基于CRISPR-Cas9的筛选文库的类型与应用

文库筛选技术广泛应用于生命科学研究各领域,加速了生物医药基础科研和临床实践的进展。本文对基于CRISPR-Cas9的文库类型和应用进行综述。CRISPR-Cas9文库包括敲除、活化和抑制文库。敲除文库通过Cas9/sgRNA靶向切割DNA序列,产生移码突变进行基因敲除。活化文库包括两种:一种是dCas9/sgRNA与转录活化蛋白质融合,例如dCas9-SAM,dCas9-SunTag和dCas9-VPR系统;另一种是dCas9与表观遗传修饰酶融合,例如d Cas9-Tet1和d Cas9-p300系统。CRISPR-Cas9抑制文库通过dCas9与表观遗传修饰蛋白质融合,抑制转录,例如d Cas9-KRAB和d Cas9-Dnmt3a系统。目前,CRISPR-Cas9文库广泛用于功能基因筛选、药物靶点和耐药靶点筛选、病毒靶点筛选和揭示信号通路,并在基因互作筛选及揭示顺式调节元件功能等方面初步展现其优势。CRISPR-Cas9文库优势在于其设计灵活、操作便捷、筛选高效。伴随基因编辑系统的研发,新的筛选文库靶向性和突变将更加精准,应用将更加拓展和深化。基于CRISPR-Cas9筛选文库不仅可以筛选病理和生理过程中的关键基因和非编码DNA,还可以揭示其发挥功能的分子机制,是剖析生命复杂调控网络的手术刀。     

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。     

基于CRISPR-Cas9技术构建橡胶树胶孢炭疽菌的基因敲除系统

[背景]CRISPR-Cas9基因组编辑技术为病原真菌的基因敲除、敲入及定点编辑提供了新的思路。[目的]建立适用于橡胶树胶孢炭疽菌的CRISPR-Cas9基因敲除系统。[方法]通过大肠杆菌原核表达系统合成含有细胞核定位信号的Cas9蛋白;以URA5为靶标基因,预测该基因中Cas9的切割位点,并在体外转录合成相应的SgRNA;体外构建Cas9-SgRNA复合体,并将该复合体转入橡胶树胶孢炭疽菌原生质体;通过表型筛选及测序鉴定,筛选URA5的敲除突变体菌株。[结果]体外表达的Cas9蛋白与SgRNA能够形成复合体,并在体外对目标基因URA5的DNA序列进行切割;Cas9-SgRNA复合体能够成功转入橡胶树胶孢炭疽菌原生质体,并完成对URA5的敲除;敲除突变株表现出尿嘧啶缺陷表现型。[结论]建立了适用于橡胶树胶孢炭疽菌的基因敲除系统。     

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-Cas9系统在疾病模型中的应用

规律成簇间隔短回文重复（CRISPR）及相关核酸内切酶（Cas）系统是最近发现的一种关于RNA指导核酸内切酶的基因编辑技术,这一技术的发现促进了生物学和医学研究的发展。CRISPR-Cas9系统的简便性使其广泛应用于细胞基因组编辑、动物模型的构建及疾病模型的基因治疗。现就CRISPR-Cas9系统的结构特点、作用机制及应用进行了综述。     

利用内源CRISPR-Cas系统开展乳酸菌基因编辑的研究进展北大核心CSCD

CRISPR-Cas9技术是一种高效、精准的基因编辑工具,该技术的建立推动基因组编辑进入快速发展阶段。目前应用最广泛的Cas9蛋白是来源于酿脓链球菌(Streptococcuspyogenes)的SpyCas9,该蛋白作为“基因剪刀”在哺乳动物、植物等真核生物中应用较为广泛且成熟,但是该蛋白在一些乳酸菌中的应用仍然受到多种因素的限制。乳酸菌基因组上已发现多种类型的CRISPR系统,也蕴含着多种未表征的Cas蛋白,利用乳酸菌内源CRISPR-Cas系统,结合外源导入的向导RNA和同源修复模板,也可实现对乳酸菌基因组的编辑。这种基于内源CRISPR-Cas系统实现基因编辑的方式,具有打靶载体相对较小易转化、无外源Cas9蛋白对宿主细胞产生毒性等优势,相比于CRISPR-SpyCas9更适合于乳酸菌基因组进行编辑,可能是一些乳酸菌未来开展基因组编辑的主要手段,本文重点对此部分内容进行了综述。     

