1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Цитология
  4. T. 65, № 3, 2023

Цитология, 2023, T. 65, № 3, стр. 295-302

Применение технологии CRISPR/Cas9 в зиготах мышей для получения дупликаций, делеций и инверсий влияет на стабильность кариотипа

Ю. М. Минина 1, *, А. Б. Сорока 2, Т. В. Карамышева 1, Н. А. Сердюкова 3, О. Л. Серов 1

1 Институт цитологии и генетики СО РАН
630090 Новосибирск, Россия

2 Московский физико-технический институт
141701 Долгопрудный, Россия

3 Институт молекулярной и клеточной биологии СО РАН
630090 Новосибирск, Россия

* E-mail: minina_jul@mail.ru

Поступила в редакцию 12.12.2022
После доработки 26.12.2022
Принята к публикации 29.12.2022

Аннотация

В современной молекулярной и клеточной биологии CRISPR/Cas9 технология получила широкое применение для адресной модификации геномов человека и животных. В настоящей работе с помощью методов молекулярной цитогенетики был проведен анализ кариотипа в 18 линиях фибробластов мыши (ФМ), в геноме которых ген Cntn6 был редактирован с помощью CRISPR/Cas9. Модификации гена Cntn6 представляли собой дупликации размером 2374 т.п.о., делеции 1137 т.п.о. и инверсии сходного размера. Кроме того, был проведен цитогенетический анализ для контрольных 5 линий эмбриональных фибробластов мыши (ЭФМ), несущих интактный аллель гена Cntn6. Проведенное исследование показало наличие высокого уровня полиплоидии для гетерозиготных по инверсии гена Cntn6 и гомозиготных и гетерозиготных по дупликации гена Cntn6 линий ФМ (20–46%), а также наличие моносомии (1–9%) и трисомии по хромосоме 6 (1–8%). Важно отметить, что в 4 линиях ЭФМ, несущих делецию и дупликацию гена Cntn6 в компаунде, трисомии обнаружено не было, а доля полиплоидных клеток была минимальна (1.5–5.7%). Таким образом, полученные данные указывают на дестабилизацию кариотипа клеточных линий, претерпевших редактирование генома с помощью CRISPR/Cas9.

Ключевые слова: CRISPR/Cas9, дупликация, делеция, анеуплоидия, трисомия, Cntn6

Список литературы

  1. Bolton H., Graham S.J.L., Niels V.D.A., Kumar P., Theunis K., Gallardo E.F., Voet T., Zernicka-Goetz M. 2016. Mouse model of chromosome mosaicism reveals lineage-specific depletion of aneuploid cells and normal developmental potential. Nat. Commun. V. 7. P. 11165.

  2. Boroviak K., Doe B., Banerjee R., Yang F., Bradley A. 2016. Chromosome engineering in zygotes with CRISPR/Cas9. Genesis. V. 54. P. 78.

  3. Ca L., Fisher A.L., Huang H., Xie Z. 2016. CRISPR-mediated genome editing and human diseases. Genes & Diseases. V. 3. P. 244.

  4. Canver M.C., Bauer D.E., Dass A., Yien Y.Y., Chung J., Masuda T., Maeda T., Paw B.H., Orkin S.H. 2017. Characterization of genomic deletion efficiency mediated by clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/Cas9 nuclease system in mammalian cells. J. Biol. Chem. V. 292. P. 2556.

  5. Cleveland D.W., Mao Y., Sullivan K.F. 2003. Centromeres and kinetochores: from epigenetics to mitotic checkpoint signaling. Cell. V. 112. P. 407.

  6. Cong L., Ran F.A., Cox D., Lin S., Barretto R., Habib N., Hsu P.D., Wu X., Jiang W., Marraffini L.A., Zhang F. 2013. Multiplex genome engineering using CRISPR/Cas systems. Science. V. 339. P. 819.

  7. Cox D.B.T., Platt R.D., Zhang F. 2015. Therapeutic genome editing: prospects and challenges. Nat. Ved. V. 21. P. 121.

  8. Crasta K., Ganem N.J., Dagher R., Lantermann A.B., Ivanova E.V., PanY., Nezi L., Protopopov A., Chowdhury D., Pellman D. 2012. DNA breaks and chromosome pulverization from errors in mitosis. Nature. V. 482. P. 53.

