The Application of CRISPR/Cas Technology to Efficiently Model Complex Cancer Genomes in Stem Cells

CRISPR/Cas gene editing technologies have emerged as powerful tools in the study of oncogenic transformation. The system's specificity, versatility, and ease of implementation allow researchers to identify important molecular markers and pathways which grant cancers stem cell like properties. This technology has already been applied to researching specific cancers, but has seen restricted therapeutic applications due to inherent ethical and technical limitations. Active development and adaptation of the CRISPR/Cas system has produced new methods to take advantage of both non‐homologous end joining and homologous recombination repair mechanisms in attempts to remedy these limitations and improve the versatility of gene edits that can be created. Nonetheless, until issues with specificity and in vivo efficiency are resolved, utilization of CRISPR/Cas systems would be best employed in the modeling and study of various cancer genes. While it may have potential therapeutic applications to targeted cancer therapies in the future, presently CRISPR/Cas is a remarkable technique that can be utilized for easy and efficient gene editing when it comes to cancer research. J. Cell. Biochem. 119: 134–140, 2018. © 2017 Wiley Periodicals, Inc.     

Mosaicism in CRISPR/Cas9-mediated genome editing

The CRISPR/Cas9 system is a rapid, simple, and often extremely efficient gene editing method. This method has been used in a variety of organisms and cell types over the past several years. However, using this technology for generating gene-edited animals involves a number of obstacles. One such obstacle is mosaicism, which is common in founder animals. This is especially the case when the CRISPR/Cas9 system is used in embryos. Here we review the pros and cons of mosaic mutations of gene-edited animals caused by using the CRISPR/Cas9 system in embryos. Furthermore, we will discuss the mechanisms underlying mosaic mutations resulting from the CRISPR/Cas9 system, as well as the possible strategies for reducing mosaicism. By developing ways to overcome mosaic mutations when using CRISPR/Cas9, genotyping for germline gene disruptions should become more reliable. This achievement will pave the way for using the CRISPR technology in the research and clinical applications where mosaicism is an issue.     

CRISPR/Cas9在人病毒感染相关疾病治疗研究中的应用*

病毒感染相关疾病严重威胁人类的健康,目前的抗病毒疗法难以治愈慢性病毒性感染引起的一些疾病,如获得性免疫缺陷综合征和乙型肝炎等,因此迫切需要新的治疗方法。可直接靶向遗传物质的基因编辑技术或将成为对抗病毒的有力工具。作为一种可编程的核酸酶介导的新型基因编辑技术,CRISPR/Cas9系统因其具有编辑效率高、操作简单、成本低、适用范围广等优点,而成功应用于多种人类相关疾病的研究中,也为病毒感染相关疾病的研究以及开发新的治疗方法提供了新的技术手段。主要对CRISPR/Cas9系统的作用机制以及在人类常见的病毒感染相关疾病治疗研究中的最新进展进行综述。     

CRISPR/Cas9在人病毒感染相关疾病治疗研究中的应用*

病毒感染相关疾病严重威胁人类的健康,目前的抗病毒疗法难以治愈慢性病毒性感染引起的一些疾病,如获得性免疫缺陷综合征和乙型肝炎等,因此迫切需要新的治疗方法。可直接靶向遗传物质的基因编辑技术或将成为对抗病毒的有力工具。作为一种可编程的核酸酶介导的新型基因编辑技术,CRISPR/Cas9系统因其具有编辑效率高、操作简单、成本低、适用范围广等优点,而成功应用于多种人类相关疾病的研究中,也为病毒感染相关疾病的研究以及开发新的治疗方法提供了新的技术手段。主要对CRISPR/Cas9系统的作用机制以及在人类常见的病毒感染相关疾病治疗研究中的最新进展进行综述。     

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。     

Chromosome engineering in zygotes with CRISPR/Cas9

Deletions, duplications, and inversions of large genomic regions covering several genes are an important class of disease causing variants in humans. Modeling these structural variants in mice requires multistep processes in ES cells, which has limited their availability. Mutant mice containing small insertions, deletions, and single nucleotide polymorphisms can be reliably generated using CRISPR/Cas9 directly in mouse zygotes. Large structural variants can be generated using CRISPR/Cas9 in ES cells, but it has not been possible to generate these directly in zygotes. We now demonstrate the direct generation of deletions, duplications and inversions of up to one million base pairs by zygote injection. genesis 54:78–85, 2016. © 2016 The Authors. genesis Published by Wiley Periodicals, Inc.     

