基于CRISPR/Cas9基因编辑技术的EGFP基因定点整合表达

目的:利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,实现EGFP基因在CHO细胞ACTB基因座位置定点整合和表达,建立基于CRISPR/Cas9技术的外源基因定点整合和表达技术。方法:根据CHO细胞β-actin(ACTB)基因起始密码子区基因序列,设计相应CRISPR/Cas9系统,同时构建含有ACTB同源臂和EGFP基因的同源供体载体(donor vector),通过脂质体转染法同时转染CRISPR/Cas9和供体载体,流式分选EGFP阳性细胞,分析基因编辑技术在EGFP基因定点整合和表达方面的可行性。结果:构建了能有效切割CHO细胞ACTB基因的CRISPR/Cas9系统,筛选到EGFP定点整合至ACTB基因座并有效表达的细胞,ACTB基因缺失后由于γ-actin代偿性表达增强,ACTB缺失细胞形态和生长未受影响。结论:单纯依靠基因编辑技术可以实现1 kb以内的基因同源置换,但效率较低,如实现更大片段的外源基因置换,需借助其它实验技术。     

低稳定性绿色荧光蛋白EGFP-PEST的载体构建及表达验证

目的:构建含有蛋白降解基序PEST序列的增强型绿色荧光蛋白(EGFP)融合基因表达载体pQCXIP-EGFPPEST-N1,并检测其对蛋白稳定性的调节。方法:以NFATx6-mPro-EGFP-PEST-YES为模板,PCR扩增EGFP-PEST序列,克隆入逆转录病毒载体pQCXIP-EGFP-N1构建pQCXIP-EGFP-PEST-N1,病毒包装后感染293FT细胞获得稳定细胞系;用蛋白酶体抑制剂MG-132处理细胞,Western印迹检测EGFP的表达变化。结果:构建获得逆转录病毒载体pQCXIP-EGFP-PEST-N1,感染293FT细胞后,与对照组相比,EGFP表达显著降低,并且该降低可被MG-132处理逆转。结论:构建了EGFP-PEST蛋白的表达载体,PEST可以介导EGFP蛋白发生蛋白酶体依赖的降解。为实现基因编辑效果的可视化筛选奠定了基础。     

绿色荧光蛋白标记的D-氨基酸氧化酶基因在人宫颈癌细胞中的表达研究

为了探讨绿色荧光蛋白标记的红色酵母D 氨基酸氧化酶 (DAAO)基因在人宫颈癌细胞 (HeLa细胞 )中的表达及其功能 ,采用基因重组技术构建了含有CMV启动子和EGFP、DAAO基因开放阅读框 (ORF)的真核表达载体 pIRES DAAO。脂质体法转染HeLa细胞 ,荧光显微镜下观察转染细胞中绿色荧光蛋白的表达 ,流式细胞术分析转染效率并筛选荧光阳性细胞 ,命名为HeLa D。以不同浓度的前药D Ala处理HeLa D细胞 ,MTT法检测细胞存活率。结果显示 ,荧光显微镜下可见绿色荧光蛋白在HeLa D细胞中表达 ,流式细胞术成功筛选出HeLa D细胞。前药D Ala能明显杀伤HeLa D细胞。结果表明 ,EGFP可作为报告基因快速筛选DAAO表达载体转染的细胞 ,DAAO/D Ala自杀基因系统可进一步用于肿瘤的基因治疗研究     

一种简便高效的人胚胎干细胞转染方法

目的 :利用Fugene 6基因转染试剂建立一种简便高效的人胚胎干细胞转染方法 ,并建立稳定表达增强型绿色荧光蛋白 (enhancedgreenfluorescentprotein ,EGFP)报告基因的人胚胎干细胞系 ,为人胚胎干细胞研究提供一个非常有用的细胞模型。方法 :通过Fugene 6基因转染试剂成功地将EGFP基因转入无饲养层培养的人胚胎干细胞中 ,嘌呤霉素筛选得到稳定表达EGFP的克隆 ;利用倒置荧光显微镜和流式细胞仪检测EGFP在人胚胎干细胞中的表达情况。结果 :EGFP瞬时转染效率为 30 %～ 40 % ,稳定转染效率约 1/10^4～5,且稳定转染的人胚胎干细胞均表达EGFP。结论 :Fugene 6是一种良好的基因转染试剂 ,它可以有效地将外源基因转入人胚胎干细胞中 ,为人胚胎干细胞的转基因研究提供新的实验手段。     

