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Nature重要成果:CRISPR大規(guī)模基因組研究

日期:2013-07-29 09:18:46

來(lái)自杜克大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)出了一種能快速,方便有效靶向人類(lèi)基因組任何基因的新方法,這種新工具建立在一種來(lái)自細(xì)菌的RNA引導(dǎo)酶的基礎(chǔ)上,即CRISPR-Cas RNA引導(dǎo)性核酸酶(RNA-guided nucleases,RGNs)。

 

這一研究成果公布在725Nature Methods雜志上,研究人員指出這種新方法也能應(yīng)用于基因治療,以及將干細(xì)胞,或成體細(xì)胞重編程為其它類(lèi)型細(xì)胞的研究中,比如利用皮膚細(xì)胞制造新的神經(jīng)細(xì)胞。

 

文章作者,杜克大學(xué)Pratt工程學(xué)院,基因組科學(xué)研究所的Charles Gersbach表示,“對(duì)于基因組序列,我們已經(jīng)了解了序列信息和所有組成部件,但是仍然需要能方便精確地操縱基因組的技術(shù)工具”,“這就是這個(gè)研究新工具的用武之地。”

 

Gersbach研究組一直致力于利用特殊的工程蛋白對(duì)基因組進(jìn)行操控,但是要想獲得理想的結(jié)果并不容易。因?yàn)楹茈y擴(kuò)大想象到基因組中成百,甚至上千的基因的工作機(jī)制。“這就是這種研究為何總是被迫停止的原因,”他說(shuō)。

 

Gersbach和博士后研究員Pablo Perez-Pinera 發(fā)現(xiàn)一種存在于鏈球菌中的Cas9 RNA引導(dǎo)性蛋白,也許能起到幫助。這種細(xì)菌將Cas9作為其適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的一部分,用以抵御病毒感染。這種蛋白能切下病毒DNA中的片段,將其插入到自身基因組中,用以未來(lái)進(jìn)行感染識(shí)別??茖W(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些免疫系統(tǒng)成分在人體細(xì)胞內(nèi)也能起作用。

 

因此Gersbach等人就開(kāi)始利用這種蛋白的天然活性,構(gòu)建基因工程研究。

 

在這篇最新研究中,他們修改了Cas9序列,使其不是切除DNA,而是開(kāi)啟基因。研究人員發(fā)現(xiàn)這種新工具能特異性打開(kāi)人類(lèi)細(xì)胞的特殊基因,由此他們修改了一些興趣靶標(biāo),比如對(duì)抗炎癥的基因,激活構(gòu)建神經(jīng)細(xì)胞,肌細(xì)胞或干細(xì)胞的基因網(wǎng)絡(luò),而且研究人員還證明他們可以誘導(dǎo)能用于減輕鐮刀狀紅細(xì)胞病癥狀的一個(gè)基因。

 

這也就是說(shuō),這種新工具能發(fā)揮作用,能從臨床的角度對(duì)基因進(jìn)行操控。從理論上說(shuō),這種RNA引導(dǎo)性的工具可用于修改或影響基因組中任何位置的任何基因。

 

Gersbach目前希望能與IGSP合作者共同應(yīng)用這種新工具,分析基因組中上千位置基因的功能,比如與組織工程師Farshid Guilak教授合作,將能用于對(duì)抗炎癥,以及自身免疫性疾病,如關(guān)節(jié)炎。

 

“這是一種簡(jiǎn)單,應(yīng)用廣泛的工具,任何人都能輕松操控它,”Gersbach說(shuō)。

 

實(shí)際上,CRISPR-Cas技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)帶給了我們不少驚喜,目前也成為了不少科學(xué)家的寵兒,如近期加州大學(xué)舊金山分校,伯克利分校等處的研究人員指出CRISPR技術(shù)可以用于真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄調(diào)控研究,CRISPRi可以作為真核細(xì)胞基因表達(dá)精確調(diào)控的一種通用工具。

 

實(shí)驗(yàn)證明,研究人員建立的CRISPR系統(tǒng)可以作為一個(gè)模塊化,靈活的DNA結(jié)合平臺(tái),用于針對(duì)靶向DNA序列蛋白召集,這也表明CRISPRi可以作為真核細(xì)胞基因表達(dá)精確調(diào)控的一種通用工具。

 


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