利用CRISPR/Cas9技术构建CTCF蛋白降解细胞系

CTCF是脊椎动物关键的绝缘子蛋白,在细胞生命过程中发挥重要作用,敲除CTCF基因会导致小鼠胚胎死亡。为进一步探讨CTCF的功能,本文利用CRISPR/Cas9介导的同源重组,在内源性CTCF表达框上游敲入一个有丝分裂期降解结构域(Mitosis-special degradation domain, MD),该结构域可以带动CTCF融合蛋白在M期降解。作为对照,将MD结构域的第42位的精氨酸突变为丙氨酸,形成无降解活性的MD^*,可使MD^*-CTCF融合蛋白始终稳定存在。将嘌呤霉素与融合蛋白同时表达,即可利用抗生素筛选,高效地筛选到纯合克隆。利用蛋白印迹技术和免疫荧光检测3种细胞在不同细胞周期的CTCF蛋白变化情况,发现MD-CTCF细胞系CTCF蛋白含量约为野生型细胞的10%,MD^*-CTCF细胞系的CTCF含量与野生型没有显著差别;通过流式细胞术观测降解CTCF对细胞的影响,发现MD-CTCF细胞系G1期明显延长。总之,利用CRISPR/Cas9技术在CTCF表达框上游高效地插入MD,首个CTCF特异性降解的人类细胞系获得成功构建。     

CRISPR/Cas9介导的RPSA基因敲除细胞系的建立及其应用

[目的]利用CRISPR/Cas9技术建立RPSA基因缺失的乳仓鼠肾细胞(baby hamster kidney cells,BHK21)细胞系,为开展RPSA调控病毒复制机制研究提供工具;同时,初步探究RPSA对塞内卡病毒复制的影响.[方法]根据GenBank中仓鼠的RPSA基因序列找到产生不同转录本的共同外显子段,...     

基于CRISPR/Cas9的激活系统研究进展

基因编辑技术自问世以来就一直作为生物技术领域的研究热点。基因编辑工具成簇的规律间隔短回文重复序列及其相关系统(CRISPR/Cas系统)具有特异性、简便性和灵活性等优点,为研究人员提供了丰富的遗传操作工具,也让CRISPR/Cas系统的应用在多种生物中得到了飞速发展。特别是将转录激活因子与失活的Cas蛋白结合,可在RNA转录水平实现基因表达特异性调控,为生物技术在医学研究及农业领域的发展做出了重要的贡献。外源基因的过表达是验证基因功能和基因调控的常用方法,然而由于载体容量的限制难以实现多基因过表达。基于CRISPR/Cas9激活系统可在不同向导RNA的引导下对多个基因进行调控,实现调控水平验证基因功能。本文通过对CRISPR/Cas9激活系统组成及不同激活策略进行总结,整理针对过度激活的解决方案,为CRISPR/Cas9激活系统应用于棉花遗传改良及除草剂抗性研究提供更多参考。     

基于CRISPR/Cas9系统高通量筛选研究功能基因

利用功能缺失型(Loss-of-function)或者功能获得型(Gain-of-function) 策略高通量筛选功能基因,是研究人员快速寻找调控特定表型的重要或关键基因的主要方法。RNA干扰(RNA interference,RNAi)的遗传筛选方法因操作简单、成本相对较低等优势,尽管已经得到了广泛的应用,然而其抑制效果不完全、脱靶效应明显等劣势依然存在。近年来兴起的CRISPR/Cas9 (Clustered regularly interspaced short palindromic repeat sequences/ CRISPR-associated protein 9)技术能快速、简便、准确地实现基因组敲除等编辑功能,因而成为一种强大的遗传筛选工具;在各种细胞系、人和小鼠及斑马鱼等多种模式动物中,大规模运用该方法筛选功能基因已经取得了巨大成功。本文总结了CRISPR/Cas9技术的特点,将其与传统基因工程方法进行了分析比较,回顾了近期相关的高通量功能基因筛选工作,最后探讨了该技术未来的发展趋势。     