小鼠囊胚与黑色素瘤细胞共培养模型优化

采用基因转染的方法,将EGFP(增强型绿色荧光蛋白)基因导入B16黑色素瘤细胞中,筛选出稳定表达绿色荧光蛋白的EGFP-B16细胞株,利用RT-PCR法检测细胞中EGFP基因的mRNA表达,流式细胞仪分析荧光细胞阳性率。利用EGFP-B16细胞与C57BL/6小鼠囊胚共培养,在激光共聚焦荧光显微镜下观察,比在普通倒置显微镜下观察B16细胞与C57BL/6小鼠囊胚共培养的模型能更加直观的表达胚胎与肿瘤的相互作用关系。     

家蚕CRISPR/Cpf1基因编辑系统建立

自CRISPR/Cas9基因编辑系统成功应用于模式生物以来,因其快速、高效、便捷等特点,广泛应用于基因功能研究、基因治疗和基因工程等研究领域。与此同时,CRISPR/Cas系统不断在微生物界的发现也加速了新的基因编辑工具的不断涌现。CRISPR/Cpf1是第二类 (Ⅴ型) 能够编辑哺乳动物基因组的CRISPR系统,相比于CRISPR/Cas9基因编辑系统,能够利用5′T-PAM富集区增加基因组覆盖率,具有其切割位点为粘性末端和更不易同源重组修复等诸多优势。基于此,本研究构建了能够在家蚕细胞表达的3个不同来源的CRISPR/Cpf1 (AsCpf1、FnCpf1和LbCpf1) 表达载体,选择高度保守的家蚕热休克蛋白基因BmHSP60和家蚕ATP酶家族BmATAD3A基因分别设计靶标gRNA,构建gHSP60-266R和gATAD3A-346R基因编辑载体。通过T7E1酶切分析和T克隆测序,鉴定3个Cpf1基因编辑系统AsCpf1、FnCpf1和LbCpf1对靶标基因BmHSP60和BmATAD3A的编辑效率。同时,利用Western blotting分析不同基因编辑系统敲除靶基因后对其BmATAD3A和BmHSP60蛋白翻译的影响。本研究成功构建了家蚕CRISPR/Cpf1基因编辑系统,能够在家蚕细胞中有效编辑家蚕基因组,为家蚕基因功能研究、基因工程和遗传育种开发了新技术与新方法。     

CRISPR/Cas9系统敲除TET2基因对HepG2细胞增殖和凋亡的影响

为了进一步探讨TET2蛋白在肝癌的发生发展过程中发挥的生物学功能,本研究使用CRISPR在线设计工具(http://crispr.mit.edu/),针对TET2的外显子设计g RNA,构建靶向TET2基因的CRISPR/Cas9基因敲除质粒,转染HepG2细胞。T7E1酶切检测TET2基因的编辑效率,Western blotting检测TET2蛋白表达水平;MTT法、Annexin V-FITC细胞凋亡检测试剂盒分别检测HepG2细胞的增殖活性及凋亡水平的改变。T7EI酶切分析显示敲除效率为31.4%;TET2基因表达量的降低抑制了HepG2细胞的增殖,促进了细胞的凋亡。CRISPR/Cas9质粒系统能够在细胞水平对TET2基因进行编辑,靶向TET2基因的CRISPR/Cas9质粒系统降低了TET2的表达、抑制HepG2细胞的增殖、促进HepG2细胞的凋亡。本研究表明CRISPR/Cas9技术为研究TET2的功能和作用机制提供了有效工具,为研究TET2蛋白在肝癌的发生发展过程中发挥的生物学功能提供实验依据。     

