靶向叉头框蛋白J2的CRISPR/Cas9基因敲除质粒的构建及其对肝癌细胞转化生长因子β/Smads表达和增殖的影响

目的构建靶向叉头框蛋白J2(FOXJ2)的规律间隔成簇短回文重复序列/相关蛋白9(CRISPR/Cas9)基因敲除质粒,探讨干扰FOXJ2基因后对小鼠肝癌细胞Hepa1-6的信号通路转化生长因子β/Smads家族蛋白(TGF-β/Smads)表达和增殖的影响。方法设计小鼠FOXJ2的小向导RNA(sgRNA)序列,与PX458载体连接并转化感受态大肠埃希菌,挑取单克隆扩增提质粒。利用脂质体将重组质粒PX458-FOXJ2-sgRNAs转染入肝癌细胞Hepa1-6,对照组只转染空载体,48 h后RT-PCR检测对Hepa1-6细胞FOXJ2的抑制作用,同时检测FOXJ2被抑制后TGF-β和Smads的表达情况;MTT法检测干扰FOXJ2后对肝癌细胞增殖能力的影响。结果成功构建3个FOXJ2的CRISPR/Cas9基因敲除质粒PX458-FOXJ2-sgRNAs,其中质粒PX458-FOXJ2-sgRNA2可以有效抑制FOXJ2的表达,同时检测到干扰了FOXJ2的细胞的TGF-β、Smad2和Smad4的表达均高于对照组,差异显著;并且FOXJ2被抑制组肝癌细胞的增殖能力明显提高。结论小鼠肝癌细胞中的FOXJ2基因在一定程度上抑制TGF-β、Smad2和Smad4基因的表达,抑制细胞的增殖,推测在体情况下,肝癌细胞的增殖和TGF-β信号通路的激活与FOXJ2基因的负调控有一定的相关性,FOXJ2可以作为肝癌预防和治疗的靶点分子进行干预。

应用CRISPR/Cas9介导的基因编辑系统研究B细胞中转录因子T-bet的调控作用

目的·通过优化后的CRISPR/Cas9基因编辑系统,研究原代B细胞中转录因子T-bet对抗体类别转换的调控作用。方法·系统性分析GEO公共数据库中体外诱导分化的B细胞转录组测序结果,探索转录因子T-bet对抗体类别转换的调控。构建靶向基因为Tbx21(T-box 21,编码T-bet)的小向导RNA(small guide RNA,sgRNA)反转录病毒表达载体,使用Plat-E细胞系作为病毒包装细胞系获得装有sg-Tbx21质粒的反转录病毒并对其浓缩。使用B细胞受体抗体、抗CD40抗体和Toll样受体激动剂体外协同刺激Cas9转基因小鼠的脾脏B细胞,感染高滴度反转录病毒颗粒实现基因编辑。流式细胞术分选感染细胞,提取基因组DNA进行PCR扩增后对靶向序列进行测序,利用ICE CRISPR分析工具计算基因敲除效率。体外诱导B细胞分化为浆细胞,采用ELISA检测基因编辑后B细胞培养上清液中IgM、IgG2c、IgG3抗体类别的丰度,通过独立样本t检验比较sg-NC组与sg-Tbx21组细胞上清液中抗体水平的差异。结果·①经分析GEO数据库发现,γ干扰素可以诱导B细胞中Tbx21基因的表达,且在T-bet的转录调控下,B细胞展现抗体类别转换相关通路活化的转录组特征。②使用浓缩后的高滴度病毒感染激活的B细胞,可以构建高效的反转录病毒感染原代B细胞体系。③Cas9转基因小鼠原代B细胞转染sg-Tbx21质粒后成功实现Tbx21基因敲除,敲除效率约为59%。④在体外诱导B细胞分化为浆细胞的条件下,sg-Tbx21转染后的B细胞培养上清液中IgG2c水平显著降低(P=0.000),IgM和IgG3的水平无明显的变化。结论·通过浓缩反转录病毒和协同刺激激活原代B细胞的方式可提高sgRNA递送的效率,在Cas9转基因小鼠原代B细胞中敲除Tbx21基因;应用这一系统证明了T-bet敲除后阻碍了IgG2c抗体类别的产生。

利用常间回文重复序列丛集及相关蛋白9系统敲除小鼠肾集合管上皮细胞系的水通道蛋白2基因

目的利用常间回文重复序列丛集(CRISPR)/CRISPR相关蛋白9(Cas9)系统敲除小鼠肾内髓集合管3(m-IMCD3)上皮细胞的水通道蛋白2(Aqp2)基因。方法在小鼠Aqp2基因的第1、4个外显子上各设计两个小向导RNA(sgRNA),分别为sgRNA1-1、sgRNA1-2、sgRNA4-1、sgRNA4-2,并将其成功克隆进常间回文重复序列丛集慢病毒载体2上。将测序正确的质粒转染到m-IMCD3细胞中,提取各单克隆细胞系的基因组DNA,通过聚合酶链反应扩增出sgRNA作用靶点的DNA片段并测序。利用逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)及免疫荧光检测Aqp2的表达。结果成功构建出含有相应sgRNA的载体;4个sgRNA对Aqp2基因的靶点都有切割作用;sgRNA1-1与sgRNA4-2组合能成功把两者间5500bp的DNA片段敲除;应用RT-PCR及免疫荧光证实应用CRISPR/Cas9系统敲除Aqp2后,该m-IMCD3细胞系中的Aqp2mRNA及蛋白几乎未见表达。结论通过CRISPR/Cas9系统可获得Aqp2基因敲除的肾集合管上皮细胞系。

CRISPR/Cas9技术及其在药物研发中的应用

CRISPR/Cas是新近在细菌及古细菌中发现的一种可以降解外源核酸的获得性免疫调节系统,它由成簇规律间隔的短回文重复序列(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)和蛋白质Cas组成,其中Ⅱ型CRISPR/Cas9系统成分最简单,包括:cr RNA(CRISPR RNA)、tracr RNA(trans-activating cr RNA)、Cas9(CRISPR-associated protein),tracr RNA通过RNaseⅢ功能促进cr RNA的成熟,由cr RNA通过碱基配对识别并向导Cas9结合靶标DNA,最后Cas9蛋白通过自身内切核酸酶的活性剪切DNA,达到定点编辑DNA的作用。该技术已被广泛应用于多项科研领域,仿效CRISPR/Cas9作用机理,人工构建融合了tracr RNA和cr RNA序列的一种特殊小向导RNA(small guide RNA,sg RNA)与Cas9的复合体,即能实现定点编辑基因的效果,且操作简捷、高效。文章综述了CRISPR/Cas9技术在药物研发中的应用,如细胞株改造、基因修复、动物模型构建、药物靶点筛选、遗传疾病治疗等。