Nature子刊:先导编辑不再难,陈斯迪团队推出全自动算法设计pegRNA

2020
09/29

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王聪 / Bio生物世界
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针对pegRNA设计难题,2020年9月28日,耶鲁大学陈斯迪教授课题组在 Nature Biomedical Engineering 杂志上发表了题为:A web tool for the design of prime-editing guide RNAs 的研究论文,开发了一种应用于先导编辑(CRISPR-PE)的pegRNA设计的全自动算法系统。

CRISPR基因编辑系统技术为DNA修改和基因治疗提供了一种强大的工具,并且在许多遗传疾病的治疗方面显示出巨大的潜力。然而,CRISPR编辑技术的临床应用仍然存在一些严峻的挑战,其中最大的问题就是CRISPR脱靶问题,如何让其高精度、高效率地修复靶基因是目前研究的焦点之一。

2019年10月21日,单碱基编辑技术开创者,Broad研究所刘如谦(David R. Liu)教授在Nature杂志发表题为:Search-and-replace genome editing without double-strand breaks or donor DNA 的研究论文【1】。

该研究开发了一种全新的精准基因编辑工具——先导编辑(CRISPR Prime Editor,CRISPR-PE),无需依赖DNA模板便可有效实现所有12种单碱基的自由转换,而且还能有效实现多碱基的精准插入与删除(最多插入44个碱基,或删除80个碱基),且脱靶性更低。

Nature 杂志评论这一技术是“超精确的新型基因编辑工具”, Science 杂志评论它是“超越CRISPR”的重大突破,哈佛大学教授,CRISPR先驱乔治·丘奇(George Church)盛赞这一成果:“朝着正确方向迈出的一大步”。

先导编辑(CRISPR-PE)的发明,为解决CRISPR系统面临的问题提供了令人兴奋的新途径。然而,CRISPR-PE编辑系统在应用中面临的一个现实问题是,其靶向载体guide RNAs(即pegRNAs)的设计非常复杂而且耗时。与用于标准CRISPR系统的gRNA相比,CRISPR-PE编辑系统的pegRNA具有多个组件,而且在每个特定的编辑中都需要仔细地定制。

如下图,CRISPR-PE编辑系统,将Cas9酶(蓝色)和逆转录酶(红色)结合成复合物,在gRNA(绿色)的引导下,将该复合物带到DNA双螺旋(黄色和紫色)的特定位置,并保留在该位置插入新DNA序列。

针对pegRNA设计难题,2020年9月28日,耶鲁大学陈斯迪教授课题组在 Nature Biomedical Engineering 杂志上发表了题为:A web tool for the design of prime-editing guide RNAs 的研究论文【2】,开发了一种应用于先导编辑(CRISPR-PE)的pegRNA设计的全自动算法系统

在此工作中,研究生Ryan ChowJennifer ChenJohanna Shen等开发了pegRNA寻找与设计的全自动算法。

此算法可以根据基因组目标位点和想要特定定点编辑的突变自动设计出多个pegRNA并且提供优先级排列。此算法可用于二代(PE2)或三代(PE3)PE精准编辑的pegRNA设计,并且可扩展至多个不同的Cas9 PAM变体。

此外,研究者还以此算法为核心创建了一个可以用于简单、快速设计pegRNA的网站,称为pegFinder

pegFinder可以帮助研究人员更加便捷地设计出CRISPR prime editing编辑系统的pegRNA,进而推动遗传疾病新疗法的开发

pegFinder在线服务器网站为:http://pegfinder.sidichenlab.org/

论文链接:

1、https://www.nature.com/articles/s41586-019-1711-4

2、https://www.nature.com/articles/s41551-020-00622-8

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关键词:
CRISPR基因编辑,先导编辑,基因治疗,pegRNA

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