CRISPR基因组编辑技术在传染病致病机理研究和防诊治中的应用

CRISPR基因组编辑技术在基因操作和传染病研究等方面展现出巨大的应用前景,对于有效控制和治愈传染病具有重要价值。通过其构建的细胞、类器官和动物疾病模型,为探索传染病相关分子机制提供了极大便利。CRISPR筛选技术使得高通量鉴定传染病相关风险因子成为可能。基于CRISPR的新型分子诊断工具为病原体的检测提供了更灵敏和快速的方法。利用CRISPR工具敲入抗性基因或破坏风险基因和病毒基因组,有望实现预防或治疗传染病。本综述讨论了CRISPR基因组编辑技术在疾病模型制备、传染病风险因子筛选、病原体诊断和传染病防治中的应用,以期为后续传染病的研究和防诊治提供参考。     

HCV NS3/4A蛋白酶胞内荧光检测方法的建立

目的:建立丙型肝炎病毒NS3/4A丝氨酸蛋白酶胞内荧光检测方法。方法:利用EGFP分子内合适位点可以插入一定长度外源片段而不影响荧光性能的特性,构建EGFP分子内插入NS3/4A蛋白酶识别序列NS5AB的EGFP-5AB重组分子。将EGFP-5AB与NS3/4A蛋白酶共表达,若短肽链被切断,则EGFP的两个部分解离,荧光消失,从而可以监测HCV NS3/4A蛋白酶的存在。通过将NS5AB插入三种不同位点,寻找最合适的插入位点;将EGFP-5AB转染进入不同宿主细胞,验证其在不同细胞的表达情况并选择最佳宿主细胞。结果:确定EGFP 173-174氨基酸位点是合适的插入位点;确定CHO-K1为理想的荧光检测系统宿主细胞;在构建的细胞模型中,能够检测到EGFP被切割后的条带,但检测不到荧光信号,说明EGFP-5AB蛋白被有效切割,该方法可以检测到NS3/4A丝氨酸蛋白酶的存在。结论:成功构建了一种在哺乳动物细胞中检测NS3/4A蛋白酶切割活性的荧光检测方法。     

一种基于EGFP的、安全的抗HIV药物评价系统

目的：建立基于EGFP的、安全的抗人免疫缺陷病毒（HIV）药物评价系统。方法：用增强型绿色荧光蛋白（EGFP）基因替代HIV感染性克隆质粒pUC18-HIV-NL4-3中的部分包膜基因（env）,构建重组假病毒质粒pUC18-NL4-3-EGFP,将其与水疱性口炎病毒糖蛋白（VSV-G）真核表达载体共转染人胚肾293FT细胞,观察绿色荧光蛋白的表达,同时用该细胞培养上清进一步感染其他293FT细胞培养物。为了检验该假病毒系统能否用于抗病毒药物的评价,在假病毒复制和感染过程中加入不同浓度的抗HIV药物AZT（Zidovudine）,采用荧光显微镜检测和流式细胞仪定量检测,分析AZT对假病毒的抑制作用。结果：假病毒质粒pUC18-NL4-3-EGFP能够在转染细胞和再感染细胞中有效地表达绿色荧光蛋白基因,不同浓度的AZT能以剂量依赖方式抑制假病毒的感染和报告基因的表达。结论：建立了一种基于EGFP表达和检测的、安全的HIV假病毒复制和感染系统,该系统可以用于抗HIV药物的筛选和评价。     

Development of an Efficient Genome Editing Method by CRISPR/Cas9 in a Fish Cell Line

CRISPR/Cas9 system has been used widely in animals and plants to direct mutagenesis. To date, no such method exists for fish somatic cell lines. We describe an efficient procedure for genome editing in the Chinook salmon Oncorhynchus tshawytscha CHSE. This cell line was genetically modified to firstly overexpress a monomeric form of EGFP (cell line CHSE-E Geneticin resistant) and additionally to overexpress nCas9n, a nuclear version of Cas9 (cell line CHSE-EC, Hygromycin and Geneticin resistant). A pre-validated sgRNA was produced in vitro and used to transfect CHSE-EC cells. The EGFP gene was disrupted in 34.6 % of cells, as estimated by FACS and microscopy. The targeted locus was characterised by PCR amplification, cloning and sequencing of PCR products; inactivation of the EGFP gene by deletions in the expected site was validated in 25 % of clones. This method opens perspectives for functional genomic studies compatible with high-throughput screening.     

