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  • 發布時間:2015-10-12 12:01 原文鏈接: NatureBiotechnology:CRISPR再獲重要改良

      Broad研究所的研究團隊日前開發了一個獨特的CRISPR-Cas9基因控制系統。該系統只需要催化活性的Cas9,就能在同一個細胞中敲除和激活不同基因。這一重要成果發表在十月五日的Nature Biotechnology雜志上,文章的通訊作者是Broad研究所Silvana Konermann,CRISPR技術先驅張鋒(Feng Zhang)博士也參與了這項研究。

      研究人員針對sgRNA進行改造,使其具備14-15bp靶標序列和MS2莖環結構(MS2 binding loops)。研究顯示,這種sgRNA可以指導有催化活性的Cas9激活基因表達,而不造成雙鏈斷裂。

      CRISPR-Cas9是細菌在漫長的進化史中演化出的重要防御機制。這個監控體系能夠根據引導RNA的指示,靶標并降解入侵者的遺傳物質。現在,CRISPR-Cas9已經成為了炙手可熱的基因組編輯工具,幫助世界各地的研究者們解決多種問題。

      科學家們最初是用CRISPR-Cas9特異性的修改基因序列,該系統被認為是基因組工程領域的革命性工具。天然蛋白Cas9就像分子剪刀一樣,能夠精確切割或編輯特定的DNA片段。具有催化活性的sgRNA:Cas9復合體與目標DNA結合之后,會通過RuvC和HNH結構域誘導雙鏈斷裂。

      后來,人們也開始通過CRISPR-Cas9對基因活性進行調控。向Cas9的核酸酶結構域引入突變,可以獲得催化失活的Cas9,實現基因編輯以外的調控功能。舉例來說,將這種dead Cas9(dCas9)與特定蛋白結構域結合,可以抑制或激活相應基因的表達。

      此前,在一個細胞里同時進行基因敲除和轉錄激活,需要使用不同的Cas9蛋白。這項研究建立了最簡化的CRISPR基因控制系統,只需要有催化活性的野生型Cas9,就能夠達到同樣的效果。

      研究人員把sgRNA靶標序列的長度減少到14–15nt,然后給sgRNA添上MS2莖環結構。將這些dead sgRNA(dRNA)與催化活性的Cas9聯合使用,就不會引起雙鏈斷裂,而是激活基因轉錄。

      研究表明,這種CRISPR-Cas9系統的確能夠在黑色素瘤細胞中,同時敲除和上調不同的靶基因。此外,研究人員還分析了dRNA對轉錄激活和indel形成的影響,評估了它們的脫靶效應。

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