  9. Fujii W., Kawasaki K., Sugiura K., Naito K. 2013. Efficient generation of large-scale genome-modified mice using gRNA and Cas9 endonuclease. Nucleic Acids Res. V. 41: e187.

  10. Goepfert T.M., McCarthy M., Kittrell F.S., Stephens C., Ullrich R.L., Brinkley B.R., Medina D. 2000. Progesterone facilitates chromosome instability (aneuploidy) in p53 null normal mammary epithelial cells. FASEB J. V. 14. P. 2221.

  11. Hara S., Kato T., Goto Y., Kubota S., Tamano M., Terao M., Takada S. 2016. Microinjection-based generation of mutant mice with a double mutation and a 0.5 Mb deletion in their genome by the CRISPR/Cas9 system. J Reprod Dev. V. 62. P. 531.

  12. Hsu P.D., Lander E.S., Zhang F. 2014. Development and applications of CRISPR-Cas9 for genome engineering. Cell. V. 157. P. 1262.

  13. Hsu P.D., Scott D.A., Weinstein J.A., Ran F.A., Konermann S., Agarwala V., Li Y., Fine E.J., Wu X., Shalem O., Cradick T.J., Marraffini L.A., Bao G., Zhang F. 2013. DNA targeting specificity of RNA-guided Cas9 nucleases. Nat Biotechnol. V. 31. P. 827.

  14. Hussain W., Mahmoodb T., Hussain J., Alid N., Shahe T., Qayyumf S., Khang I. 2019. CRISPR/Cas system: A game changing genome editing technology, to treat human genetic diseases. Gene. V. 685. P. 70.

  15. Janssen A., van der Burg M., Szuhai K., Kops G.J., Medema R.H. 2011. Chromosome segregation errors as a cause of DNA damage and structural chromosome aberrations. Science. V. 333. P. 1895.

  16. Kalitsis P., Fowler K.J., Griffiths B., Earle E., Chow C.W., Jamsen K., Choo K.H.A. 2005. Increased chromosome instability but not cancer predisposition in haploinsufficient Bub3 mice. Genes Chromosomes Cancer. V. 44. P. 29.

  17. Korablev A.N., Serova I.A., Serov O.L. 2017. Generation of megabase-scale deletions, inversions and duplications involving the Contactin-6 gene in mice by CRISPR/Cas9 technology. BMC Genet. V. 18. P. 112.

  18. Kosicki M., Tomberg K., Bradley R. 2018. Repair of double-strand breaks induced by CRISPR–Cas9 leads to large deletions and complex rearrangements. Nat. Biotechnol. V. 36. P. 765.

  19. Kraft K., Geuer S., Will A.J., Chan W.L., Paliou C., Borschiwer M., Harabula I., Wittler L., Franke M., Ibrahim D.M., Kragesteen B.K., Spielmann M., Mundlos S., Lupianez D.G., Andrey G. 2015. Deletions, inversions, duplications: engineering of structural variants using CRISPR/Cas in mice. Cell Rep. V. 10. P. 833.

  20. Lin S.R., Yang H.C., Kuo Yi.T., Sung K.C., Lin Y.Y., Wang H.Y., Wang C.C., Shen Y.C., Wu F.Y., Kao J.H., Chen D.S., Chen P.J. 2014. The CRISPR/Cas9 system facilitates clearance of the intrahepatic HBV templates in vivo. Mol. Ther. Nucleic Acids. V. 3: e186.

  21. Liu X., Wu H., Loring J., Hormuzdi S., Disteche C.M., Bornstein P., Jaenisch R. 1997. Trisomy eight in ES cells is a common potential problem in gene targeting and interferes with germ line transmission. Dev. Dyn. V. 209. P. 85.

  22. Mehravar M., Shirazi A., Nazari M., Banan M. 2019. Mosaicism in CRISPR/Cas9-mediated genome editing. Develop. Biology. V. 445. P. 156.

  23. Menzorov A., Pristyazhnyuk I., Kizilova H., Yunusova A., Battulin N., Zhelezova A., Golubitsa A., Serov O.L. 2016. Cytogenetic analysis and Dlk1-Dio3 locus epigenetic status of mouse embryonic stem cells during early passages. Cytotechnology. V. 68. P. 61.

