哈佛医学院着名遗传学家George Church教授是基因编辑技术的鼻祖之一:2年前张锋使用CRISPR技术完成了多重基因组编辑,Church则使用CRISPR技术完成了RNA介导的人类基因组编辑。
自此之后,CRISPR/Cas9技术持续火爆,方便快捷的方式迅速风靡科研界,不论是医学研究,农学研究,微生物研究,都对其投入巨大精力。迄今为止,从PubMed数据库中查询,关于Cas9的文章共有951篇,其中最新的一篇是9月7日的Nature子刊——Nature Methods报道了哈佛大学和麻省理工的研究团队开发了双重功能的CRISPR-Cas9系统,能够同时实现基因组编辑和基因调控。
过去:基因编辑和基因调控需要用到不同的Cas9蛋白
众所周知,Cas9是蛋白RNA复合物,其中的小型引导RNA识别特定DNA序列的能力。不论是基因编辑还是基因调控,CRISPR-Cas9的第一步是相同的:引导RNA通过序列互补原则将Cas9带到基因组特定位点,使其与目的基因结合。不过到目前为止,基因编辑和基因调控需要用到不同的Cas9蛋白。基因编辑依赖Cas9的DNA剪切活性;而基因调控需要抑制其剪切活性,只保留Cas9结合靶标基因的能力。在过去,基因调控所用的Cas9变体通常与调控基因表达的蛋白融合在一起。
双重功能的CRISPR-Cas9系统,可同步实现基因编辑和调控
哈佛大学的George Church教授和麻省理工的Ron Weiss教授共同领衔的研究团队开发了一个新策略,成功用一种Cas9同时完成基因编辑和基因调控两项任务。gRNA又称引导RNA,真核生物中参与RNA编辑的具有与mRNA互补序列的RNA。引导RNA为模板的插入编辑,即RNA编辑所需要的信息或者来自向导RNA,或者来自被编辑的RNA自身。
引导RNA的编辑过程
CRISPR/Cas9的成功与否的关键问题在于gRNA的设计,gRNA和非目标区域过多的非特异性结果,脱靶效率较高,特别是靠近PAM的8-10bp不能和非目的区有高同源性。目前为了提供基因组操作的准确性,对Cas9核酸酶进行了突变,突变后的Cas9n 只能切割DNA双链中的一条链,通过两个gRNA引导Cas9对DNA切割:gRNA-I首先以其5‘端与前体RNA互补配对,从3’向5‘方向插入UMP;gRNA-II继续完成编辑的全过程。该方法可以显着提高基因组编辑的特异性,降低脱靶效率。
选择适合的引导RNA的长度是关键
文章的第一作者之一Alejandro Chavez博士表示:在决定Cas9结合DNA之后是否进行切割过程中,引导RNA的长度起到了关键性作用;过度截短引导RNA使Cas9不能切割其基因组靶点;不过截短引导RNA并不影响Cas9与靶基因的结合。人们可以在此基础上,用Cas9把基因调控蛋白送到特定的基因上,即在此基础上改造的引导RNA和化脓性链球菌的Cas9蛋白,在切割特定基因的同时也可调控其他基因的表达。
双功能CRISPR-Cas9发现的实际应用意义
Church教授表示,以后人类可以根据引导RNA的最适合长度原则,用一种蛋白获得对基因序列和基因表达的直接控制,使得几乎所有DNA都能转变为调控序列,从而进一步操纵细胞。其实际应用意义有2方面:一是揭示重要过程背后的复杂互作(比如癌症耐药性和干细胞分化);二是设计更高级的人工基因回路。
文章的一位共同作者Marcelle Tuttle博士则表示,双功能CRISPR-Cas9可以提升破解致病基因之间的复杂关系的能力;还可以用于工业领域,促进基因工程菌株(E. coli等)大规模生产化合物和燃料,同时保护这些菌株不被其他病原体感染。
Wyss研究所的Donald Ingber博士说认为,此项研究显着提高了CRISPR-Cas9的控制水平,进一步拓展了这一系统的应用范围。
来源:生物探索
为你推荐

