CRISPR Single Guide RNA Characterization by IP- RP-LC-MS with a Premier Oligonucleotide BEH 300 Å C18 Column
Aplikace | 2023 | WatersInstrumentace
CRISPR/Cas systémy se staly klíčovým nástrojem v genomickém inženýrství díky vysoké přesnosti editace a možnosti cílené úpravy DNA. Kvalita a účinnost této technologie závisí na přesném složení a integritě jednovláknové vodicí RNA (sgRNA), která řídí lokalizaci a aktivitu endonukleázy Cas9. Pokročilé analytické metody dokáží ověřit identitu, čistotu i modifikace sgRNA, což je zásadní pro minimalizaci nežádoucích off-target efektů v biomedicínských a biotechnologických aplikacích.
Cílem tohoto Application Note bylo ukázat robustní workflow pro charakterizaci syntetické sgRNA metodou iontově-párové reverzní fáze LC spojené s hmotnostní spektrometrií (IP-RP-LC-MS). Studie se zaměřila na dvě úrovně analýzy: intactní hmotnostní stanovení celého sgRNA a detailní oligo-mapování po enzymatické digesti RNázou T1. Klíčovým prvkem je použití kolony ACQUITY Premier Oligonucleotide BEH C18 300 Å pro spolehlivé rozlišení intactního i štěpeného RNA materiálu.
IP-RP-LC-MS intactní sgRNA:
Intactní analýza umožnila rozlišení hlavního špičkového pásu sgRNA od případných short-failure sekvencí a aduktů. Deconvolucí bylo dosaženo experimentální hmotnosti 32 242 Da, což odpovídá očekávaným 32 240 Da. Oligo-mapování RNázou T1 vedlo k identifikaci 15 teoretických fragmentů RNA s >98 % pokrytím sekvence i modifikací. Chromatografické rozlišení diastereomerů fosforotioátově modifikovaných koncových oligonukleotidů prokázalo schopnost metody detekovat i neúplnou thiolaci konců sgRNA.
Metoda může být rozšířena o další enzymové digestní přístupy pro zajištění 100 % pokrytí sekvence. Kombinace s iontovou mobilitou či vyšším rozlišením MS přinese lepší separaci diastereomerů i komplexnější analýzu mRNA vakcín a terapeutických oligonukleotidů. Integrace s bioinformatickými nástroji a strojovým učením zvýší automatizaci vyhodnocení dat a podporu regulovaných postupů QA/QC.
IP-RP-LC-MS s kolonu ACQUITY Premier Oligonucleotide BEH C18 představuje univerzální platformu pro integrovanou analýzu intactních a štěpených sgRNA. Ukázali jsme, že lze rychle ověřit molekulární hmotnost, sekvenci, modifikace i čistotu vodicí RNA používané v CRISPR/Cas9 aplikacích, což zajišťuje vysokou kvalitu genomových editačních reagentů.
Spotřební materiál, HPLC, LC/TOF, LC/HRMS, LC/MS, LC kolony, GPC/SEC
ZaměřeníFarmaceutická analýza
VýrobceWaters
Souhrn
Význam tématu
CRISPR/Cas systémy se staly klíčovým nástrojem v genomickém inženýrství díky vysoké přesnosti editace a možnosti cílené úpravy DNA. Kvalita a účinnost této technologie závisí na přesném složení a integritě jednovláknové vodicí RNA (sgRNA), která řídí lokalizaci a aktivitu endonukleázy Cas9. Pokročilé analytické metody dokáží ověřit identitu, čistotu i modifikace sgRNA, což je zásadní pro minimalizaci nežádoucích off-target efektů v biomedicínských a biotechnologických aplikacích.
Cíle a přehled studie
Cílem tohoto Application Note bylo ukázat robustní workflow pro charakterizaci syntetické sgRNA metodou iontově-párové reverzní fáze LC spojené s hmotnostní spektrometrií (IP-RP-LC-MS). Studie se zaměřila na dvě úrovně analýzy: intactní hmotnostní stanovení celého sgRNA a detailní oligo-mapování po enzymatické digesti RNázou T1. Klíčovým prvkem je použití kolony ACQUITY Premier Oligonucleotide BEH C18 300 Å pro spolehlivé rozlišení intactního i štěpeného RNA materiálu.
