发布时间:2018-05-11 15:11 原文链接: NatureBiotechnology连发4篇CRISPR文章,推动该领域跨越式发展

   CRISPR已经应用于包含人类,小鼠,酵母,水稻等各个物种中,取得了空前的成功。就在近期,Nature Biotechnology 杂志连续推出了4篇CRISPR技术的进一步升级应用,同时也进一步拓宽了CRISPR技术应用范围,尤其是为临床的应用做了非常好的铺垫。

  这4篇文章分别是:美国伊利诺伊大学赵惠民研究组的'Genome-scale engineering of Saccharomyces cerevisiae with single-nucleotide precision"研究论文,该论文开发了一种CRISPR-Cas9和同源定向修复(HDR)辅助基因组尺度工程(CHAnGE)方法,该方法可以在酵母中快速产生数以万计的特定遗传变异;

  美国斯坦福大学的“Multiplexed precision genome editing with trackable genomic barcodes in yeast”的研究论文,该论文在酵母开发可追踪基因组条形码的多重精确基因组编辑技术,该技术将广泛用于揭示酵母表型的遗传基础;

  韩国首尔国立大学Kim研究组的“Adenine base editing in mouse embryos and an adult mouse model of Duchenne muscular dystrophy”研究论文,该论文在小鼠胚胎中进行腺嘌呤碱基编辑及纠正杜兴氏肌营养不良症的成年小鼠,这是临床应用的前奏,具有非常大的应用价值;

  上海科技大学陈佳研究组及黄行许研究组及上海生科院杨力研究组的“Base editing with a Cpf1–cytidine deaminase fusion”研究论文,该论文开发了一系列基于CRISPR-Cpf1的碱基编辑工具,它们能够以非常低的indel形式和非C-to-T替换进行有针对性的碱基编辑,并且可以在富含A / T的区域进行编辑。

  1、美国伊利诺伊大学赵惠民研究组报告了一种CRISPR-Cas9和同源定向修复(HDR)辅助基因组尺度工程(CHAnGE)方法,该方法可以在酵母中快速产生数以万计的特定遗传变异。

  全基因组规模范围的工程技术能够通过并行生成全基因组突变来测试多种假设。现有的方法,如MAGE,TRMR和CREATE主要应用于细菌。虽然CREATE被证明在酵母中起作用,但原则上,没有报道高效,高通量的全基因组工程。一些现有的基因组规模方法的一个问题是,由于大肠杆菌不容易修复双链断裂,因此在经历了同源性定向修复的细胞的诱变过程中存在实质性的选择压力。在酵母中情况也不一样,迄今为止,高通量方法还没有被证明在全基因组范围内有效地工作。

  真核生物MAGE(eMAGE)能够在酵母中进行全基因组规模范围的工程技术,但eMAGE的编辑效率依赖于靶序列与复制起点的紧密接近以及URA3标记的共同选择。虽然使用eMAGE进行全基因组规模范围的工程技术可能是可行的,但没有证明。美国伊利诺伊大学赵惠民研究组报告了一种CRISPR-Cas9和同源定向修复(HDR)辅助基因组尺度工程(CHAnGE)方法,可以在酵母中快速产生数以万计的特定遗传变异。 超过98%的靶序列被有效地编辑,平均频率为82%。该方法能够对基因组规模的酿酒酵母进行快速工程化,并进行精确和可跟踪的编辑。

  2、美国斯坦福大学研究人员在酵母开发可追踪基因组条形码的多重精确基因组编辑


  我们对基因型控制表型的理解受限于我们可以精确地改变基因组并且评估每个扰动的表型结果的影响。在这里斯坦福大学研究人员描述了一种基于CRISPR-Cas9的方法,用于在酿酒酵母中使用短的,可跟踪的,整合的细胞条码(MAGESTIC)技术,进行多重精确基因组编辑。 MAGESTIC使用阵列合成的寡核苷酸进行基于质粒的高通量编辑,并具有基因组条形码整合功能,可防止质粒条形码丢失并实现稳健的表型分型。

  研究人员证明,通过使用LexA-Fkh1p融合蛋白招募供体DNA至断裂位点,编辑效率可以提高五倍以上。研究人员对必需基因SEC14进行了饱和度编辑,并鉴定了对脂质信号传导的化学抑制至关重要的氨基酸。研究人员还构建了数以千计的天然遗传变异体,其特征在于基因组尺度上的引导错配耐受性。 MAGESTIC将广泛用于揭示酵母表型的遗传基础。

  3、韩国首尔国立大学Kim研究组在小鼠胚胎中进行腺嘌呤碱基编辑及纠正杜兴氏肌营养不良症的成年小鼠


  由工程腺嘌呤脱氨酶和化脓性链球菌Cas9 nickase组成的腺嘌呤碱基编辑器(ABE)以引导RNA(gRNA)依赖性方式,使腺嘌呤  -鸟嘌呤(A-to-G)单核苷酸取代成为可能。 在这里,韩国首尔国立大学Kim研究组展示了这种技术在小鼠胚胎和成年小鼠中的应用。

  Kim研究组显示,长的gRNA使腺嘌呤编辑在窗口上游的一个或两个碱基的位置处,可以用标准的单一向导的RNA(sgRNA)获得。 Kim研究组通过将ABE mRNA和延伸的gRNA微注射到小鼠胚胎中,在Tyr基因中引入Himalayan点突变,获得具有白化表型的Tyr突变小鼠。 此外,Kim研究组使用病毒载体将ABE(腺嘌呤碱基编辑器)基因递送至杜氏肌营养不良症小鼠模型中的肌细胞,以校正Dmd基因中的无义突变,从而证实了成年动物中碱基编辑的治疗潜力。

