CRISPR-Cas13a系统用于肿瘤诊断与治疗的进展

CRISPR-Cas系统是一种目前已知的基因编辑工具,其中以靶向DNA基因组编辑的CRISPR-Cas9系统的研究较为成熟。相较于靶向DNA的基因组编辑技术CRISPR-Cas9系统,近年来靶向RNA的Ⅵ型-CRISPR家族CRISPR-C2c2/Cas13a系统研究日渐增多。CRISPR-Cas13a系统具有特异性识别并结合单链RNA序列从而非特异性切割RNA的特点,可应用于检测肿瘤外周血游离核酸,对早期肿瘤患者进行筛查。同时,Cas13a在进行体内RNA切割的过程中,不涉及编码基因DNA的改变,可直接对基因转录产物mRNA进行编辑,达到基因修饰的目的,并能够同时靶向多基因转录产物从而调控基因的表达。Cas13a系统可应用于分子诊断及RNA编辑中,该系统在肿瘤的诊断与治疗中也被证实具有广阔的发展前景。基于已有的文献资料,文中综述了靶向RNA的CRISPR-Cas13a技术应用于肿瘤诊断与治疗的研究进展,探讨了CRISPR-Cas13a系统对癌症治疗的新思路及存在的局限,并展望了未来可能的研究方向。     

靶向RNA的CRISPR-Cas系统研究进展

CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)-Cas(CRISPR associated proteins)系统是细菌和古细菌抵抗噬菌体、质粒等外源遗传物质的一种适应性免疫系统,该系统利用一种特殊的RNA(CRISPR RNA,crRNA)指导的内切酶来切割与crRNA相互补的外源遗传物质,从而阻碍外源核酸的侵染。根据效应复合物组成形式的不同,CRISPR-Cas系统分为1类(Ⅰ型、Ⅳ型和Ⅲ型)和2类(Ⅱ型、Ⅴ型和Ⅵ型)两大类。目前已发现多个CRISPR-Cas系统具有非常强的特异靶向RNA编辑能力,如Ⅵ型CRISPR-Cas13系统和Ⅲ型CRISPR-Cas7-11系统。随着研究的深入,相关系统在RNA编辑领域应用日渐广泛,使其成为基因编辑的有力工具。本文介绍了靶向RNA的CRISPR-Cas系统的组成、结构、分子机制以及其潜在应用,这为更好地研究该类系统的作用机制奠定基础,也为后期开发为稳定的基因编辑工具提供新的思路。     

新RNA编辑技术CRISPR-Cas13

CRISPR-Cas13系统(clustered regularly interspaced short palindromic repeats associated Cas system,CRISPR-Cas)是一种快速、高效、精准的新型RNA编辑工具,具有易于设计、结构简单、操作方便、特异性强的特点。综述了CRISPR-Cas13在CRISPR分类系统中的地位、CRISPR-Cas13的结构基础以及作用机制、与其他RNA水平调节方法的比较以及目前的应用前景,以期为相关研究提供参考。     

CRISPR-Cas系统的研究进展及应用

CRISPR-Cas系统是一种靶向基因编辑工具,操作简单,逐渐取代人工锌指核酸酶(ZFN)和类转录激活因子效应物核酸酶(TALEN)而成为近年的研究热点。Cas9蛋白能在一段小的RNA引导下特异性结合并切割DNA,在基因组结构和功能学研究中发挥重要作用。后来发现的Cas13等蛋白能特异性结合和编辑RNA,开启了转录组研究的新篇章。我们对CRISPR-Cas系统近年的研究发现做了简要概述,并对该系统作为一种工具在基础研究、生物工程、疾病治疗上的应用进行了总结。     

CRISPR/Cas9介导的基因组编辑技术及其在RNA编辑中的潜在应用

化脓链球菌里的CRISPR-Cas9系统作为基因编辑工具已经得到广泛的应用。现有研究表明这个系统具有作为通用核酸识别技术的潜在价值,即Cas9系统也能靶向识别活细胞中的RNA。将RCas9与不同的蛋白因子融合,可能会实现基因表达调控、控制RNA的定位、改变RNA的组成和使RNA可视化等。在介绍CRISPR-Cas9系统介导的免疫机制的基础上,重点比较了RCas9和先前的RNA研究方法,从转录动力学、再生医学以及合成生物学等方面,综述了其潜在的应用价值,并对该系统在未来生命科学研究的应用进行了展望,以期为CRISPR-Cas9系统在RNA编辑方面的研究提供参考。     