Použitá metodika a instrumentace
IP-RP-LC-MS intactní sgRNA:
- LC systém ACQUITY UPLC I-Class FTN s UV detektorem (260/280 nm)
- Kolona Premier Oligonucleotide BEH C18, 300 Å, 1.7 μm, 2.1×100 mm, 70 °C
- Mobilní fáze A: 0.1 % DIPEA/1 % HFIP ve vodě; B: 0.0375 % DIPEA/0.075 % HFIP v 65:35 acetonitril/voda
- Detektor ACQUITY RDa v negativním módu, full scan 400–5000 m/z
- Denaturace RNA v 8 M ureu, digest RNázou T1 (37 °C, 30 min)
- ACQUITY UPLC Premier BSM systém s detekcí UV (260 nm)
- Kolona Premier Oligonucleotide BEH C18, 300 Å, 1.7 μm, 2.1×150 mm, 70 °C
- Vion QTof MS systém v negativním módu, mass range 50–4000 m/z, inteligentní sběr dat
- In silico digestovní kalkulátor (mRNA Cleaver)
- Softwarové moduly waters_connect, UNIFI, CONFIRM Sequence, Intact Mass
Hlavní výsledky a diskuse
Intactní analýza umožnila rozlišení hlavního špičkového pásu sgRNA od případných short-failure sekvencí a aduktů. Deconvolucí bylo dosaženo experimentální hmotnosti 32 242 Da, což odpovídá očekávaným 32 240 Da. Oligo-mapování RNázou T1 vedlo k identifikaci 15 teoretických fragmentů RNA s >98 % pokrytím sekvence i modifikací. Chromatografické rozlišení diastereomerů fosforotioátově modifikovaných koncových oligonukleotidů prokázalo schopnost metody detekovat i neúplnou thiolaci konců sgRNA.
Přínosy a praktické využití metody
- Komplexní kontrola integrity a čistoty syntetické sgRNA
- Přímé stanovení intactní hmotnosti a podrobná sekvenační data bez cDNA redakce
- Rychlé a spolehlivé oligo-mapování bez nutnosti dodatečného čištění vzorku
- Detekce a kvantifikace modifikací (2’-O-methyl, fosforotioát)
Budoucí trendy a možnosti využití
Metoda může být rozšířena o další enzymové digestní přístupy pro zajištění 100 % pokrytí sekvence. Kombinace s iontovou mobilitou či vyšším rozlišením MS přinese lepší separaci diastereomerů i komplexnější analýzu mRNA vakcín a terapeutických oligonukleotidů. Integrace s bioinformatickými nástroji a strojovým učením zvýší automatizaci vyhodnocení dat a podporu regulovaných postupů QA/QC.
Závěr
IP-RP-LC-MS s kolonu ACQUITY Premier Oligonucleotide BEH C18 představuje univerzální platformu pro integrovanou analýzu intactních a štěpených sgRNA. Ukázali jsme, že lze rychle ověřit molekulární hmotnost, sekvenci, modifikace i čistotu vodicí RNA používané v CRISPR/Cas9 aplikacích, což zajišťuje vysokou kvalitu genomových editačních reagentů.
Reference
- Barrangou R. a kol., CRISPR provides acquired resistance against viruses in prokaryotes. Science 2007; 315(5819):1709–12.
- Deltcheva E. a kol., CRISPR RNA maturation by trans-encoded small RNA and host factor RNase III. Nature 2011; 471(7340):602–7.
- Jinek M. a kol., A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. Science 2012; 337(6096):816–21.
- Shao M., Xu T.R., Chen C.S., The Big Bang of Genome editing technology: development and application of the CRISPR/Cas9 system in disease animal models. Dongwuxue Yanjiu 2016; 37(4):191–204.