阿斯利康最新披露:在中国或面临800万美元新罚款
据相关报道,英国当地时间4月29日,阿斯利康在最新季度的财报会议上透露,就在华涉嫌非法进口药品一事,公司可能可能会在中国面临一项新的罚款。
2025-04-30 15:53

君合盟生物重组A型肉毒毒素临床试验双线突破,覆盖严肃医疗与消费医疗两大领域
用于成人中、重度眉间纹适应症的III期临床试验在组长单位北京大学第一医院正式启动并完成首例入组。针对成人脑卒中后上肢痉挛治疗的II期临床试验由复旦大学附属华山医院牵头并顺...
2025-04-30 12:39

科塞尔医疗完成近亿元B+轮融资,加速血管介入器械全领域平台化布局
本轮融资由国内知名投资机构铁投巨石领投,苏高新金控持续追加投资,园雍投资跟投,资金将用于核心产品研发、全球市场推广及产能扩建。
2025-04-28 16:54

凯西集团2024财年实现双位数营收增长,不断投资研发,聚焦可持续发展
凯西集团(Chiesi Group)是一家以研发为基石的意大利国际制药集团,总部位于意大利帕尔马,业务覆盖全球31个国家和地区。在2024财年,凯西集团圆满收官,取得了强劲的财务业绩...
2025-04-28 11:29

别让肺结节成心结,肺健康清“结”公益行动在人民日报社正式启动
2025年4月27日,《爱肺行动》之别让肺结节成心“结”——肺健康清“结”公益行动,在北京人民日报社正式启动,由广东省钟南山医学基金会、江苏养无极药业有限公司发起,联合京东健康...
2025-04-28 10:26

被忽视的“经期头痛”,专家提醒频繁发作需及时就医
偏头痛是一种常见的慢性神经血管性疾病,不仅有中到重度的头痛症状,还常伴随多种复杂症状比如恶心、呕吐、畏光、畏声等。女性偏头痛的发病率是男性的2~3倍,约20%~25%的女性偏...
2025-04-28 09:42

A股上市公司未名医药的核心子公司,被停产
4月24日晚间,未名医药发布公告称,4月22日,天津市药监局发布公告,对公司控股子公司天津未名生物医药有限公司(以下简称“天津未名”)进行了药品GMP符合性检查。经综合评定、...
2025-04-27 11:34

瑞博生物港交所递表,小核酸药物龙头企业有望登陆资本市场
瑞博生物成立于2007年,专注于RNA干扰(RNAi)技术开发及小核酸药物产业化,是全球最早布局该领域的开拓者之一。
2025-04-27 10:36

Cytiva与中欧创新医药与健康研究中心签署全面合作协议
双方将携手在细胞治疗药物成果转化领域展开全面合作,推动大湾区生物医药产业的蓬勃发展,打造全球生物医药创新高地。
2025-04-25 19:49

精鼎医药任命 Charlotte Moser为公司首席医疗官,负责领导全球医学战略
今日(4月25日),致力于为客户提供I至IV期全方位临床开发服务的跨国合同研究组织(CRO)精鼎医药宣布,公司已任命 Charlotte Moser博士出任首席医疗官。
2025-04-25 15:06

强生宣布锐珂(埃万妥单抗注射液)联合化疗方案在华获批,用于EGFR TKI经治后局部晚期或转移性非小细胞肺癌患者治疗
强生公司今日(4月25日)宣布,旗下创新治疗药物锐珂®(埃万妥单抗注射液)正式获得国家药品监督管理局批准,与卡铂和培美曲塞联合给药,适用于治疗携带表皮生长因子受体(EGFR...
2025-04-25 15:00

《新英格兰医学杂志》发布: 研究证实速福达可将流感病毒家庭传播概率降低32%
罗氏全球今日(4月25日)宣布,速福达®(玛巴洛沙韦)III期临床试验CENTERSTONE研究详细结果在《新英格兰医学杂志》(NEJM)上发布。结果显示研究达到了主要终点:流感感染者单...
2025-04-25 13:34