CRISPR-Cas9介导的基因组编辑技术的研究进展

CRISPR-Cas (clustered regularly interspaced short palindromic repeats-CRISPR-associated proteins)系统为细菌与古生菌中抵御外源病毒或质粒DNA入侵的获得性免疫系统。该系统在crRNA的指导下,使核酸酶Cas识别并降解外源DNA。其中,Ⅱ型CRISPR-Cas系统最为简单,仅包括一个核酸酶Cas9与tracrRNA：crRNA二聚体便可完成其生物功能。基于CRISPR-Cas9的基因组编辑技术的核心为将tracrRNA:crRNA设计为引导RNA,在引导RNA的指导下Cas9定位于特定DNA序列上,进行DNA双链切割,实现基因组的定向编辑。CRISPR-Cas9系统以设计操纵简便、编辑高效与通用性广等优势成为新一代基因组编辑技术,为基因组定向改造调控与应用等带来突破性革命。从CRISPR-Cas9介导的基因组编辑技术的发展与应用等方面综述其最新研究进展,并着重介绍该技术的关键影响因素,为相关研究者提供参考。     

CRISPR-Cas9技术在干细胞中的应用

成簇规律间隔短回文重复序列系统(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats,associated RNA guided endonuclease Cas9(CRISPR-Cas9)是细菌或古细菌在长期演化过程中形成的抵御外来遗传物质的一种获得性免疫防御机制,其中II型CRISPR-Cas系统依赖Cas9核酸内切酶靶向剪切外源DNA。Cas9内切酶在向导RNA的指导下靶向性地剪切特定基因位点,已被广泛应用在不同种属的基因编辑研究中。利用CRISPR-Cas9基因编辑系统的优势,结合现有干细胞研究技术,在小鼠、大鼠,甚至灵长类动物的功能基因组研究中,可以大幅提高各种基因修饰动物的获得效率,缩短获得的时间,从而快捷有效地研究基因功能;同时,可以建立包括灵长类疾病模型在内的多种动物疾病模型,促进生物医学的发展,造福人类。     

Advances in CRISPR-Cas systems for RNA targeting,tracking and editing

Clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR)/CRISPR-associated protein (Cas) systems, especially type II (Cas9) systems, have been widely used in gene/genome targeting. Modifications of Cas9 enable these systems to become platforms for precise DNA manipulations. However, the utilization of CRISPR-Cas systems in RNA targeting remains preliminary. The discovery of type VI CRISPR-Cas systems (Cas13) shed light on RNA-guided RNA targeting. Cas13d, the smallest Cas13 protein, with a length of only ~930 amino acids, is a promising platform for RNA targeting compatible with viral delivery systems. Much effort has also been made to develop Cas9, Cas13a and Cas13b applications for RNA-guided RNA targeting. The discovery of new RNA-targeting CRISPR-Cas systems as well as the development of RNA-targeting platforms with Cas9 and Cas13 will promote RNA-targeting technology substantially. Here, we review new advances in RNA-targeting CRISPR-Cas systems as well as advances in applications of these systems in RNA targeting, tracking and editing. We also compare these Cas protein-based technologies with traditional technologies for RNA targeting, tracking and editing. Finally, we discuss remaining questions and prospects for the future.     

Phage Against the Machine: Discovery and Mechanism of Type V Anti-CRISPRs

The discovery of diverse bacterial CRISPR-Cas systems has reignited interest in understanding bacterial defense pathways while yielding exciting new tools for genome editing. CRISPR-Cas systems are widely distributed in prokaryotes, found in 40% of bacteria and 90% of archaea, where they function as adaptive immune systems against bacterial viruses (phage) and other mobile genetic elements. In turn, phage have evolved inhibitors, called anti-CRISPR proteins, to prevent targeting. Type V CRISPR-Cas12 systems have emerged as a particularly exciting arena in this co-evolutionary arms race. Type V anti-CRISPRs have highly diverse and novel mechanisms of action, some of which appear to be unusually potent or widespread. In this review, we discuss the discovery and mechanism of these anti-CRISPRs as well as future areas for exploration.     