基于CRISPR/Cas9技术的HaCaT的TLR4基因定向敲除及其功能初步研究

[目的]构建敲除Toll Like Receptor 4(TLR4)基因的Ha Ca T细胞株,为后续利用该细胞株进行过敏原性研究提供材料。[方法]利用CRISPR/Cas9系统,根据靶向原理设计并合成4条特异性识别TLR4基因的向导RNA(single-molecule guide RNAs,sgRNAs),构建p X459-sgRNAh TLR4重组质粒,并转入Ha Ca T中,用嘌呤霉素筛选出单克隆阳性细胞。测序确认突变位点,然后利用脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)刺激对TLR4进行功能验证来进一步确认敲除效果。[结果]测序结果表明#26单克隆细胞株在靶点附近缺失1 bp,造成TLR4编码基因的移码突变,蛋白翻译提前终止。功能性验证结果表明,在LPS的刺激下,IL-8和CCL20的mRNA水平分别下降约85%和90%,且IL-8的蛋白分泌水平也显著性下调(87%)。[结论]成功构建了敲除TLR4的稳定细胞株,并且验证TLR4的功能缺损。     

利用CRISPR/Cas9系统构建稳定敲除TrxR1基因的HCT-116细胞株北大核心CSCD

为更好地研究靶向硫氧还蛋白还原酶1的小分子化合物的细胞内靶点选择性,利用CRISPR/Cas9系统构建稳定敲除TrxR1基因(编码硫氧还蛋白还原酶1)的HCT-116细胞株。首先根据TrxR1基因序列和CRISPR/Cas9靶点设计原则,设计并选择合适的敲除位点,再根据敲除位点序列设计敲除TrxR1基因的sgRNA干扰序列,以pCasCMV-Puro-U6空质粒载体为骨架构建能表达该sgRNA干扰序列的重组质粒。质粒共转染至HCT-116细胞后,利用嘌呤霉素筛选TrxR1敲除的HCT-116细胞,通过DNA测序、免疫蛋白印迹、TRFS-green荧光探针和细胞内TrxR1酶活力检测等方法鉴定和验证HCT-116细胞的TrxR1基因敲除效果。进一步通过CCK-8实验初步研究靶向TrxR1小分子化合物对细胞内TrxR1酶活力和细胞增殖力抑制的相关性。结果显示,表达sgRNA干扰序列的重组质粒可以敲除HCT-116细胞中TrxR1基因,筛选获得的稳定敲除细胞HCT116-TrxR1-KO中无TrxR1蛋白表达,而靶向TrxR1小分子抑制剂对该细胞无TrxR1酶活力和细胞增殖力抑制效果。本研究利用CRISPR/Cas9系统成功构建了HCT-116的TrxR1基因敲除的稳定细胞株,为进一步研究TrxR1在相关疾病的发生机制和治疗中的作用奠定了基础。     

CRISPR/Cas9与心血管疾病

CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)/Cas9(CRISPR-associated proteins)作为一种新型基因组编辑技术,为解释疾病的发生机制和治疗疾病提供了新方法。来自Ⅱ型原核CRISPR系统的CRISPR/Cas9能够通过单链向导RNA(single guide RNA, sgRNA)将Cas9核酸酶靶定到特定的基因组序列发挥作用。已经被成功用来进行基因编辑构建疾病模型,以进行相关领域的功能研究和疾病的治疗。CRISPR/Cas9技术正在迅速的应用于生物医学研究的各个领域,包括心血管领域,它促进了人们对电生理、心肌病、心律失常以及其他心血管疾病的更多了解,已经创建了靶向很多基因的细胞和动物模型,为新一类疗法打开了大门。本综述介绍了CRISPR/Cas9的作用原理、优点和局限性,以及在心血管疾病中的应用进展。     