利用CRISPR/Cas9技术建立敲除JAK2基因K562细胞系

目的:利用CRISPR/Cas9技术对K562细胞系JAK2基因进行编辑,构建JAK2基因敲除的K562细胞系。方法:使用CRISPR在线设计工具,针对JAK2基因设计sgRNA,构建Cas9-sgRNA共表达质粒。使用第二代慢病毒包装系统包装慢病毒并感染K562细胞,提取细胞基因组DNA,Sanger测序和TA克隆检测基因编辑活性。无限稀释法将编辑阳性的细胞接种于96孔板并扩培得到单克隆细胞株,提取基因组DNA,Sanger测序和TA克隆分析敲除JAK2单克隆细胞的基因型。结果:成功构建靶向敲除JAK2基因的lentiCRISPRv2-sgRNA3-1质粒。优化方案得到低细胞毒性高转染效率的感染K562细胞慢病毒量。CRISPR/Cas9系统成功在JAK2基因sgRNA3-1识别位点发挥基因组编辑活性,获得纯合敲除JAK2基因细胞株K562-JAK2~(-/-)(两个等位分别发生移码突变,预期编码没有功能的JAK2蛋白)。结论:CRIAPR/Cas9系统通过慢病毒感染方式获得JAK2基因纯合敲除的K562细胞株,该细胞模型可用于研究在慢性髓系白血病中JAK2基因的作用,为构建K562敲除其他基因细胞系提供实验依据,为探究造血分化机制的研究奠定实验基础。     

CRISPR/Cas及其衍生编辑技术在基因治疗中的应用进展

基因治疗是指利用基因编辑技术对细胞基因进行“修饰”而达到治疗的目的。CRISPR/Cas的出现为基因编辑提供了简单、高效和多功能的平台,同时,为克服DNA双链断裂产生的不良影响,基于CRISPR/Cas的新型技术,如碱基编辑器（base editors,BE）、Prime Editors（PE）和Cas13效应器,被相继开发出来。目前,CRISPR/Cas及其衍生编辑技术已被广泛应用于动物细胞模型构建、药物靶点筛查和基因功能研究等领域,在基因治疗领域也展现出广阔的应用前景。基于此,简要介绍了CRISPR/Cas及其衍生编辑技术,综述了其在单基因遗传病、肿瘤和其他疾病的基因治疗中的应用进展,并分析了其当下面临的挑战,以期为基因编辑在单基因遗传病、肿瘤和其他疾病治疗领域提供理论参考。     

一种拟南芥基因高效编辑体系研究

CRISPR/Cas9基因编辑系统操作简单易行,无需引入外源基因,生物安全性高。但怎样快速筛选获得不含外源转化元件的基因编辑后代是一个关键技术问题。本研究创造性的将拟南芥种皮特异性启动子At2S3与荧光筛选标记基因mCherry组装进植物基因组定点编辑CRISPR载体pHDE中,以拟南芥as1为靶基因,构建一种通过荧光标记筛选、实现转化后代中Cas9 Free的基因高效编辑体系。结果表明,通过同源重组方法构建的带有筛选标记的CRISPR载体与设计相符,外源插入片段正确。挑选转化后种皮上带有红色荧光标记的阳性种子培育得到T₁代植株,经PCR验证,成功获得as1定点敲除的纯合突变植株,纯合子比率达到40%;挑选T₁代纯合突变上不带荧光的种子,培育得到的T₂代植株中,PCR检测不到Cas9片段,实现了编辑后代的Cas9 Free。本研究构建的一种带有可视化筛选标记的基因高效编辑体系,成功实现编辑后代中无外源插入的Cas9等转化元件,生物安全性高,为基因组定点编辑技术在植物遗传资源改良中的高效利用提供了借鉴与参考。     

