Cell子刊:干細(xì)胞的iCRISPR平臺
日期:2014-06-24 09:30:57
來自美國斯隆-凱特琳研究所(Sloan-Kettering Institute,SKI)等處的研究人員發(fā)表了題為“An iCRISPR Platform for Rapid, Multiplexable, and Inducible Genome Editing in Human Pluripotent Stem”的文章,創(chuàng)建了一種多能干細(xì)胞基因組編輯平臺:iCRISPR,這一平臺能快速,高效的敲除干細(xì)胞中的基因,而且還能在干細(xì)胞分化過程中,進(jìn)行階段特異性的基因敲除,這將在人類疾病復(fù)雜病理研究中大放異彩。
這一研究成果公布在Cell Stem Cell雜志6月在線版上。
CRISPR也就是Clustered regularly interspaced short palindromic repeats(規(guī)律成簇間隔短回文重復(fù)),這是一類廣泛分布于細(xì)菌和古菌基因組中的重復(fù)結(jié)構(gòu)。研究表明,CRISPR與一系列相關(guān)蛋白、前導(dǎo)序列一起,能為原核生物提供對抗噬菌體等外源基因的獲得性免疫能力。
這種結(jié)構(gòu)的作用機理可能與真核生物的RNA干擾過程類似,此前來自麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)的研究團隊就利用產(chǎn)膿鏈球菌和嗜熱鏈球菌中的CRISPR酶和RNA,在小鼠和人類細(xì)胞的DNA中進(jìn)行了插入,切割,修復(fù),和編輯。
人體多能干細(xì)胞(hPSCs)不僅能被用于臨床的再生研究應(yīng)用中,而且也能作為解析復(fù)雜性狀和特征的獨特平臺,闡明其背后的基因和分子途徑。為了實現(xiàn)這一目的,科學(xué)家們開發(fā)了多種遺傳操控方法,但是這些方法依然存在各種問題,我們需要快速,具有可操控性的生物學(xué)手段。
在這篇文章中,研究人員就利用CRISPR和TALEN,這兩種備受關(guān)注的基因組編輯技術(shù),研發(fā)出了一種人類多能干細(xì)胞基因組編輯平臺。研究人員將這一平臺稱為iCRISPR。
iCRISPR能用于基因功能喪失研究中,快速,高效的敲除人體多能干細(xì)胞中的等位基因,也可以針對一些精確的疾病模型,通過特定的核苷酸變換,進(jìn)行多能干細(xì)胞純合體敲除。
通過進(jìn)一步實驗,研究人員驗證了雙重和三重基因敲除hPSC細(xì)胞系一步法的有效性,同時也證明了在多能干細(xì)胞分化過程中能進(jìn)行階段特異性誘導(dǎo)基因敲除,這對于發(fā)育生物學(xué)研究來說意義重大。
由此研究人員指出,iCRISPR平臺尤其適合用于解析人類疾病研究中的復(fù)雜遺傳相互作用,以及多效性基因功能,這將有助于進(jìn)行人體多能干細(xì)胞高通量遺傳分析。
除了這項研究之外,去年來自加州大學(xué)舊金山分校的研究人員提出了一個相似的名稱:CRISPRi,他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)缺失核酸內(nèi)切酶活性的Cas9與一種導(dǎo)向RNA共表達(dá)時候,會產(chǎn)生一種DNA識別復(fù)合物,這種復(fù)合物能特異性干擾轉(zhuǎn)錄延伸,RNA聚合酶結(jié)合,或轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合。
由此研究人員研發(fā)出了這種CRISPRi系統(tǒng),這一系統(tǒng)能有效抑制大腸桿菌中靶向基因的表達(dá),并且不會出現(xiàn)脫靶效應(yīng)。而且利用CRISPRi,還可以同時抑制多個靶基因,這種作用也是可逆。研究人員還證明,該系統(tǒng)也適用于哺乳動物細(xì)胞中的基因表達(dá)抑制。