- Mohr S.E. a kol., CRISPR guide RNA design for research applications. Febs j 2016; 283(17):3232–8.
- Pennisi E., The CRISPR craze. Science 2013; 341(6148):833–6.
- Charpentier E., Elsholz A., Marchfelder A., CRISPR-Cas: more than ten years and still full of mysteries. RNA Biology 2019; 16(4):377–379.
- Gaye M.M. a kol., Synthetic mRNA Oligo-Mapping Using Ion-Pairing Liquid Chromatography and Mass Spectrometry. Waters Appl. Note 720007669, 2022.
- Asmamaw M., Zawdie B., Mechanism and Applications of CRISPR/Cas-9-Mediated Genome Editing. Biologics 2021; 15:353–361.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
RNA Digestion Product Mapping Using an Integrated UPLC-MS and Informatics Workflow
2024|Waters|Aplikace
Application Note RNA Digestion Product Mapping Using an Integrated UPLC-MS and Informatics Workflow Catalin E. Doneanu, Chris Preston, Matt Gorton, Tatiana Johnson, Bala Addepalli, Ying Qing Yu Waters Corporation Abstract LC-MS analysis is an indispensable tool for single-guide RNA (sgRNA)…
Klíčová slova
rna, rnainformatics, informaticsmapping, mappingdigestion, digestionuplc, uplcintegrated, integratedproduct, productworkflow, workflowsgrna, sgrnausing, usingoligo, oligoomea, omeasequence, sequenceoligonucleotide, oligonucleotidemap
Optimizing IP-RP CRISPR sgRNA Purification Passes With High Efficiency Oligonucleotide Certified BEH 300 Å C18 5 μm Preparative Sorbent
2025|Waters|Aplikace
Application Note Optimizing IP-RP CRISPR sgRNA Purification Passes With High Efficiency Oligonucleotide Certified BEH 300 Å C18 5 µm Preparative Sorbent Amy Howie, Mandana Fasth, Chris Boggess, Matthew A. Lauber Oligo Factory, Waters Corporation Abstract CRISPR technology, which utilizes single-guide…
Klíčová slova
sgrna, sgrnapurification, purificationcrispr, crispracquity, acquitytunable, tunablerplc, rplcprivacy, privacygradients, gradientspremier, premierpalindromic, palindromicroom, roominterspaced, interspacedcaption, captionepigenetic, epigeneticdetectors
Oligo Mapping of sgRNA Digests: Leveraging Xevo MRT Mass Spectrometer Performance and Streamlining Data Analysis
2025|Waters|Aplikace
Application Note Oligo Mapping of sgRNA Digests: Leveraging Xevo MRT Mass Spectrometer Performance and Streamlining Data Analysis Catalin Doneanu, Alexandre F Gomes, Tatiana Johnston, Chris Preston, Matt Gorton, Bala Addepalli, Scott Berger, Ying Qing Yu Waters Corporation, Milford, MA, United…
Klíčová slova
sgrna, sgrnamrt, mrtmse, mseanalysis, analysisuag, uagxevo, xevodigestion, digestionoligo, oligodigests, digestsoligonucleotide, oligonucleotideqtof, qtofdigested, digestedaaa, aaareflecting, reflectinguplc
LC-MS Analysis of siRNA, Single Guide RNA and Impurities Using the BioAccord™ System with ACQUITY™ Premier and New Automated INTACT Mass Application
2022|Waters|Aplikace
Application Note LC-MS Analysis of siRNA, Single Guide RNA and Impurities Using the BioAccord™ System with ACQUITY™ Premier and New Automated INTACT Mass Application Catalin E. Doneanu, Patrick Boyce, Henry Shion, Joseph Fredette, Scott J. Berger, Heidi Gastall, Ying Qing…
Klíčová slova
intact, intactautomated, automatednew, newmass, massoligonucleotides, oligonucleotidesapplication, applicationbioaccord, bioaccordpremier, premieroligonucleotide, oligonucleotideaaa, aaaimpurities, impuritiescaa, caasgrna, sgrnaacquity, acquitysirna