CRISPR/Cas9 system in Plasmodium falciparum using the centromere plasmid

The CRISPR/Cas9 nuclease system is a powerful method to genetically modify the human malarial parasite, Plasmodium falciparum. Currently, this method is carried out by co-transfection with two plasmids, one containing the Cas9 nuclease gene, and another encoding the sgRNA and the donor template DNA. However, the efficiency of modification is currently low owing to the low frequency of these plasmids in the parasites. To improve the CRISPR/Cas9 nuclease system for P. falciparum, we developed a novel method using the transgenic parasite, PfCAS9, which stably expresses the Cas9 nuclease using the centromere plasmid. To examine the efficiency of genetic modification using the PfCAS9 parasite, we performed site-directed mutagenesis of kelch13 gene, which is considered to be involved in artemisinin resistance. Our results demonstrated that the targeted mutation could be introduced with almost 100% efficiency when the transfected PfCAS9 parasites were treated with two drugs to maintain both the centromere plasmid containing the Cas9 nuclease and the plasmid having the sgRNA. Therefore, the PfCAS9 parasite is a useful parasite line for the genetic modification of P. falciparum.     

CRISPR/Cas9技术在小麦育种中的应用进展

小麦（Triticum aestivum L.）是世界上主要的农作物之一,在粮食安全供应中发挥重要作用。在过去的几十年,由于小麦基因组复杂和遗传转化困难,导致小麦的基础和应用研究落后于其他谷类作物。2014年小麦基因组编辑取得了显著进展,进而促进了小麦生物技术的发展。综述了CRISPR/Cas9技术在小麦育种中的研究进展,简单介绍了CRISPR/Cas9基因编辑技术的发现、原理和优缺点,指出小麦基因编辑过程中农杆菌介导的遗传转化较粒子轰击法可降低转基因沉默频率,未来将成为基因编辑过程中主流的遗传转化方式;优化sgRNA的启动子、选择同源保守序列做为靶点可以提高基因编辑效率;新开发的碱基编辑器和prime editor需引入更多突变类型。展望了进一步提高小麦基因编辑效率和安全性的可行性,以期为未来小麦育种工作提供参考。     

CRISPR/Cas9技术在微生物研究中的应用进展

CRISPR(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats)/Cas(CRISPR associated proteins)系统是在细菌和古生菌中发现的一种RNA指导的降解入侵病毒或质粒DNA的适应性免疫系统。由II型CRISPR/Cas系统改造而成的CRISPR/Cas9技术已经被开发成一种强大的基因组编辑和表达调控工具,并且广泛应用于基因功能研究、代谢工程和合成生物学等领域。本文从CRISPR/Cas9系统的发现过程、分类、作用原理、在微生物研究中的应用进展等方面进行总结,并展望了该技术的应用前景。     

CRISPR/Cas9:基因编辑的新时代

基因编辑技术是通过核酸内切酶对基因组DNA进行定向改造的技术,可以实现对特定DNA碱基的缺失、替换等,常用的四种基因编辑工具分别是:巨型核酸酶、锌指核酸酶、转录激活因子样效应物核酸酶以及CRISPR/Cas9系统.其中CRISPR/Cas9系统作为一种新型的基因组编辑技术具有组成简单、特异性好、切割效率高的优点.该文对...     

