Edition of TFAM gene by CRISPR Cas9 engineering in bovine model

O fator de transcrição A mitocondrial (TFAM) é um membro da subfamília HMGB que se liga a promotores do DNA mitocondrial (mtDNA). É um gene importante para a manutenção do mtDNA, pois regula o número de cópias e é essencial para inicialização da replicação e transcrição do mtDNA. Recentemente técnicas de edição gênica vêm sendo utilizada como uma ferramenta bastante eficaz na manipulação genômica. A nova tecnologia chamada de CRISPR/ Cas9 (Regulary interspaced clustered short palindromic repeats) utiliza um RNA guia (gRNA) curto que contém 20 nucleotídeos complementares a sequência de DNA. Quando o RNA guia se liga ao local alvo, a proteína Cas9 é recrutada para se ligar no local alvo e induzir a dupla quebra na cadeia de DNA. Neste contexto, este estudo propôs editar o gene TFAM pela tecnologia CRISPR Cas9, com o objetivo de gerar células Rho zero através do knock-out em fibroblastos bovinos. Os fibroblastos bovinos utilizados neste estudo foram derivados de uma biopsia de pele coletada de animais adultos. A sequência do gene foi obtida a partir do banco de dados GenBank (www.ncbi.nlm.nih.gov) e esta foi inserida no site CRISPR direct (crispr.dbcls.jp) e no site rgenome (rgenome.net) a fim de desenhar o gRNA. O gRNA foi desenhado no exon 1 do gene TFAM bovino. Os fibroblastos foram cultivados e após as células atingirem 80% de confluência, estas foram eletrotransfectadas com Cas9 (Addgene 48668), gRNA, GFP e plasmídeo controle. Foi utilizado o kit Primary Mammalian Fibroblasts (VPI-1002) e a transfecção foi realizada no equipamento AMAXA Nucleofector 2B. Após a transfecção foi realizada a citometria de fluxo para avaliar a taxa de transfecção, e as células pós transfectadas foram plaqueadas em placas de 96 poços, pela técnica de sorting. O sorting separarou uma célula por poço de 96. Após 20 dias em cultura essas células foram tripsinizadas em placas de 6 poços e o DNA genômico foi extraído, utilizando o kit Qiamp DNA microkit-Qiagen. Para avaliar a frequência de mutações, foi realizada a digestão com a enzima T7 endonuclease, e após confirmado mutações, os clones foram enviados para analise de sequenciamento. Observamos uma taxa de transfecção eficiente de 51,3%. Obtivemos 40 clones com DNA extraído para analise, no qual 7 destes possuiam mutações no local de inserção da CRISPR Cas 9. Com isso, concluimos uma heterozigose mostrando que o desenho da CRISPR foi eficiente, gerando uma deleção do gene TFAM.The mitochondrial transcription factor A (TFAM) is a member of HMGB subfamily that binds to promoters of mtDNA. It is a very important gene that maintains mtDNA, regulates the number of copies and is essential for the initiation of transcription mtDNA. Recently, gene edition techniques have been used as a very effective tool in genomic manipulation. The new technology called CRISPR/Cas9 (Regulary interspaced clustered short palindromic repeats) uses a short gRNA containing 20 nucleotides complementary to the DNA sequence. When gRNA binds to the target site, the Cas9 protein is recruited to bind in the chosen location and induce double strands breaks in DNA. In this context, this study proposed to edit the TFAM gene by CRISPR Cas9 technology aiming to generate Rho zero cell through the knock-out in bovine fibroblasts. Bovine fibroblasts used in this study were derived from a skin biopsy collected from an adult. The sequence obtained from the database GenBank (www.ncbi.nlm.nih.gov) was inserted in the CRISPR direct site (crispr.dbcls.jp) and in the rgenome site (rgenome.net) to design the RNA guide. The gRNA was designed in the CRISPR direct site (crispr.dbcls.jp) for the Exon 1 of the gene TFAM bovine and after was performed the CRISPR cloning. The fibroblast were cultured and after reaching 80% of confluence, were electro-transfected with Cas9 (Addgene 48668) and control plasmids using the Nucleofector TM Kit for Primary Mammalian Fibroblasts (VPI-1002) and transfected with Cas 9 (Addgene 48668), GFP and control plasmid. Were used the Primary Mammalian Fibroblasts (VPI-1002) and the transfection was performed on the AMAXA Nucleofector 2B. Post transfected cells were analyzed by flow cytometry to evaluate the rate of transfection. The cells post transfected were further split into 1 cell/well (96- well plates for cell cloning). After days in culture these cells were trypsinized in 6-well plates and the genomic DNA was extracted using the Qiamp DNA microkit- Qiagen. To assess the mutation frequency, T7 endonuclease assay were performed and after confirmed the mutations, the clones were sent for sequencing analysis. We observed that the cells were efficiently transfected since they have a rate of 51,3% transfection. We obtained 40 clones with extracted for analysis, in which 7 of these had mutations at the insertion site of CRISPR/Cas 9. We concluded that until this moment the CRISPR design was efficient and that we obtained a deletion of the TFAM gene