Cas9 蛋白过表达慢病毒包装

一、试剂准备

1、Cas9 过表达慢病毒载体选择。

我们现提供 4 种表达 Cas9 蛋白的慢病毒载体，您可以根据抗生素要求和基因敲除实验设计进行选择。

1）抗生素选择：Puromycin 或 G418

用嘌呤霉素筛选比较快，仅需 4-7 天即筛选出阳性细胞。G418 筛选需要 7-14 天左右。此外不同的细胞对抗生素的敏感度差别很大。最好在开始实验前对细胞进行抗生素敏感度测试，以选择合适的抗生素种类，确定筛选浓度。

2）Cas9 蛋白选择：Cas9 和 Cas9Nicknase

Cas9 蛋白切割 DNA 双链。Cas9Nicknase 是 Cas9 蛋白的 D10A 突变体，切割 DNA 单链。由于 DNA 上的 Nick 缺口会很快被细胞修复，一般不会造成基因突变。Cas9Nicknase 需要成对的 gRNA 辅助才能实现 DNA 双链断裂。

采用 Nicknase 蛋白可以提高基因敲除的特异性，但是对 gRNA 的设计要求较高。敲除效率也比 Cas9 蛋白低一些。

简单地说，Cas9 基因敲除效率更高，操作更容易；Cas9Nicknase 特异性更高。您可以根据实验设计需要进行选择。

2、慢病毒包装载体：Cas9 慢病毒表达载体采用 3 质粒慢病毒系统。您可使用我公司的 pH1、pH2；addgene 载体 psPAX2、pMD2.G 或者 pCMV-dR8.2 dvpr、pCMV-VSVG 均可包装成功。

3、无内毒素质粒提取试剂盒。使用质量可靠的质粒提取试剂盒可以提供更高的转染效率和病毒包装效率。我们采用 Qiagen 的 Plasmid Plus 系列产品可以取得满意的包装效果。

4、转染试剂（可使用我公司转染试剂 Polyfect-V 或您的实验室中现有转染试剂）。

5、病毒包装细胞：我公司的 293V、HEK293 或者 HEK293T 均可使用。需要注意的是包装细胞状态对于病毒产量很重要。细胞聚团、贴壁不牢、生长缓慢等均是细胞老化的表现，这样的 293 细胞是不能使用的。

6、慢病毒纯化试剂盒（可用我们的 PEG 纯化产品，货号 P1201；或者其他公司的商品化试剂盒；推荐用超速离心纯化）。

7、Polybrene 慢病毒感染辅助试剂（6 mg/ml，Sigma）。

8、293V 培养基：DMEM 高糖培养基+10%FBS；病毒培养基：DMEM 高糖培养基+10%FBS，丙酮酸钠 1 mM。

二、简要实验流程

293V 细胞铺板→转染质粒制备→收集病毒上清→纯化病毒

三、实验前准备

质粒准备：Cas9 表达慢病毒载体和包装载体需要用无内毒素质粒提取试剂盒制备。制备方法请按照试剂盒的说明书进行。

包装细胞准备：包装慢病毒可以用 HEK293、HEK293T 或者我公司的 293V 细胞。293 细胞的状态对病毒包装效率影响很大，请选用生长良好，无聚团现象的细胞进行病毒包装。

四、病毒制备步骤

概述：

以下采用我公司的 Polyfect-V 转染试剂（货号 P2010）为例说明慢病毒包装过程。您也可以采用其它品牌转染试剂进行慢病毒包装。转染试剂和质粒用量请参考生产厂家的说明书，也可以通过预实验决定。无论采用哪种转染试剂，3 种载体的相对比例应保持不变。

本例中病毒包装采用 10 cm 培养皿。如需用其它规格细胞培养器皿进行转染和病毒包装，请根据细胞相对生长面积对培养液体积和转染试剂用量进行相应调整。

1、转染前 24 小时，将 293V 细胞以 4-5×106/10 cm 平皿密度接种，加入 10 ml 293V 培养基 37℃，5% CO2 培养。细胞转染前密度应达到 80-90%。