CRISPR/Cas9系统在昆虫中的应用

CRISPR/Cas9(clustered regularly interspaced short palindromic repeat/CRISPR-associated nuclease 9)技术是一种RNA引导的基因组靶向编辑技术,能对基因组序列进行精确编辑,在探究基因功能、修复受损基因、沉默有害基因、改良品质性状等方面具有广阔的应用前景。近年来,随着对CRISPR/Cas9系统研究的不断深入和改造,该系统以其操作简易、省时、高效等优点在生物学研究的众多领域中得以推广和应用,特别是在果蝇(Bombyx mori)、家蚕(silkworm)、埃及伊蚊(Aedes aegypti)和蝴蝶(butterfly)等多种昆虫中。本文概述了CRISPR/Cas9的结构、作用原理及发展优化,总结了CRISPR/Cas9导入昆虫的策略和在昆虫中的应用,以及对CRISPR/Cas9系统产生脱靶问题的应对策略,以期对经济昆虫和有益昆虫的分子育种、害虫的生物技术防控等研究提供参考。     

Targeting non-coding RNAs with the CRISPR/Cas9 system in human cell lines

The CRISPR/Cas has been recently shown to be a powerful genome-editing tool in a variety of organisms. However, these studies are mainly focused on protein-coding genes. The present study aims to determine whether this technology can be applied to non-coding genes. One of the challenges for knockout of non-coding genes is that a small deletion or insertion generated by the standard CRISPR/Cas system may not necessarily lead to functional loss of a given non-coding gene because of lacking an open reading frame, especially in polyploidy human cell lines. To overcome this challenge, we adopt a selection system that allows for marker genes to integrate into the genome through homologous recombination (HR). Moreover, we construct a dual guide RNA vector that can make two cuts simultaneously at designated sites such that a large fragment can be deleted. With these approaches, we are able to successfully generate knockouts for miR-21, miR-29a, lncRNA-21A, UCA1 and {"type":"entrez-nucleotide","attrs":{"text":"AK023948","term_id":"10436045","term_text":"AK023948"}}AK023948 in various human cell lines. Finally, we show that the HR-mediated targeting efficiency can be further improved by suppression of the non-homologous end joining pathway. Together, these results demonstrate the feasibility of knockout for non-coding genes by the CRISPR/Cas system in human cell lines.     

Creation of fragrant sorghum by CRISPR/Cas9

Sorghum, the fifth largest cereal crop, has high value as a staple food and raw material for liquor and vinegar brewing. Due to its high biomass and quality, it is also used as the second most planted silage resource. No fragrant sorghums are currently on the market. Through CRISPR/Cas9-mediated knockout of SbBADH2, we obtained sorghum lines with extraordinary aromatic smell in both seeds and leaves. Animal feeding experiments showed that fragrant sorghum leaves were attractable. We believe this advantage will produce great value in the sorghum market for both grain and whole biomass forage.     

CRISPR/Cas9基因编辑在三维基因组研究中的应用

CRISPR/Cas9系统在基因编辑方面具有巨大优势,能够低成本、可编程、方便快捷地用于动物、植物以及微生物的基因组靶向编辑和功能改造。三维基因组学是近年来兴起的一门研究染色质高级结构动态调控及基因组生物学功能的交叉学科。在三维基因组研究中,通常采用对DNA片段进行基因编辑以模拟基因组结构性变异,标记特定DNA片段,进而研究调控元件对于基因调控、细胞分化、组织发生、器官形成、个体发育的影响,最终阐明三维基因组的组装调控机制和生物学功能。因此,CRISPR及其衍生技术为研究三维基因组提供了极好的遗传学工具。本文主要综述了CRISPR片段编辑及其衍生技术在三维基因组调控与功能研究中的应用,以期为后续研究工作提供理论参考以及新的研究思路。     

基于CRISPR/Cas9系统对干酪乳杆菌进行红色荧光蛋白标记

本实验利用CRISPR/Cas9系统对干酪乳杆菌(Lactobacillus casei) LC2W进行红色荧光蛋白(red fluorescent protein,RFP)标记,用于研究干酪乳杆菌在肠道内的分布和定植状况,评价其作为益生菌的功能。首先,基于本实验室已有的干酪乳杆菌CRISPR/Cas9编辑质粒pLCNICK-1628构建重组质粒pLCNICK-1628-RFP,电转入干酪乳杆菌LC2W感受态细胞中,使干酪乳杆菌基因组中的LC2W-1628基因被红色荧光蛋白基因替换,从而使干酪乳杆菌LC2W能表达出红色荧光蛋白。得到红色荧光标记的干酪乳杆菌LC2W突变株后,测定了其荧光强度-OD600标准曲线,发现RFP在干酪乳杆菌LC2W中能稳定表达。     

