Targeted gene disruption in rats paves the way for new human disease models.

Isogenic settings are routine in model organisms, yet remain elusive for genetic experiments on human cells. We describe the use of designed zinc finger nucleases (ZFNs) for efficient transgenesis without drug selection into the PPP1R12C gene, a “safe harbor” locus known as AAVS1 . ZFNs enable targeted transgenesis at a frequency of up to 15% following transient transfection of both transformed and primary human cells, including fibroblasts and hES cells. When added to this locus, transgenes such as expression cassettes for shRNAs, small-molecule-responsive cDNA expression cassettes, and reporter constructs, exhibit consistent expression and sustained function over 50 cell generations. By avoiding random integration and drug selection, this method allows bona fide isogenic settings for high-throughput functional genomics, proteomics, and regulatory DNA analysis in essentially any transformed human cell type and in primary cells.

Abstract Homologous recombination-based gene targeting using Mus musculus embryonic stem cells has greatly impacted biomedical research. This study presents a powerful new technology for more efficient and less time-consuming gene targeting in mice using embryonic injection of zinc-finger nucleases (ZFNs), which generate site-specific double strand breaks, leading to insertions or deletions via DNA repair by the nonhomologous end joining pathway. Three individual genes, multidrug resistant 1a (Mdr1a), jagged 1 (Jag1), and notch homolog 3 (Notch3), were targeted in FVB/N and C57BL/6 mice. Injection of ZFNs resulted in a range of specific gene deletions, from several nucleotides to >1000 bp in length, among 20–75% of live births. Modified alleles were efficiently transmitted through the germline, and animals homozygous for targeted modifications were obtained in as little as 4 months. In addition, the technology can be adapted to any genetic background, eliminating the need for generations of backcrossing to achieve congenic animals. We also validated the functional disruption of Mdr1a and demonstrated that the ZFN-mediated modifications lead to true knockouts. We conclude that ZFN technology is an efficient and convenient alternative to conventional gene targeting and will greatly facilitate the rapid creation of mouse models and functional genomics research.

Recessively inherited loss-of-function mutations in the PTEN-induced putative kinase 1(Pink1), DJ-1 (Park7) and Parkin (Park2) genes are linked to familial cases of early-onset Parkinson's disease (PD). As part of its strategy to provide more tools for the research community, The Michael J. Fox Foundation for Parkinson's Research (MJFF) funded the generation of novel rat models with targeted disruption ofPink1, DJ-1 or Parkin genes and determined if the loss of these proteins would result in a progressive PD-like phenotype. Pathological, neurochemical and behavioral outcome measures were collected at 4, 6 and 8 months of age in homozygous KO rats and compared to wild-type (WT) rats. Both Pink1 and DJ-1 KO rats showed progressive nigral neurodegeneration with about 50% dopaminergic cell loss observed at 8 months of age. ThePink1 KO and DJ-1 KO rats also showed a two to three fold increase in striatal dopamine and serotonin content at 8 months of age. Both Pink1 KO and DJ-1 KO rats exhibited significant motor deficits starting at 4 months of age. However, Parkin KO rats displayed normal behaviors with no neurochemical or pathological changes. These results demonstrate that inactivation of the Pink1 or DJ-1 genes in the rat produces progressive neurodegeneration and early behavioral deficits, suggesting that these recessive genes may be essential for the survival of dopaminergic neurons in the substantia nigra (SN). These MJFF-generated novel rat models will assist the research community to elucidate the mechanisms by which these recessive genes produce PD pathology and potentially aid in therapeutic development.

ABSTRACT The global outbreak of coronavirus disease 2019 (COVID-19) has placed an unprecedented burden on healthcare systems as the virus spread from the initial 27 reported cases in the city of Wuhan, China to a global pandemic in under three month[1]. Resources essential to monitoring virus transmission have been challenged with a demand for expanded surveillance. The CDC 2019-nCoV Real-Time Diagnostic Panel uses a real-time reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) consisting of two TaqMan probe and primer sets specific for the 2019-nCoV N gene, which codes for the nucleocapsid structural protein that encapsulates viral RNA, for the qualitative detection of 2019-nCoV viral RNA in respiratory samples. To isolate RNA from respiratory samples, the CDC lists RNA extraction kits from four manufacturers. In anticipation of a limited supply chain of RNA extraction kits and the need for test scalability, we sought to identify alternative RNA extraction methods. Here we show that direct lysis of respiratory samples can be used in place of RNA extraction kits to run the CDC 2019-nCoV Real-Time Diagnostic assay with the additional benefits of higher throughput, lower cost, faster turnaround and possibly higher sensitivity and improved safety.

Abstract Cell lines are indispensable models for modern biomedical research. In the era of CRISPR gene editing, they serve as versatile tools for preclinical studies, allowing patient specific mutations to be modeled or corrected and the resulting phenotypic outcomes studied. A large part of their usefulness derives from the ability of a cell line to proliferate over multiple passages (often indefinitely) allowing multiple experiments to be performed. However, over time, the cell line identity and purity can be compromised by human errors. Both cross contamination from other cell lines and even complete misidentification are possible. Routine cell line authentication is a necessary preventive measure and has become a requirement for many funding applications and publications. Short tandem repeat (STR) profiling is the most common method for cell line authentication and is usually carried out using standard polymerase chain reaction (PCR)-capillary electrophoresis (CE) analysis (STR-CE). Here we evaluated next generation sequencing (NGS)-based STR profiling of human and mouse cell lines at 18 and 15 loci, respectively, in a high-throughput format. Using the program STRight written in Python, we demonstrate that NGS-based analysis (STR-NGS) is superior to standard STR-CE in terms of the ability to report the sequence context of repeat motifs, sensitivity, and flexible multiplexing capability. STR-NGS is a valuable alternative for cell line authentication.

Abstract Oropouche orthobunyavirus (OROV; Peribunyaviridae ) is a mosquito-transmitted virus that causes widespread cases of human febrile illness in South America, with occasional progression to neurologic effects. Host entry factors mediating cellular entry of OROV are undefined. Here, we show that OROV requires the host protein low density lipoprotein-related protein 1 (Lrp1) for cellular infection. Cells from evolutionarily distinct species lacking Lrp1 were less permissive to OROV infection than cells with Lrp1. Treatment of cells with either the high-affinity Lrp1 ligand receptor-associated protein (RAP) or recombinant ectodomain truncations of Lrp1 significantly reduced OROV infection. Thus, Lrp1 is an important host factor required for infection of cells by OROV. Taken together with our results showing that Lrp1 is a newly identified receptor for Rift Valley fever virus (RVFV), Lrp1 may play a broader role in cellular infection by bunyaviruses than previously appreciated.

The matrix metalloproteinase MMP14 is a ubiquitously expressed, membrane-bound, secreted endopeptidase that proteolyzes substrates to regulate development, signaling, and metabolism. However, the spatial and contextual events inciting MMP14 activation and its metabolic sequelae are not fully understood. Here, we introduce an inducible, hepatocyte-specific MMP14-deficient model (MMP14