CRISPR/Cas9基因组定点编辑中脱靶现象的研究进展

近年来, CRISPR定点编辑技术发展迅猛, 在动物、植物和微生物中均得到广泛应用。其中, 备受关注的脱靶现象也是研究的热点, 迄今已取得了重要进展。该文介绍了脱靶现象的产生原理及体内和体外检测脱靶现象的方法, 评价了通过改进sgRNA设计和优化CRISPR系统等来降低脱靶率的方法。在植物基因组定点编辑过程中, 应适时检测脱靶现象, 提高脱靶检测的精确度和准确度。     

CRISPR/Cas9运输系统的研究进展及其在基因相关疾病方面的应用

CRISPR/Cas9系统是细菌体在长期进化过程中抵御病毒或噬菌体DNA的一种适应性免疫系统。尽管近年来的一些基因编辑技术,如锌指核酸酶、转录激活因子效应物核酸酶等已经给基因编辑带来了许多便利,但CRISPR/Cas9系统以其独特的优势,给基因编辑领域带来了革命性的变化。CRISPR/Cas9系统在生物研究、基因相关疾病的治疗、疾病的基因水平研究等多方面都有广泛的应用。综述近年来CRISPR/Cas9运输系统的研究进展及其在基因缺陷疾病方面取得的应用成果,分析慢病毒和腺相关病毒运载基因编辑元件的利弊,并探讨CRISPR/Cas9系统在基因编辑效率方面的影响因素及仍然存在的问题。     

CRISPR/Cas9基因组编辑技术在癌症研究中的应用

CRISPR/cas9基因组编辑技术因其设计简单以及操作容易,使其在基因编辑的研究中越来越受到欢迎。利用该技术,科研人员可以实现在碱基的水平对基因组进行定点修饰。CRISPR系统现已经被广泛地应用到多个物种的基因组编辑以及癌症的相关研究中。本文在最新研究进展的基础上,结合对癌症研究及基因组编辑技术的理解,对CRISPR/Cas9技术在癌症研究中的应用进行了综述。     

CRISPR/Cas9在肿瘤治疗中的研究进展

CRISPR/Cas9技术自从出现以来便迅速应用于肿瘤研究。在肿瘤发生的机理研究中,CRISPR/Cas9可用于研究单核苷酸突变、染色体异位等因素在肿瘤发生中的作用机制,同时也可以用于肿瘤细胞中功能缺陷基因的筛选。在肿瘤治疗方法的研究中,CRISPR/Cas9主要用于诱发机制比较清晰且诱因为病毒的肿瘤类型,例如鼻咽癌、宫颈癌等,通过对相应病毒的基因进行编辑从而抑制其致癌作用。利用CRISPR/Cas9技术还可以加速新肿瘤治疗靶点基因的发现。尽管发展和应用十分迅速,但是CRISPR/Cas9在肿瘤研究和治疗中的作用仍然受多种因素的限制,包括Cas9和sgRNA的输送效率、脱靶效应以及安全性和成本等。对CRISPR/Cas9在肿瘤研究中的应用进展进行了综述,以期为肿瘤发生、转移机制和肿瘤治疗等方面的研究提供参考。     

CRISPR/Cas9系统研究进展

CRISPR/Cas9系统的发展彻底改变了人们编辑DNA序列和调控目标基因表达水平的能力,从而为生物体的精确基因组编辑提供了有力的工具。简化后的CRISPR/Cas9系统由两部分组成:Cas9蛋白和sgRNA。其作用原理为sgRNA通过自身的Cas9把手与Cas9蛋白形成Cas9-sgRNA复合体,Cas9-sgRNA复合体中sgRNA的碱基互补配对区序列与目标基因的靶序列通过碱基互补配对原则进行配对结合,Cas9利用自身的核酸内切酶活性对目标DNA序列进行切割。与传统的基因组编辑技术相比,CRISPR/Cas9系统具有几大明显的优势:易用性、简便性、低成本、可编程性以及可同时编辑多个基因。CRISPR/Cas9基因组编辑技术以及衍生出来的CRISPRi和CRISPRa基因表达调控技术已经广泛应用于多种真核和原核生物中。综述了CRISPR/Cas9系统的起源、作用机理、在生物体中的应用和其衍生出的技术,并概述了其脱靶效应和未来前景。     

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。