲除之后,細胞回補實驗室要注意哪些問題? 特別需要考慮的技術原理是那些?如何規劃好實驗流程,下面我們就一步步的進一下細胞其因敲除和回補實驗的效率/價格/周期等。
一、敲除細胞的方式
一般都是純合基因敲除細胞,當然也可以選擇MixClone的方式;純合基因敲除,基本就是目的基因的所有的拷貝都被敲除,沒有任何一個完整的基因拷貝可以起作用;這樣的好處就是背景非常干凈,做敲除最大的優勢也得以體現,缺點就是效率較低,對細胞系要求較高,必須能夠形成單克隆MixClone細胞敲除Cell Pool就是成本低,適合大規模篩選,從整體上看生物學表型的影響;缺點就是要看效果,有很多時候效果遠不如純合基因敲除,背景還在。
MixClone™極大地簡化了基因編輯流程,周期短至四周,價格只有RNA干擾的一半;技術方法和嚴格的工藝流程控制,基因編輯效率可以高達80-95%,可直接用于下游基因功能分析。
MixClone™的技術流程
二、細胞基因敲除的方法選擇
1. 細胞基因敲除策略一-移碼敲除:
優點:設計簡單,單gRNA就可以發揮作用,成本低;
缺點:鑒定麻煩,需要測序,難以保證一個基因有同樣基因型,所以分析麻煩,要保證全都是非3的倍數的移碼才能夠保證基因敲除,所有很多細胞系是用移碼做不到的(基因拷貝數多)。
2. 細胞基因敲除-Cas9X大片段基因敲除:
優點:鑒定簡單,可以通過對敲除片段外部設計primer進行目的片段的擴增,同時所有的基拷貝都基本能夠導入一致的基因缺失,功能分析簡單;
缺點:技術復雜,需要有雙gRNA對目的基因片段進行切割,而且要中間片段刪除的克隆,成本高、效率較低,其次需要非常多的克隆分析才能有結果,需要更多的篩選克隆工作量。
總結:
移碼敲除:是在外顯子上切一下,導致非3的堿基缺失或者改變,從而實現整個外顯子的蛋白序列的改變(但是對細胞有多染色體,多核現象的細胞,就是多個基因拷貝的細胞,這個基本無法去干凈) ; 移碼的gRNA作用在外顯子上!
大片段敲除:就是在內含子設計一對gRNA,將非3整數的外顯子整個片段的刪除,或者是整個基因片段的刪除; (除了技術復雜,貴點,什么細胞系都能用) ; gRNA一般在內含子上切。
三、基因敲除細胞系的構建策略
1. 通過病毒法穩轉Cas9+gRNA獲得基因敲除細胞系的流程: 構建載體+包病毒+轉染+篩選+克隆+PCR【持續表達,周期長,成本高,效率高】。
2. 通過質粒法瞬轉Cas9+gRNA獲得基因敲除細胞系的流程: 構建載體+轉染+克隆+PCR 【階段表達,周期短,成本低,效率低】。
3. 通過Cas9X*穩轉獲得的基因敲除細胞系的流程: 構建載體+轉染+篩選+克隆+PCR【持續表達,周期短,成本低,效率高】。
4. 通過Cas9蛋白+gRNA獲得基因敲除細胞系的流程: 轉染+克隆+PCR【階段作用,周期短,成本高,效率低】。
總結可以分為兩類:持續的表達Cas9+gRNA與階段性表達Cas9+gRNA兩種。
四、基因回補實驗的需要特別注意的問題
1. 一般都是cDNA的回補99%都是用cDNA來做回補,除非有錢的可以使用BAC大片段來做回補的 (可以考慮一下我們的VIRUS-Free技術)。
2. cDNA會不會被gRNA識別切割? 如果是Cas9持續表達的,而且gRNA是作用在外顯子的肯定會!所以要特別注意做回補的時候,移碼突變的必須要做cDNA突變(就是同義突變,將CRISPR識別的PAM序列去掉才行);要不回補的CDNA也會被切割破壞掉,所以我們不推薦做移碼敲除是有原因的,前面省的錢后面再花回去。[注意:之前報道Cas9是可以編輯mRNA的,所以......移碼除技術的問題后面比較復雜,很多人做回補實驗沒有檢測到,這個也是其中原因之一]
Cas9X的所有大片段敲除的切割在內含子上,一般沒有在cDNA上面有識別切割位點,所以回補實驗就簡單很多!
除此之外,Cas9X的核心技術還具備“0"偏差的將Cas9模塊移除,有需要的科學家可以向我們提出,我們可以將Cas9模塊在交付的敲除細胞株里面移除。是不是就更加的放心了?
3. 回補的鑒定問題?
要特別注意移碼突變的過程中,有一定概率出現的WB背景雜帶的問題比較麻煩? 回補之后的序列可能會干擾到回補片段的表達鑒定。
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