2、漩涡震荡混匀 Polyfect-V 转染试剂。

3、准备 2 个离心管，按以下顺序分别制备质粒和转染试剂稀释液。

离心管 1（质粒 DNA）

离心管 2（转染试剂）

Cas9 慢病毒载体 5 μg

Polyfect-V 转染试剂 20 μl

pH1 载体 3.75 μg

DMEM 无血清培养基 480 μl

pH2 载体 1.25 μg

-

DMEM 无血清培养基 X μl

-

总体积 500μl

总体积 500μl

4、充分混匀。

5、将转染试剂稀释液（离心管 2）加入质粒 DNA 溶液（离心管 1）中，立刻充分混匀。注意加入顺序非常重要。

6、室温孵育转染混合液 15 分钟。

7、将 1 ml 转染混合液逐滴加入步骤 1 准备的细胞培养皿，前后晃动培养皿，充分混匀。

8、37℃ 培养。

9、4-6 小时后，用 10 ml 新鲜的 293V 培养基换液。转染后 24 小时，用 10 ml 病毒培养基换液。

10、转染后 48 小时收集细胞培养上清。

11、病毒上清可以直接用于感染目的细胞或者浓缩纯化后感染目的细胞。推荐通过超速离心纯化、PEG6000 浓缩纯化或者超滤法浓缩后再感染目的细胞。

12、病毒纯化后可以冻存在-80℃ 以备以后使用。

注意：

1、Cas9 蛋白的基因长 4kb，Cas9 表达慢病毒的包装效率和感染力比一般慢病毒低，推荐经过浓缩纯化再用于感染目的细胞。

2、Cas9 基因较大，包装时产生的空壳病毒（即有病毒外壳，但没有组装进目的基因的病毒）比较多。感染细胞时，这些不正确的病毒会竞争细胞表面受体，造成正确病毒感染率下降。密度梯度离心能去除病毒空壳，因此采用密度梯度离心纯化病毒可以显著提高病毒感染效果。

如果没有时间进行超速离心，用 PEG 纯化法或者超滤纯化对提高提高病毒感染效果有一定帮助。

五、 PEG 纯化慢病毒

以我们的 PEG 慢病毒纯化试剂为例进行慢病毒纯化浓缩。您也可以采用超速离心或者超滤法进行病毒浓缩。

所需试剂、耗材和仪器：冷冻离心机（50 ml 或 15 ml 容量）；0.45μm 过滤器（推荐使用 Millipore 低蛋白结合滤膜 PES 或 PVDF）；无菌 PBS 溶液。

操作步骤

1、收集病毒上清液，室温 500 g 离心 10 分钟，去除细胞碎片，将病毒液转移到一个新的离心管中。

2、用 0.45μm 过滤器过滤病毒液。

3、将病毒液转移到新的离心管，保证病毒液体积不超过离心管容积的 2/3。准确计量病毒液体积，每 10 ml 病毒液加入 PEG 慢病毒纯化试剂 4.7 ml。

注意：PEG 慢病毒纯化试剂比较粘稠，需要缓慢吸取，缓慢加入。保持病毒液和纯化试剂体的精确体积比非常重要。

4、反复颠倒混匀，直到病毒液和纯化试剂完全混合。4℃ 沉淀 1.5 小时，每 0.5 小时将混合液反复颠倒混匀 1 次。（可将病毒混合液放置在冰水混合物中，或者 4°冰箱进行沉淀）。

5、沉淀完成后病毒混合液应该变浑浊。4℃，7000 g，10 min 离心病毒混合液。离心后可见白色沉淀。去除上清。

6、将离心管倒置在滤纸上，去除残留液体。用原病毒液体积 1/20 的 PBS 重悬沉淀。分装用-80℃ 冻存。