基因组编辑技术在精准医学中的应用

基因组编辑技术的飞速发展,尤其是近年来CRISPR/Cas9基因组编辑体系的出现,使得研究人员能高效地在细胞系和动物模型中对基因组进行精确编辑。基于基因组编辑技术的各种实验研究平台被相继开发,包括通过在细胞系中引入疾病相关突变位点建立疾病模型,通过高通量筛选寻找导致肿瘤耐药性的突变基因,通过体内原位靶向致病基因并修改突变进行基因治疗等。这些基因组编辑技术研究平台极大推动了精准医学研究领域的发展。本文对基因组编辑技术在精准医学领域的基础研究、转化应用、目前存在的问题以及未来发展的方向进行了讨论。     

CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes

Genome editing tools such as the clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR)-associated system (Cas) have been widely used to modify genes in model systems including animal zygotes and human cells, and hold tremendous promise for both basic research and clinical applications. To date, a serious knowledge gap remains in our understanding of DNA repair mechanisms in human early embryos, and in the efficiency and potential off-target effects of using technologies such as CRISPR/Cas9 in human pre-implantation embryos. In this report, we used tripronuclear (3PN) zygotes to further investigate CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human cells. We found that CRISPR/Cas9 could effectively cleave the endogenous β-globin gene (HBB). However, the efficiency of homologous recombination directed repair (HDR) of HBB was low and the edited embryos were mosaic. Off-target cleavage was also apparent in these 3PN zygotes as revealed by the T7E1 assay and whole-exome sequencing. Furthermore, the endogenous delta-globin gene (HBD), which is homologous to HBB, competed with exogenous donor oligos to act as the repair template, leading to untoward mutations. Our data also indicated that repair of the HBB locus in these embryos occurred preferentially through the non-crossover HDR pathway. Taken together, our work highlights the pressing need to further improve the fidelity and specificity of the CRISPR/Cas9 platform, a prerequisite for any clinical applications of CRSIPR/Cas9-mediated editing.     

小鼠3T3-L1前脂肪细胞系的增强绿色荧光蛋白标记

细胞模型是研究细胞分化原理以及进行高通量筛选的有效工具。为了建立特异性标记的脂肪细胞分化模型,构建了包括脂肪细胞分化特异性表达基因PPARγ2的启动子在内的载体（pPPARγ2-promoter-EGFP）,用电穿孔方法转染小鼠3T3L1 前脂肪细胞,用显微荧光观察和RT-PCR确认PPARγ2基因的内源表达。结果显示,EGFP基因成功转入3T3-L1前脂肪细胞,观察到细胞分化过程中EGFP表达和脂肪积累,RTPCR分析表明EGFP代表了稳定而真实的PPARγ2基因的内源性表达。建立了由脂肪组织特异表达基因PPARγ2的表达控制的EGFP标记的小鼠3T3-L1前脂肪细胞系,目前国内外尚未见用同样方法对前脂肪细胞进行特异性标记。该细胞系将为脂肪细胞分化机理研究以及为抗肥胖症和抗糖尿病药物筛选提供有力工具。     

Targeted mutagenesis in Arabidopsis thaliana using CRISPR-Cas12b/C2c1

Cas12b/C2c1 is a newly identified class 2 CRISPR endonuclease that was recently engineered for targeted genome editing in mammals and rice. To explore the potential applications of the CRISPR‐Cas12b system in the dicot Arabidopsis thaliana, we selected BvCas12b and BhCas12b v4 for analysis. We successfully used both endonucleases to induce mutations, perform multiplex genome editing, and create large deletions at multiple loci. No significant mutations were detected at potential off‐target sites. Analysis of the insertion/deletion frequencies and patterns of mutants generated via targeted gene mutagenesis highlighted the potential utility of CRISPR‐Cas12b systems for genome editing in Arabidopsis.     

An efficient CRISPR/Cas9 platform for targeted genome editing in rose (Rosa hybrida)

The clustered regularly interspaced short palindromic repeats(CRISPR)/CRISPR-related nuclease 9(Cas9) system enables precise, simple editing of genes in many animals and plants.However, this system has not been applied to rose(Rosa hybrida) due to the genomic complexity and lack of an efficient transformation technology for this plant. Here, we established a platform for screening single-guide RNAs(sgRNAs) with high editing efficiency for CRISPR/Cas9-mediated gene editing in rose using suspensio...