嗜热链球菌CRISPR-Cas系统的检测

【目的】CRISPR-Cas系统为嗜热链球菌抵抗噬菌体等外源基因元件提供获得性免疫,分析NCBI中已公开发表全基因组序列的9株嗜热链球菌所含CRISPR-Cas系统的数目和类型,对实验室相应菌株的CRISPR-Cas系统进行检测。【方法】利用生物信息学方法对NCBI中9株已测序嗜热链球菌所含CRISPR-Cas系统进行分析,根据其Cas基因序列设计引物,对实验室嗜热链球菌菌株的Cas基因进行扩增、测序,分析实验室6株嗜热链球菌的CRISPR-Cas系统情况。【结果】9株标准菌株均含不同数目的CRISPR-Cas系统,其类型主要为Ⅱ-A型、Ⅲ-A型和Ⅰ-E型,各类型的标志Cas基因高度保守。6株供试菌中,S4仅含Cas9基因,其它5株均含有Cas9基因、Cas10基因和Cas9*基因,79和KLDS3.0207还含有Cas3基因。【结论】可根据标准菌株高度保守的Cas基因设计引物,预测未知嗜热链球菌所含CRISPRCas系统的数目和类型。S4仅含1个Ⅱ-A型CRISPR-Cas系统,其它5株均含有2个Ⅱ-A型CRISPR-Cas系统和1个Ⅲ-A型CRISPR-Cas系统,此外,79和KLDS3.0207均含有1个Ⅰ-E型CRISPR-Cas系统。     

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-Cas基因编辑系统升级:聚焦Cas蛋白和PAM

以CRISPR-Cas (clustered regularly interspaced short palindromic repeats and CRISPR associated proteins)系统为代表的基因编辑技术的出现极大地促进了人类改造自然界物种的能力。在医疗、工业、农业等多个研究领域,基因编辑技术正在被广泛应用。Cas蛋白是CRISPR-Cas系统的功能蛋白,不同类型的Cas蛋白在其自身活性、识别位点、切割末端、RNA需求等方面具有不同的特性。PAM (protospacer adjacent motif)是靶位点附近的若干个碱基,对Cas蛋白识别靶序列至关重要,也是CRISPR-Cas系统发挥功效的关键特性之一。目前已有多种不同的PAM鉴定方法被报道。本文对Cas蛋白的寻找、Cas蛋白突变体筛选及PAM的确定方法(含PAM谱拓展)进行了综述,以期为新型基因编辑工具的发展和优化提供借鉴。     

基于CRISPR-Cas13家族的RNA编辑系统及其最新进展

存在于细菌和古菌中的获得性免疫系统CRISPR-Cas目前已被广泛应用到生物技术领域,尤其是靶向DNA的CRISPR-Cas9技术。然而CRISPR-Cas系统靶向RNA的技术还处于初步应用阶段。Ⅵ型CRISPR-Cas系统(CRISPR-Cas13)的发现,揭示了RNA引导的RNA靶向性。CRISPR-Cas13是目前CRISPR-Cas家族中唯一只靶向ssRNA的系统,为RNA靶向和RNA编辑奠定了基础。根据Cas13系统发育已证明将Ⅵ型CRISPR-Cas系统分为4种亚型(A-D)。主要对目前最新的靶向RNA技术的CRISPR-Cas13家族的分类以及防御机制进行了综述,介绍了CRISPR-Cas13技术的应用以及基于CRISPR-Cas13家族的RNA编辑系统的最新研究进展。最后,对目前CRISPR-Cas13 RNA编辑技术体系存在的问题进行了分析和对未来的发展进行展望。     

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-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。     

CRISPR-Cas介导的基因编辑工具

近年来,随着人们对CRISPR-Cas系统研究的不断深入和改造,CRISPR-Cas系统已成为一项新的基因靶向修饰技术,能够定向对靶基因进行定向沉默,目前该项技术已经成功地用于HEK293、小鼠及斑马鱼的细胞并产生了稳定的基因敲除细胞株,在小鼠、果蝇等模式动物上成功构建了基因敲除模型。CRISPR-Cas以其设计简单,耗时短、效率高等优点使其成为一项具有广阔应用前景的基因靶向敲除技术。就CRISPR-Cas的发现、结构、作用机理以及Cas9/gRNA目前的一些应用进行综述。     

基于CRISPR-Cas9的筛选文库类型及应用

文库筛选技术广泛应用于生命科学研究各领域,加速了生物医药基础科研和临床实践的进展。本文对基于CRISPR-Cas9的文库类型和应用进行综述。CRISPR-Cas9文库包括敲除、活化和抑制文库。敲除文库通过Cas9/sgRNA靶向切割DNA序列,产生移码突变进行基因敲除。活化文库包括两种：一种是dCas9/sgRNA与转录活化蛋白质融合,例如dCas9-SAM,dCas9-SunTag和dCas9-VPR系统;另一种是dCas9与表观遗传修饰酶融合,例如dCas9-Tet1和dCas9-p300系统。CRISPR-Cas9抑制文库通过dCas9与表观遗传修饰蛋白质融合,抑制转录,例如dCas9-KRAB和dCas9-Dnmt3a系统。目前,CRISPR-Cas9文库广泛用于功能基因筛选、药物靶点和耐药靶点筛选、病毒靶点筛选和揭示信号通路,并在基因互作筛选及揭示顺式调节元件功能等方面初步展现其优势。CRISPR-Cas9文库优势在于其设计灵活、操作便捷、筛选高效。伴随基因编辑系统的研发,新的筛选文库靶向性和突变将更加精准,应用将更加拓展和深化。基于CRISPR-Cas9筛选文库不仅可以筛选病理和生理过程中的关键基因和非编码DNA,还可以揭示其发挥功能的分子机制,是剖析生命复杂调控网络的手术刀。     

