
圖9:ESI注入8細胞階段的胚胎。鈍端毛細管

圖10:EMBL轉基因過程中使用的DMi8、Eppendorf TransferMan 4r顯微操作器和PiezoXpert壓電破膜儀。以鈍端毛細管進行胚囊注射。DIC
用于小鼠轉基因的CRISPR/Cas 9技術
用于小鼠轉基因的CRISPR/Cas9技術為靶向突變提供了工具(如ESI),但無需繁雜的ES處理工作!(當然CRISPR也可以用于ES細胞突變)。
轉錄激活子樣效應因子核酸酶(TALEN)技術是一種更為成熟的技術。TALE(轉錄激活子樣效應因子)是結合DNA特定序列的蛋白質。TALE與核酸酶融合即為TALEN,這是一種具有高度特異性的DNA剪刀。TALEN使雙鏈斷裂。修復機制導致靶基因缺失或敲除。
目前,CRISPR技術相對于TALEN技術而言并不昂貴。
另外一種基因組編輯技術是鋅指核酸酶技術,它通過在用戶指定位置上造成DNA雙鏈斷裂而發生作用。
CRIPR/Cas9技術所用的工具如下所示:
向導RNA:這種RNA與用戶修飾的靶DNA同源。向導RNA與DNA上的大約20個核苷酸結合。RNA鏈的其余部分用于結合Cas9核酸內切酶。需要對20個結合的核苷酸進行設計,以找到/發現靶序列。
Cas9核酸內切酶:切割效率高,有時甚至切割兩個等位基因。
將向導RNA和Cas9蛋白(或Cas9的DNA或mRNA)注射到受精卵里,Cas 9切割DNA,修復機制開始起作用。該方法在第一代小鼠體內產生點突變的概率高。更先進的技術是注射攜帶靶基因或突變的同源DNA以及向導RNA/Cas9混合體。經由同源重組插入DNA相當有效。
小鼠轉基因用CRISPR/Cas9的優點/缺點:
優點:
+ Cas 9切割效率非常高,有時甚至切割兩個等位基因,即可獲得同源1代小鼠!
+ 無需繁瑣的ES細胞處理工作
+ CRISPR/Cas9技術不依賴于小鼠(而PNI和ESI則依賴),即它也可用于其他物種 (豬等)。
缺點:
- 迄今已公布的最長插入片段為3kB
- 目前lox P條件性敲除效率低
需要注射高濃度黏性分子(如RNA、蛋白質),會堵塞毛細管。因此需要更粗的毛細管,而且要求平角注射!

Cas9高效率地剪切DNA,DNA的修復機制造成了點突變。

*注射gDNA+Cas9+同源的DNA

圖11:CRISPR/Cas9技術
典型的CRISPR/Cas9系統設置
與PN注射設置相同,以下除外:
將濃度較高的黏性CRISPR成分(RNA、蛋白質)注入受精卵時需要使用較粗的毛細管。這些毛細管結構筆直,內徑較大,大多數實驗室均制作。
因此極力建議沿著真正的平角方向注射(見圖10),以避免胚胎受損。
此外,使用Piezo壓電式破膜系統,可以更輕松地穿過透明帶,尤其是質膜。
顯微操作器水平移動,將目標片段注入懸浮細胞內

圖12:受精卵注射過程的注射角度。顯微操作器水平移動,零度角注射可使胚胎受損程度較輕。注射角度大于10° 將導致受精卵出現較大的“洞”,使其存活率降低。
徠卡顯微操作器的移動角度可調,也就是說,即便角度較陡,注射角度本身也是零度角!
這是徠卡顯微操作器的一大優點:黏性的向導RNA和cas9蛋白混合物所需的較粗毛細管(減少堵塞)可以沿著零度角方向注射!
其他實驗室設備(轉基因實驗室)
-立體顯微鏡是選擇和控制胚囊、ES細胞和毛細管必不可少的工具。(如TL5000、M80、Rottermann contrast)

圖13:M80及TL5000 Ergo。PN注射后的雙細胞階段。
DIC專用玻璃底器皿,一些實驗室使用大號蓋玻片
毛細管:若干公司提供即買即用產品。許多轉基因實驗室自己制作毛細管。
直線注射CRISPR/Cas9需要使用內徑足夠大的毛細管。轉基因專家自己制作“高級”毛細管以達到最高效率。
需要工具:
拉針器(如Sutter、Narishige)
磨具(用于毛細管拉拔后加工)
顯微拉制儀(用于彎曲毛細管)
上述顯微操作器:
徠卡機械式顯微操作器:轉基因領域贊譽頗高的顯微操作器類型。角度可調,即使毛細管角度較陡,也可獲得零度注射角。穩健可靠,負載能力強,持久耐用。用戶眾多。當移動徠卡顯微操作器的控制桿時,可以感覺到毛細管觸及胚胎。
Eppendorf TransferMan4r:全自動顯微操作器,具有許多附加功能。可以平角注射。氣壓式、油壓式、油壓式帶齒輪和Femtojet手動顯微注射器經常用于其他顯微操作器。性能最優,價格最高。
Narishige:新式Takanome顯微操作器無平角操作功能。配備MOM-202D和MON-202D后可以平角操作。油壓式顯微操作器當然首屈一指。注射器:IM 9B、IM 9C、IM-11、IM300。
防震:在很大程度上取決于注射室位于地下室還是高層建筑的十層(不管需要與否)。采用被動(鐵板、沉重石桌、網球等)和主動設置。
參考文獻
One-Step Generation of Mice Carrying Mutations in Multiple Genes by CRISPR/Cas-Mediated Genome Engineering
Haoyi Wang, Hui Yang, Chikdu S. Shivalila, Meelad M. Dawlaty, Albert W. Cheng, Feng Zhang, Rudolf Jaenisch, Cell 153, 910-918, May 9, 2013
-Multiplexed activation of endogenous genes by CRISPR-on, an RNA-guided transcriptional activator system
Albert W Cheng, Haoyi Wang, Hui Yang, Linyu Shi, Yarden Katz, Thorold W Theunissen, Sudharshan Rangarajan, Chikdu S Shivalila, Daniel B Dadon and Rudolf Jaenisch, Cell Research (2013) 23:1163–1171. doi:10.1038/cr.2013.122; published online 27 Aug 2013
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