  24. Minina Yu.M., Zhdanova N.S., Shilov A.G., Tolkunova E.N., Liskovykh M.A., Tomilin A.N. 2010. Chromosomal instability of mouse pluripotent cells cultured in vitro. Cell and Tissue Biology. V. 4. P. 223.

  25. Mollanoori H., Shahraki H., Rahmati Y., Teimourian S. 2018. CRISPR/Cas9 and CAR-T cell, collaboration of two revolutionary technologies in cancer immunotherapy, an instruction for successful cancer treatment. Human Immunology. V. 79. P. 876.

  26. Pankowicz F.P., Barzi M., Legras X., Hubert L., Mi T., Tomolonis J.A., Ravishankar M., Sun Q., Yang D., Borowiak M., Sumazin P., Elsea S.H., Bissig-Choisat B., Bissig K.D. 2016. Reprogramming metabolic pathways in vivo with CRISPR/Cas9 genome editing to treat hereditary tyrosinaemia. Nat. Commun. V. 7. P. 1.

  27. Podryadchikova O.L., Pristyazhnyuk I.E., Matveeva N.M., Serov O.L. 2009. FISH analysis of regional replication of homologous chromosomes in hybrid cells obtained by fusion of embryonic stem cells with somatic cells. Tsitologiya. V. 51. P. 500.

  28. Pristyazhnyuk I.E., Minina J., Korablev A., Serova I., Fishman V., Gridina M., Rozhdestvensky T.S., Gubar L., Skryabin B.V., Serov O.L. 2019. Time origin and structural analysis of the induced CRISPR/cas9 megabase-sized deletions and duplications involving the Cntn6 gene in mice. Sci. Rep. V. 9. P. 14 161.

  29. Sakuma T., Masaki K., Abe-Chayama H., Mochida K., Yamamoto T., Chayama K. 2016. Highly multiplexed CRISPR-Cas9-nuclease and Cas9-nickase vectors for inactivation of hepatitis B virus. Genes Cells. V. 21. P. 1253.

  30. Santaguida S., Richardson A., Iyer D.R., M’Saad O., Zasadil L., Knouse K.A., Wong Y.L., Rhind N., Desai A., Amon A. 2017. Chromosome mis-segregation generates cell cycle-arrested cells with complex karyotypes that are eliminated by the immune system. Dev Cell. V. 41. P. 638.

  31. Singla S., Iwamoto-Stohl L.K., Zhu M., Zernicka-Goetz M. 2020. Autophagy-mediated apoptosis eliminates aneuploid cells in a mouse model of chromosome mosaicism. Nat. Commun. V. 11. P. 2958.

  32. Telenius H., Pelmear A.H., Tunnacliffe A., Carter N.P., Behmel A., Ferguson-Smith M.A., Nordenskjold M., Pfragner R., Ponder B.A. 1992. Cytogenetic analysis by chromosome painting using DOP-PCR amplified flow-sorted chromosomes. Genes Chromosomes Cancer. V. 4. P. 226.

  33. Thompson S.L., Compton D.A. 2011. Chromosomes and cancer cells. Chromosome Res. V. 19. P. 433.

  34. Vetchinova A.S., Simonova V.V., Novosadova E.V., Manuilova E.S., Nenasheva V.V., Tarantul V.Z., Grivennikov I.A., Khaspekov L.G., Illarioshkin S.N. 2018. Cytogenetic analysis of the results of genome editing on the cell model of Parkinson’s disease. Bull. Exp. Biol. Med. V. 165. P. 355.

  35. Yang E., O’Brien P.C.M., Ferguson-Smith M.A. 2000. Comparative chromosome map of the laboratory mouse and chinese hamster defined by reciprocal chromosome painting. Chromosome Res. V. 8. P. 219.

  36. Zhang L., Jia R., Palange N.J., Satheka A.C., Togo J., An Y., Humphrey M., Ban L., Ji Y., Jin H., Feng X., Zheng Y. 2015. Large genomic fragment deletions and insertions in mouse using CRISPR/Cas9. PLoS One. V. 10: e0120396.

  37. Zhen S., Lu J.J., Wang L.J., Sun X.M., Zhang J.Q., Li X., Luo W.J., Zhao L. 2016. In vitro and in vivo synergistic therapeutic effect of cisplatin with human papillomavirus16 E6/E7 CRISPR/Cas9 on cervical cancer cell line. Transl. Oncology. V. 9. P. 498.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Цитология

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал