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Nature Methods:Cas9大有潛力

日期:2013-09-30 09:10:54

提到目前最熱門的基因組編輯工具,非CRISPR/Cas莫屬。今年以來,國內(nèi)外多個研究小組聚焦這一領(lǐng)域,在ScienceNatureCell等雜志上發(fā)表多項重要成果,而生物公司也迅速推出相關(guān)產(chǎn)品。

 

CRISPR/Cas系統(tǒng)經(jīng)過改造,可實現(xiàn)多個哺乳動物系統(tǒng)內(nèi)高效可靠的RNA導(dǎo)向基因組修飾,從而大幅提高了基因組編輯以及基因組調(diào)控的方便程度。在新一期的《Nature Methods》雜志上,哈佛大學(xué)的研究人員發(fā)表文章,詳細介紹了Cas9靶定方法、目前的改造進展,并就未來臨床上的潛在應(yīng)用提出建議。

 

CRISPR/Cas是細菌和古細菌在長期演化過程中形成的一種適應(yīng)性免疫防御,可用來對抗入侵的病毒及外源DNACRISPR/Cas系統(tǒng)通過將入侵噬菌體和質(zhì)粒DNA的片段整合到CRISPR中,并利用相應(yīng)的CRISPR RNAscrRNAs)來指導(dǎo)同源序列的降解,從而提供免疫性。

 

此系統(tǒng)的工作原理是crRNACRISPR-derived RNA)通過堿基配對與tracrRNAtrans-activating RNA)結(jié)合形成tracrRNA/crRNA復(fù)合物,此復(fù)合物引導(dǎo)核酸酶Cas9蛋白在與crRNA配對的序列靶位點剪切雙鏈DNA。而通過人工設(shè)計這兩種RNA,可以改造形成具有引導(dǎo)作用的sgRNAshort guide RNA),足以引導(dǎo)Cas9DNA的定點切割。

 

作者認為,作為一種RNA導(dǎo)向的dsDNA結(jié)合蛋白,Cas9效應(yīng)物核酸酶是目前已知的第一個統(tǒng)一因子(unifying factor),能夠共定位RNADNA和蛋白,從而擁有巨大的改造潛力。將蛋白與無核酸酶的Cas9Cas9 nuclease-null)融合,并表達適當(dāng)?shù)?SPAN lang=EN-US>sgRNA,可靶定任何dsDNA序列,而RNA可連接到sgRNA的末端,不影響Cas9的結(jié)合。因此,Cas9能在任何dsDNA序列處帶來任何融合蛋白及RNA,這為生物體的研究和改造帶來巨大潛力。

 

例如,轉(zhuǎn)錄主要依靠調(diào)控復(fù)合物的組裝及其與染色質(zhì)的相互作用。讓無核酸酶的Cas9靶定某些轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點,也許能阻礙這些因子的招募,從而闡明其在轉(zhuǎn)錄中的作用。因此,作者認為,Cas9將作為一種靈活的工具,應(yīng)用在多個方面,包括轉(zhuǎn)錄激活、轉(zhuǎn)錄抑制、表觀遺傳標記的調(diào)節(jié)、基因組結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)、sgRNA表達和定位的控制、基因組編輯等。

 

作者還展望了Cas9的治療前景。Cas9介導(dǎo)的治療干預(yù)可能有兩條路線。第一是通過基因組編輯來糾正遺傳病,并破壞入侵病毒的基因組。第二則是利用無核酸酶的Cas9融合,以類似于小分子藥物的方式帶來靶向的基因組調(diào)控。當(dāng)然,這還需要跨過多個技術(shù)障礙。

 

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