Robust genome editing of CRISPR-Cas9 at NAG PAMs in rice

正Dear Editor,The CRISPR-Cas9(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/Cas9)system has been widely used for a variety of applications,including targeted gene knockout,gene insertion,gene replacement and base editing.Despite its wide use,the genome editing using CRISPR-Cas9 is performed almost exclusively at sites containing canonical NGG protospacer adjacent motifs(PAMs).To overcome the PAM constraint of the CRISPR-Cas9 system,many attempts have been made to develop various Cas9 orthologs and     

针对第2大类CRISPR-Cas系统的acr基因的发现及Acr蛋白多样化的抑制机制

CRISPR-Cas系统是细菌和古细菌来源的RNA介导的适应性免疫系统,利用RNA介导的核酸酶活性抵抗以噬菌体为代表的外源核酸的入侵.为逃避这种来源于宿主的免疫反应,噬菌体进化出了较小的anti-CRISPR蛋白(Acr). Acrs采用不同的抑制策略,将Cas效应蛋白限制在不同的阶段,从而使其失活.随着Cas蛋白在生物技术领域和临床上的广泛应用, Acr已被开发为有用的调控工具.对Acr的研究不仅可以加深人们对Cas蛋白别构调控的理解,而且可以为开发新型的基于Acr的调控工具打下基础.利用实验和生物信息学的手段,越来越多的Acr被发现,其中第2大类CRISPR-Cas系统目前有大约50种.本综述聚焦于第2大类CRISPR-Cas系统的Acr,从基因发现、抑制机制和技术应用三个方面对其进行总结,并对未来的研究方向做出展望.     

CRISPR-Cas系统在植物基因组编辑中的研究进展

基因组定点编辑技术是研究基因功能和生物体改造的重要工具。CRISPR-Cas(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats and CRISPR-associated proteins)系统是近年来发展的一种新型基因组编辑技术,该技术通过一段向导RNA和配套的核酸酶就可对特定的基因组序列进行定点编辑,具有简单高效、应用广泛的特点,受到了生物学家的广泛关注。本文着重介绍CRISPR-Cas系统在植物中的研究进展,包括CRISPR-Cas9系统在植物中的应用与完善、扩大基因组编辑范围的研究、Cas9切口酶和失活酶的拓展、特异性单碱基突变编辑系统的研究、无外源DNA污染的植物基因编辑技术的发展以及基因组编辑技术在作物育种上的应用等方面。同时也提出了还需解决的问题,并展望了基因组编辑系统在作物育种中的应用前景,为开展这一领域的研究工作提供参考。     

CRISPR-Cas9技术在遗传性疾病基因治疗中的研究进展

CRISPR-Cas9是一种能够降解入侵病毒或噬菌体DNA的适应性免疫防御系统。CRISPR/Cas9系统被开发成为新一代的基因编辑技术,其特点是构建相对简单、成本相对较低,可灵活快速地用于基因敲除、基因增补等操作。CRISPR/Cas9技术在人类遗传病治疗中具有重大的潜在意义,已被广泛应用于遗传病相关研究中。我们简要综述了近年来CRISPR/Cas9基因编辑技术在地中海贫血、杜氏肌营养不良、帕金森症、Crygc基因突变引发的白内障、囊性纤维化、α1抗胰蛋白酶缺乏症、遗传性酪氨酸血症、血友病等遗传性疾病基因治疗中的研究进展。     

科研快讯

<正>《细胞-干细胞》:基因技术治愈小鼠白内障遗传疾病中科院上海生物化学与细胞生物学研究所李劲松研究组在一项最新研究中,利用CRISPR-Cas9技术,治愈了小鼠的白内障遗传疾病。专家认为,这项实验为人类基因治疗提供了一条新思路。12月5日,相关成果在线发表于《细胞-干细胞》杂志。同时,该成果被国际杂志《科学家》选择进行同期新闻发布。CRISPR-Cas9技术是利用一段与靶序列相同的单导向RNA(sgRNA)来引导Cas9核酸酶对特异靶向DNA进行识别和切割,造成DNA的双     

Nat Med:利用CRISPR-Cas9进行全基因组筛选找到胰腺肿瘤弱点

正在科学家们建立了CRISPR-Cas9基因编辑技术之后,该技术得到了广泛利用。一些研究利用CRISPR-Cas9基因编辑工具进行基因筛选,在癌细胞内找到了一些可以用于开发潜在治疗方法的基因弱点。最近,来自加拿大多伦多大学的研究人员在RNF43突变的胰腺导管腺癌(PDAC)细胞中进行了全基因组范围的CRISPR-Cas9筛选,并找到了可以用于治疗该类型癌症的潜在抗体药物。这种类型的PDAC依赖Wnt信号进行增殖。在这项研究中,研究人员通过筛选发现一个有FZD5参与的Wnt信号通路