利用CRISPR/Cas9敲除人源细胞系中LMNA基因的研究

LMNA基因编码A型和C型核纤层蛋白,参与细胞核核膜的组织,影响基因组稳定性并对细胞分化产生影响。人类肿瘤中LMNA表达异常普遍存在,其突变造成多种核纤层蛋白病,如Emery-Dreifuss肌营养不良症(Emery-Dreifussmusculardystrophy,EDMD)、扩张型心肌病(dilatedcardiomyopathy,DCM)和儿童早老症(Hutchinson-Glifordprogeriasyndrome,HGPS)等。为进一步研究LMNA在细胞内的功能,本研究利用CRISPR/Cas9技术对体外培养的293T与HepG2细胞株的LMNA基因进行编辑,获得两株LMNA基因敲除(LMNA KO)的稳定细胞系。与野生型相比,LMNAKO细胞系增殖能力相对减弱,凋亡增加。同时,细胞形态上也发生显著改变,核膜凹凸不平。本研究首次报道了LMNA KO永生细胞系构建和形态研究结果,为后续LMNA基因功能研究和致病突变体研究奠定基础。     

基于CRISPR/Cas9的精准基因编辑技术研究进展

基因编辑技术是一种可以在基因组水平上对DNA序列进行改造的遗传操作技术。基于CRISPR/Cas9系统的精准编辑技术是一个操作方便、应用广泛的基因编辑技术,与传统的CRISPR/Cas9不同,精准基因编辑技术可以在不需要DNA模板的情况下对基因进行定点突变。本文重点介绍了近年来基于CRISPR/Cas9介导的精准基因编辑技术的发展,并深入分析了基因精准编辑技术面临的挑战和机遇。     

Efficient generation of pink-fruited tomatoes using CRISPR/Cas9 system

正Tomato(Solanum lycopersicum)is the leading vegetable crop worldwide and an essential component of a healthy diet(Lin et al.,2014;Du et al.,2017).Fruit color is regarded as one of the most important commercial traits in tomato(The Tomato Genome Consortium,2012).Consumers in different regions have different color preferences.For example,European and American     

Therapeutic applications of CRISPR/Cas9 system in gene therapy

Gene therapy is based on the principle of the genetic manipulation of DNA or RNA for treating and preventing human diseases. The clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR associated nuclease9 (CRISPR/Cas9) system, derived from the acquired immune system in bacteria and archaea, has provided a new tool for accurate manipulation of genomic sequence to attain a therapeutic result. The advantage of CRISPR which made it an easy and flexible tool for diverse genome editing purposes is that a single protein (Cas9) complex with 2 short RNA sequences, function as a site-specific endonuclease. Recently, application of CRISPR/Cas9 system has become popular for therapeutic aims such as gene therapy. In this article, we review the fundamental mechanisms of CRISPR-Cas9 function and summarize preclinical CRISPR-mediated gene therapy reports on a wide variety of disorders.     

机器学习方法在CRISPR/Cas9系统中的应用

基于CRISPR/Cas9系统介导的第三代基因组定点编辑技术,已被广泛应用于基因编辑和基因表达调控等研究领域。如何提高该技术对基因组编辑的效率与特异性、最大限度降低脱靶风险一直是该领域的难点。近年来,机器学习为解决CRISPR/Cas9系统所面临的问题提供了新思路,基于机器学习的CRISPR/Cas9系统已逐渐成为研究热点。本文阐述了CRISPR/Cas9的作用机理,总结了现阶段该技术面临的基因组编辑效率低、存在潜在的脱靶效应、前间区序列邻近基序(PAM)限制识别序列等问题,最后对机器学习应用于优化设计高效向导RNA (sgRNA)序列、预测sgRNA的活性、脱靶效应评估、基因敲除、高通量功能基因筛选等领域的研究现状与发展前景进行了展望,以期为基因组编辑领域的研究提供参考。