  4、上海科技大学陈佳研究组及黄行许研究组及上海生科院杨力研究组合作开发了一系列基于CRISPR-Cpf1的碱基编辑工具,它们能够以非常低的indel形式和非C-to-T替换进行有针对性的碱基编辑,并且可以在富含A / T的区域进行编辑。、


  各种物种中,通过将 apolipoprotein B mRNA编辑酶,催化多肽样(APOBEC)或激活诱导的脱氨酶(AID)胞苷脱氨酶家族成员与CRISPR-Cas系统组合开发的碱基编辑已经用于靶向C对T碱基编辑【1-5】。然而,使用Cas9切口酶(nCas9)作为目前最活跃的BE中脱氨酶融合伴侣增加了不需要的插入和缺失(插入),非C-T碱基置换的频率,限制编辑富含G / C的PAM序列的区域【6,7】。

  Cpf1(Cas12a)是另一种Cas蛋白,它与Cas9的不同之处在于:Cpf1需要富含T的PAM序列(TTTV)用于目标DNA的识别【8,9】; Cpf1(CRISPR RNA(crRNA))的sgRNA比Cas9短;并且Cpf1切割位点相对于间隔区DNA中的PAM序列位于远端和下游,而不是与Cas9的近端和上游【10,11】。与Cas9相比,Cpf1也诱导更少的脱靶(OT)切割基因组【12,13,14】。

  为了解决以上问题,上海科技大学陈佳研究组及黄行许研究组及上海生科院杨力研究组合作通过将大鼠胞嘧啶脱氨酶APOBEC1融合到无催化活性的Lachnospiraceae细菌Cpf1上,开发了基于CRISPR-Cpf1的碱基编辑工具。 碱基编辑器可识别富含T的PAM序列,并催化人类细胞中的C至T转换,同时诱导低水平的插入缺失,非C至T替换和脱靶编辑。

  该研究首次开发了一系列基于CRISPR-Cpf1的碱基编辑工具,它们能够以非常低的indel形式和非C-to-T替换进行有针对性的基础编辑,并且可以在富含A / T的区域进行编辑。 未来,预计其他Cpf1酶(例如,识别TTN PAM8的FnCpf1)或工程化的Cpf1 可用于进一步增强dCpf1的碱基编辑作用。

相关文章

达到10篇!南京大学,同日2篇Nature

9月14日夜,南京大学两项重大科研突破同时刊登于《Nature》!南京大学缪峰教授合作团队在量子模拟前沿领域实现新突破,南京大学张勇教授、肖敏教授、祝世宁院士领衔的科研团队在下一代光电芯片制造领域取得......

二月兰基因组为十字花科野生资源利用提供新思路

二月兰   中国农科院蔬菜所供图近日,中国农业科学院蔬菜花卉研究所蔬菜分子设计育种团队完成了二月兰基因组的解析。通过基因组比较分析,在十字花科古多倍化演化和高产优质油脂性......

摆脱“弃风弃电”,北大最新Nature带来新型电池

在河北丰宁的坝上草原上,有一片漫山遍野的白色风车。你如果仔细观察会发现,有部分风车并没有在转动,只有小部分在转动发电。“这是风车在有序停工,也就是我们说的‘弃风弃电’。”北京大学材料科学与工程学院特聘......

5位科研人Nature发文谈“换赛道”

读博,是与时间赛跑以获得学位的过程。这一阶段,科研人员同样面临资金链断裂、科研成果被抢发、疫情封控无法实验、同门压力等问题,甚至不得不面对彻底推翻课题重来的风险。离目标毕业时间越近,换方向的沉没成本也......

科学家发现玉米的核心细菌微生物组具有固氮能力

与人类微生物组类似,植物微生物组被称为植物的第二个基因组,对植物生长发育、养分吸收、病虫害抵御等至关重要。近日,科学家发现了定殖于玉米茎木质部伤流液内具有固氮能力且高度保守的核心细菌微生物组,它们为玉......

科研人员在兰科植物研究方面获得进展

15日从中科院成都生物研究所获悉,中科院成都生物研究所植物多样性研究团队利用Illumina测序技术分别研究了极小种群之一的巴郎山杓兰和对叶杓兰的叶绿体基因组特征,并基于叶绿体基因组数据重建了兰科植物......

杨辉团队完成特异性更高、安全性更好的高保真版Cas13系统

CRISPR-Cas13是一类由RNA介导的靶向RNA的基因编辑技术。Cas13蛋白属于2类VI型多结构域单一蛋白RNA内切酶。体外研究表明Cas13蛋白激活后具有切割靶RNA的功能,并能对其周围的任......

杨辉团队完成特异性更高、安全性更好的高保真版Cas13系统

CRISPR-Cas13是一类由RNA介导的靶向RNA的基因编辑技术。Cas13蛋白属于2类VI型多结构域单一蛋白RNA内切酶。体外研究表明Cas13蛋白激活后具有切割靶RNA的功能,并能对其周围的任......

从投稿《自然》到发表用了两年多!一作感触颇深

2020年6月24日,一篇关于水中电子阿秒电离问题的稿子投递到Nature编辑部。论文作者们原本以为很快会被接收,然而,却陷入了漫长的等待。论文经历了三轮审稿,该科研团队对审稿意见的回复竟累计长达99......

Nature公布新兴测序技术绘制的人类组织RNA多样性

由纽约基因组中心和布罗德研究所的科学家完成了一项对人类组织中RNA多样性的研究,最近发表在Nature杂志上。当遗传密码转录成RNA时,一个基因通常会产生几种不同形式的RNA分子,或具有不同功能的转录......