不同打靶位点影响人诱导多能干细胞MYO7A杂合突变位点的基因校正中CRISPR/Cas9介导的同源重组效率

应用CRISPR-Cas9系统对人诱导多能干细胞（human induced pluripotent stem cells, hiPSCs）进行基因编辑,为疾病模型的建立、致病机制研究、药物筛选及基因校正治疗疾病提供了更广阔的平台。相对于CRISPR-Cas9介导的基因敲除,应用该系统介导的同源重组实现基因点突变或突变校正效率要低、且难度偏大。为了实现对MYO7A杂合点突变（c.4118C>T）的人iPSCs的点突变校正,本文构建了表达maxGFP的pX330质粒。针对需校正的突变位点,设计5组识别序列并连接到maxGFP-pX330中构建靶向质粒。将5组打靶质粒分别转染HEK 293FT细胞48 h,细胞表达GFP;测序结果显示,MYO7A基因相应位点出现杂峰,表明打靶质粒具有打断活性。将同源模版单链寡核苷酸链（single-stranded DNA oligonucleotides, ssODN）与打靶质粒共同电转入人iPSCs后48 h,经流式分选出(5.8±2.2)%的细胞表达GFP。分选后细胞行单克隆扩增并测序。结果显示,打靶质粒1和ssODN组合对点突变校正未成功;打靶质粒2、3、4、5与ssODN组合均获得了校正后的细胞株。本研究表明,打断位点是影响同源重组校正效率的关键因素。当应用CRISPR/Cas9（或其它核酸酶）介导的同源重组进行基因编辑操作时,可以同时选择多个打靶位点造成基因组不同位置上的双链打断（double-stranded break, DSB）位点,以获得目的单克隆细胞株。本研究为应用CRISPR-Cas9系统对人诱导多能干细胞进行基因编辑提供了有力参考。     

CRISPR-Cas9研究进展及在基因治疗上的应用

CRISPR-Cas9[Clustered regularly interspaced short palindromic repeats（CRISPR）/CRISPR-associated （Cas）9]是近年兴起的一种高特异性和高效的基因编辑新技术,由向导RNA（single guide RNA,sgRNA）和cas9（CRISPR-associated 9）蛋白组成,引起DNA位点特异性双链断裂（double-strand breaks,DSBs）,引发同源重组修复（homology-directed repair,HDR）或非同源末端连接修复（non-homologous end joining,NHEJ）,达到靶基因修饰的作用。CRISPR-Cas9技术自发现以来,因其便于操作、花费较低、高特异性、可同时打靶任意数量基因等优点而被应用。近年研究显示,对于一些遗传性疾病,可通过CRISPR-Cas9精确的基因编辑破坏致病的内源基因、改正引起疾病的突变体或插入新的保护性基因进行治疗,该技术为基因治疗开启了一个新方向。主要从CRISPR-Cas9结构、作用机制及在疾病基因治疗上的应用等方面进行了综述。     

CRISPR-Cas系统及anti-CRISPR蛋白在微生物中的研究进展

CRISPR-Cas (clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISP) and CRISPR associated proteins)系统是细菌用来防御病毒、质粒等外源核酸入侵的一种获得性免疫防御系统。随着研究的深入,CRISPR-Cas系统已发展为一种重要的基因编辑工具,并成功应用于动物、植物和微生物的基因改造中。但该基因编辑方法有时存在基因脱靶效应,从而限制了其推广应用。最近,通过将1种新发现的抗CRISPR蛋白(Anti-CRISPR protein,ACP)与CRISPR-Cas系统相结合,已成功开发出可控制基因脱靶效率的CRISPR-Cas基因编辑工具。本文首先对CRISPR-Cas系统及ACP进行了简要介绍,然后就CRISPR-Cas基因编辑工具及ACP在微生物基因改造的应用现状进行了综述,并对ACP介导的CRISPR-Cas基因编辑方法(ACP-CRISPR-Cas)在微生物基因编辑中的应用前景进行了讨论。