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  • 發布時間:2016-11-10 14:44 原文鏈接: 中國生物工程雜志增設CRISPR專欄

      生物通“核心刊物”欄目創辦于2002年,主旨在于向國內專業人士展示科研核心刊物,以及生命科學領域雜志每期重點內容,為讀者呈現精彩紛呈的國內科研動向,和重大科研進展。目前包括《遺傳》、《中國生物工程雜志》、《科學通報》等重點期刊,也歡迎生物類期刊聯系合作(聯系郵箱:journal@ebiotrade.com)。

      在最新一期的《中國生物工程雜志》上增設了一個新的專欄——CRISPR專欄,并在這一期發布了兩篇關于CRISPR-Cas9系統的綜述文章。

      第一篇題為“CRISPR-Cas9研究進展及在基因治療上的應用”的文章是由西北農林科技大學動物醫學院卿素珠課題組發表。

      基因編輯技術是通過人為操作引起特定基因的插入、缺失或替換等,對基因組進行精確修飾和定向編輯的一種技術。該技術被廣泛應用于研究基因在生物和疾病中的功能作用和分子機制,也可利用此技術進行基因治療。基因編輯技術主要包括三種:(1)CreLoxP[Cyclizationrecombinationprotein/locusofcrossingover(X)inP1],該技術重組效率高,但實驗周期長,操作對象主要為胚胎干細胞,限制了其應用范圍。(2)RNA干擾(RNAinterference,RNAi)技術,實驗周期較短,成本低,但該技術對細胞毒害作用較大,定向編輯效率較低。(3)人工內切核酸酶技術,與前兩種類型相比,人工內切核酸酶技術擺脫了依賴胚胎干細胞的限制,應用更加廣泛,且定向編輯效率較高。

      目前,人工內切核酸酶技術有三類,分別是鋅指核酸酶(zincfingernucleases,ZFNs)、轉錄激活因子樣效應物核酸酶(transcription activatorlike effector nucleases,TALENs)和CRISPRCas[Clusteredregularly interspacedshortpalindromicrepeats(CRISPR)/CRISPRassociated(Cas)]技術。ZFNs和TALENs都是基于特制的DNA結合特異性的蛋白質系統,它們通過束縛核酸內切酶的催化區域,調節DNA結合蛋白,引起特定位點的靶向雙鏈DNA斷鏈,這兩種人工內切核酸酶的識別位點非常有限,操作復雜,成本較高。然而,CRISPR技術通過一小段與靶向DNA堿基互補配對的RNAs及其引導Cas蛋白,引起DNA位點特異性靶向雙鏈DNA斷鏈,產生靶基因修飾。這項技術便于設計,切割效率更高,成本較低,應用范圍廣,且適用多重基因編輯。

      這篇文章主要針對CRISPR技術中的CRISPRCas9系統,著重從CRISPRCas9的結構、作用機制、修復方式及其在基因治療上的應用等方面介紹CRISPRCas9的研究進展。

      第二篇題為“CRISPR-Cas9系統在疾病模型中的應用”的文章是由新鄉醫學院生命科學技術學院和河南省醫用組織再生重點實驗室的研究人員發表。

      在后基因組時代,深入研究基因在發育和疾病中的生物學功能是一個巨大的挑戰。定向誘導突變是一種很好的闡明基因生物學功能的方法。利用同源重組和胚胎干細胞技術將特異改造基因引入動物基因組的基因打靶技術使生物醫學研究發生了重大變化。轉基因動物,特別是基因敲除小鼠,作為人類疾病模型是非常有價值的。隨著基因編輯技術的發展,目前出現了3種新型基因打靶技術:鋅指核酸酶技術(ZFN)、轉錄激活因子樣效應因子核酸酶技術(TALEN)、規律成簇間隔短回文重復序列相關核酸酶技術(CRISPRCas),這3種新型基因編輯技術操作簡便且周期短,基因敲除效率高。其中,CRISPRCas是由RNA引導內切酶的新一代基因工程技術,與ZFN和TALEN相比,其敲除效率更高,可以同時敲除多個基因,并且不需要藥物篩選,應用最為廣泛。

      隨著對CRISPRCas系統的研究,根據Cas蛋白的結構及功能不同,目前已經將CRISPRCas系統分為5種類型,其中Ⅱ型和Ⅴ型CRISPR基因座分別結合Cas9和Cpf1蛋白就能切割核酸鏈,而其他類型則需要結合多個Cas蛋白形成復合體才能發揮其功能。目前,CRISPRCas9系統經人工改造,singleguideRNA(sgRNA)代替了與Cas9結合的transactivatingCRISPRRNA(tracrRNA),通過特異sgRNA序列的引導可以作用于任何靶向序列的不同PAM位點。因而CRISPRCas9技術已經在動植

      物細胞及活體中得到廣泛應用。這篇文章主要對CRISPRCas9系統介導的基因編輯技術及應用進行綜述。

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