基因编辑系统再添新成员:超微型、多功能、高效的"迷你"系统

2021
09/14

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柏思荟
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作者:天南星  bioSeedin柏思荟

过去十年,生命科学领域最重要的突破之一便是CRISPR基因编辑,它的诞生为基因编辑领域带来了空前的变革。由于其突破性,该技术还在去年诺贝尔奖中荣获了化学奖。

CRISPR基因编辑通常被类比成“剪刀“,就是它像分子剪刀一样,切割基因片段的特定部分。然而,目前该技术大多用于体外基因编辑疗法的基因改造,许多不同的CRISPR系统在进行眼、肝和脑疾病的体内基因治疗临床测试时,范围仍然有限,因为它们具有同样的缺陷: 尺寸太大,很难输送到细胞、组织或活生物体中。


近日,发表在《Molecular Cell》上,题目为“Engineered Miniature CRISPR-Cas System for Mammalian Genome Regulation and Editing”的一篇论文中,斯坦福大学生物工程助理教授齐磊(Stanley Qi)及其研究团队宣布:他们研制出了一个超微型、多功能、高效的迷你CRISPR系统——“CasMINI”,其能够被开发为多种基因工程工具来实现基因调控与治疗,这是CRISPR向前迈出的重要一步。


超微型、多功能、高效的"迷你"系统CasMINI

目前普遍使用的CRISPR系统——名称为 Cas9和 Cas12a,表示不同形式的 CRISPR 相关蛋白质(Cas)——由大约1000到1500个氨基酸组成,而此次齐教授等人研发的“ CasMINI”含有529个氨基酸(1587 bp),是Cas9长度的40%,尺寸不到Cas9和Cas12a的一半,且功能多样,支持强大的基因组编辑和碱基编辑。

试验中,研究者首先将dCas12f融合转录因子VPR后在哺乳动物细胞中进行基因激活测试,然而却无法检测到活力。这也说明天然进化的Cas12f并不适用于哺乳动物细胞环境。因此,他们选择用生物工程技术对整个系统进行改造。首先对sgRNA进行改造,首次观测到微弱的GFP报告系统激活,约有3 %的报告细胞呈现出绿色荧光蛋白(GFP)信号。这给研究者们带来很大的鼓舞并激励他们进行进一步的系统优化。



CasMINI在基因组工程中的应用概述


随后,研究人员通过多轮改造,发现最优化的dCasMINI-V4-VPR可高效激活内源与疾病相关的基因,包括关联到镰刀性贫血的 HBB和HBG,免疫调控相关的 IFN, 以及HIV进入细胞的受体之一CXCR4。

研究者还将dCasMINI-V4-VPR与dCas12a-VPR 进行了对比,不但RNAseq结果显示两者特异性相当,而且dCasMINI-V4-VPR还展现出更高的激活活性。如果比较一下两者尺寸,dCasMINI-V4-VPR约为3.2 kb,dCas12a-VPR有5.3 kb,dCasMINI为AAV的递送带来了无限可能。

此外研究还表明CasMINI系统可实现单碱基编辑与精准基因编辑。CasMINI切割基因组并经过NHEJ 修复后可带来大片段(长达20 bp)的丢失,与 Cas9 的切割修复产物形态完全不同,或许可带来大片段移除的应用前景。

齐教授表示,“如果人们把CRISPR-Cas9想象成分子剪刀,那么我们创造了一把包含多种功能的瑞士小刀,小巧、微型、高效、便捷。”

参考来源:

1.https://www.fiercebiotech.com/research/stanford-researchers-develop-a-mini-crispr-system-could-be-swiss-knife-gene-editing

2.https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(21)00648-1


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关键词:
基因,系统,CRISPR,CasMINI,进行

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