再也不怕CRISPR/Cas9编辑伤细胞,小分子助你提升细胞存活率和编辑效率!

学术   科学   2024-12-26 07:30   北京  

本文通过ChatGLM/GPT进行辅助对近期Bio-protocol 期刊发表的方案进行解读和概括,若感兴趣请点击“阅读原文”查看详细的实验流程及试材。如果解读中有任何错误或遗漏,敬请指正

CRISPR/Cas9 技术在诱导多能干细胞(iPSCs)时,细胞存活和编辑效率仍然面临诸多挑战。传统编辑过程中的 p53 激活常导致细胞凋亡,会显著降低细胞健康状态,甚至导致细胞死亡,这无疑对基因编辑效率造成了严重制约。然而,通过结合 p53抑制与促存活小分子,编辑效率能显著提升,细胞存活率也得以保障。2024年12月20日,Bio-protocol 期刊在线发表了美国明尼苏达大学双城分校(University of Minnesota,Twin Cities)Shauna H. Yuan团队题为“CRISPR/Cas9-Based Protocol for Precise Genome Editing in Induced Pluripotent Stem Cells”的方法文章。

图1. 文章标题页 https://doi.org/10.21769/BioProtoc.5141
关键词iPSCs CRISPR/Cas9 核转染 编辑效率 同源重组率

iPSCs(iPSCs)诱导多能干细胞(Induced Pluripotent Stem Cells) 的简称。它是通过基因重编程技术,将体细胞(如皮肤或血液细胞)转化为具有胚胎干细胞特性的一种多能细胞

基因编辑技术的快速发展为研究复杂的遗传和疾病机制提供了重要工具。通过在诱导多能干细胞(iPSCs)中进行基因编辑,可以创建同基因系,用于深入探讨特定基因突变与疾病之间的关系。在众多基因编辑技术中,CRISPR-Cas系统因其高精准性、编辑效率及操作简便性而成为主流方法,尤其是Cas9和Cas12a核酸酶广泛应用于动植物和细胞模型中。然而,CRISPR技术在iPSCs中的应用仍面临挑战,尤其是点突变引入和细胞存活率低等问题。传统方法容易引发p53通路激活,导致细胞凋亡,从而降低编辑效率。因此,开发一种高效且适用性强的基因编辑方法至关重要。本研究通过联合使用p53抑制剂和促存活小分子显著提升了同源重组效率,为改进iPSCs基因编辑提供了有效策略


  • 通过同时抑制p53通路和使用促存活小分子,显著提高了细胞存活率,减少了基因编辑过程中因凋亡导致的细胞丢失。

  • 优化后的方法在iPSCs中实现了超过90%的同源重组效率,大幅提升了基因编辑的成功率。

  • 该方法在处理点突变、多基因突变或基因插入等复杂修改方面展现出高效性和适用性。

—————文中代表性图—————

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图2. 实验方案概览(来自Bio-protocol期刊

图3. 电穿孔后24小时带有pmaxGFP的诱导多能干细胞(iPSC)克隆 GFP荧光与明场图像对比(10×放大倍率)(来自Bio-protocol期刊

图4. 生物安全柜内用于克隆挑取的显微镜设备设置示意图(来自Bio-protocol期刊
  • 疾病机制研究
    通过在iPSCs中精准引入特定突变,可用于模拟遗传疾病模型,研究基因突变对细胞功能的影响。
  • 药物筛选与评价
    ‍利用基因编辑后的iPSCs建立疾病相关细胞模型,为新药筛选和治疗效果评估提供平台。
  • 基因功能研究
    通过点突变或基因敲除实验,深入探讨关键基因在细胞发育、分化及疾病中的功能。


个方法的可重复性已经被本文作者美国明尼苏达大学双城分校(University of Minnesota,Twin Cities)Shauna H. Yuan团队验证过,相关实验数据与结果发表在Sci Rep,DOI:10.1038/s41598-024-60766-4

温馨提示:积极引用本文不仅是对作者创新技术和科研共享的最佳肯定,也是确保实验可复现性的重要方式。

Singh, A., Babu, S., Phan, M. and Yuan, S. H. (2024). CRISPR/Cas9-Based Protocol for Precise Genome Editing in Induced Pluripotent Stem Cells. Bio-protocol 14(24): e5141. DOI: 10.21769/BioProtoc.5141.

Singh, A., Smedley, G. D., Rose, J. G., Fredriksen, K., Zhang, Y., Li, L. and Yuan, S. H. (2024). A high efficiency precision genome editing method with CRISPR in iPSCs. Sci Rep. 14(1): 9933.

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