选择待研究的基因类群,根据每个基因设计4-6个最优的sgRNA,合成并构建sgRNA文库。通过包装慢病毒,将不同的sgRNA的Cas9病毒侵染到宿主细胞中。确保每个细胞仅被一个病毒侵染,以便使每个细胞仅会产生一种基因发生改变。
通过不同的处理,比如目标药物的作用,最终使某些基因敲除对应的细胞再细胞总群中的比例发生改变,进而通过高通量测序获得丰度发生改变的基因名称。
1、设计sgRNA文库
文库的大小是影响筛选结果的关键因素之一。全基因组文库包含超过10万个sgRNA,一方面可以识别更多感兴趣的基因,但另一方面也会耗费大量时间和金钱。
2、合成并构建慢病毒载体
CRISPR/Cas9高通量文库筛选方法中,最关键的步骤是构建慢病毒载体。确保每种sgRNA在文库载体中丰度相同,但一般只能保证丰度相近;同时确保sgRNA种类数量不发生改变。
3、慢病毒包装及侵染宿主细胞
将sgRNA文库穿梭载体进行慢病毒包装,并以较低的MOI值侵染目的细胞系,确保每个细胞只进入1个病毒,从而实现不同的sgRNA相对应基因的功能筛选。
4、阳性或阴性筛选
通过文库进行基因研究的差异或独特性就在筛选条件的设计上。一般有药物的阳性或阴性筛选;也有基因调控方向的筛选,会涉及到前期的细胞系改造。
5、高通量测序与生信分析
提取基因组DNA,并对sgRNA的靶向区域进行PCR扩增,通过高通量测序以量化不同sgRNA的相对丰度。根据筛选前后的sgRNA相对丰度变化确定sgRNA是被富集还是丢失,这些丰度变化比较大的即为候选基因。利用生物信息学方法排除掉候选基因中假阳性或假阴性的筛选结果。比如:利用生物信息学工具可通过评估同一基因中多个sgRNA的富集水平,来确定该基因是否是具有较高的研究价值。
6、验证候选基因
用CRISPR/Cas9技术筛选出若干个候选基因后,进一步验证非常必要。进行单个基因敲除,并获得该基因敲除细胞系,在基因组测序和转录水平测序确认该基因已被敲除。在此敲除细胞系的基础上,重复筛选条件的实验,检测实验的可重复性。此后,再进行更进一步相关研究。