CRISPR/Cas9系統(tǒng)重大研究進展

2016年08月31日訊 基因組編輯技術CRISPR/Cas9被《科學》雜志列為2013年年度十大科技進展之一，受到人們的高度重視。CRISPR是規(guī)律間隔性成簇短回文重復序列的簡稱，Cas是CRISPR相關蛋白的簡稱。CRISPR/Cas最初是在細菌體內發(fā)現(xiàn)的，是細菌用來識別和摧毀抗噬菌體和其他病原體入侵的防御系統(tǒng)。

史上首次利用CRISPR-Cas9讓人細胞變身為記憶存儲系統(tǒng)

在一項新的研究中，來自美國麻省理工學院（MIT）的研究人員設計出一種方法在人細胞的DNA中記錄復雜的歷史事件，從而允許他們通過對這種DNA進行測序從中找回過去事件的“記憶”。相關研究結果于2016年8月18日在線發(fā)表在Science期刊上，論文標題為“Continuous genetic recording with self-targeting CRISPR-Cas in human cells”。論文通信作者為MIT電學工程與計算機科學副教授和生物工程副教授Timothy Lu。論文第一作者為Samuel Perli博士和研究生Cheryl Cui。

在當前的這項研究中，由MIT開發(fā)出的這種新方法是基于基因組編輯系統(tǒng)CRISPR-Cas9實現(xiàn)的，其中這種系統(tǒng)是由一種DNA切割酶Cas9和一種引導這種酶結合到基因組特定位點上并指導它在這個位點進行切割的短鏈RNA---也被稱作向導RNA（gRNA）---組成的。

CRISPR-Cas9被廣泛地用于基因編輯，但是Lu團隊決定對它進行改編用于記憶儲存。在最初進化出CRISPR-Cas9的細菌中，這種基因組編輯系統(tǒng)記錄過去的病毒感染，這樣細菌細胞就能夠識別和抵抗再次入侵的病毒。

當利用CRISPR-Cas9對基因進行編輯時，研究人員構建出能夠匹配宿主基因組中靶序列的gRNA。為了進行記憶編碼，他們采取一種不同的方法：他們設計出識別編碼這種gRNA的DNA序列的gRNA，從而產(chǎn)生他們稱之為“自我靶向的gRNA（self-targeting guide RNA）”。

在這種自我靶向的gRNA的引導下，Cas9切割編碼這種gRNA的DNA序列，產(chǎn)生一種永久性記錄事件發(fā)生的突變。這種DNA序列一旦發(fā)生突變就會產(chǎn)生新的gRNA來引導Cas9靶向這種新近發(fā)生突變的DNA序列，而且只要Cas9是有活性的或者這種自我靶向的RNA仍然表達，就允許突變進一步發(fā)生和積累。

通過細胞內的感應器檢測特定生物事件發(fā)生來調節(jié)Cas9或自我靶向的gRNA的活性，這種系統(tǒng)就能夠允許累進性突變作為這些生物事件的函數(shù)積累下來，因而提供基因組編碼記憶。

利用CRISPR輔助的納米顯微技術揭示端粒酶探查端粒機制

在一項新的研究中，美國科羅拉多大學博爾德分校生物前沿研究所主任、特聘教授和諾貝爾獎得主Thomas Cech博士利用CRISPR基因編輯技術、活細胞和單分子顯微鏡，首次實時地觀察端粒酶和端粒之間的這種至關重要的相互作用。

Cech與論文共同作者Jens Schmidt和Arthur Zaug觀察到端粒酶在整個細胞核中擴散，和進行碰撞。端粒酶和端粒在細胞核中并不常見，但有時湊巧會看到前者撞擊后者。但是端粒酶附著到端粒的中間位置上時是不會帶來任何好處的。為了保護染色體，端粒酶必需附著到它的最末端。因此如果端粒酶撞擊到端粒的中間位置，那么它很快脫落下來，再次嘗試撞擊。Cech和同事們將這成為“探查（probing）”。僅當這種探查導致端粒酶直接撞擊到端粒的末端時，它才附著到端粒上，并且逗留在那里。

Cech團隊能夠利用CRISPR DNA編輯技術將一種基因插入到制造端粒酶的基因上。這種插入的基因編碼一種附著到端粒酶上的熒光蛋白。他們隨后利用一些人稱作為納米顯微鏡的顯微技術觀察這種熒光蛋白。

Cech指出這種CRISPR輔助的納米顯微鏡（CRISPR-aided nanoscopy）技術將可能被端粒研究領域之外的科學家們使用。他也希望這一發(fā)現(xiàn)將有助于篩選抗端粒酶藥物。

利用非同源性DNA片段將CRISPR-Cas9編輯效率提高高達5倍

CRISPR-Cas9是一種用于在人細胞系中進行基因敲除來發(fā)現(xiàn)它們的基因所發(fā)揮何種功能的流行技術，但是讓基因失去功能的效率存在非常大的差異。

如今，在一項新的研究中，來自美國加州大學伯克利分校的研究人員在大多數(shù)類型的人細胞中，發(fā)現(xiàn)一種方法讓CRISPR-Cas9切割靶基因和讓它們失去功能的效率提高高達5倍，從而能夠更加容易構建和研究基因敲除細胞系以及潛在地作為一種人類療法讓一個發(fā)生突變的基因失去功能。

盡管CRISPR-Cas9能夠加快制造基因敲除細胞系的過程，但是人們有時必需制造和篩選許多這種基因編輯器的變異體以便發(fā)現(xiàn)哪一種發(fā)揮得更好。在這項研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)只需經(jīng)過簡單調整一下就能夠更加有效率地開展這個過程。

關鍵就是與CRISPR-Cas9分子一起被導入人細胞中的短片段DNA不與人基因組中的任何DNA序列相匹配。這些短片段DNA被稱作寡核苷酸，似乎干擾人細胞中的DNA修復機制，從而將比較普通的CRISPR-Cas9的基因編輯效率提高2.5到5倍。

論文通信作者、加州大學伯克利分校創(chuàng)新基因組計劃科技總監(jiān)、分子與細胞生物學兼任助理教授Jacob Corn說，“它表明如果你做了非常簡單的事情---只是將廉價的與人基因組不存在任何同源性的人工合成寡核苷酸導入到細胞中，那么基因編輯效率提高多達5倍?！边@種技術提高所有CRISPR-Cas9的編輯效率，即便是初始時完全不會起作用的那些CRISPR-Cas9。

本文地址:http://www.mcys1996.com/jiankang/301543.html.

聲明： 我們致力于保護作者版權，注重分享，被刊用文章因無法核實真實出處，未能及時與作者取得聯(lián)系，或有版權異議的，請聯(lián)系管理員，我們會立即處理，本站部分文字與圖片資源來自于網(wǎng)絡，轉載是出于傳遞更多信息之目的,若有來源標注錯誤或侵犯了您的合法權益，請立即通知我們(管理員郵箱：douchuanxin@foxmail.com)，情況屬實，我們會第一時間予以刪除，并同時向您表示歉意,謝謝!

上一篇: JACN：西方式飲食或增加個體患阿爾···

下一篇: Cell,Stem,Cell:創(chuàng)造人···