CRISPR/Cas系统的特殊“RNA剪刀”

日期: 2018年02月09日


    

导读:CRISPR/Cas系统被称为最有前途的“基因剪刀”,广泛适用于微生物、植物和动物基因组定向编辑,乃至纠正人类基因缺陷。弗莱堡大学(University of Freiburg)Wolfgang Hess教授团队在《Nature Microbiology》发表文章,他们又鉴定出一类特殊的“RNA剪刀”。赛业小编为您推荐“CRISPR/Cas系统的特殊‘RNA剪刀’”,详情如下:

  

RNA剪刀


天然的CRISPR/Cas系统广泛存在于细菌和古细菌,它是微生物的免疫系统,帮助细菌抵御病毒入侵。成簇的规律间隔的短回文重复序列(Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Repeats,CRISPR)-衍生RNAs(crRNAs)对CRISPR/Cas系统来说至关重要。


在此之前生物通曾报道过张锋团队发现的一种靶向和降解RNA的RNA引导酶(Cas13a),并证明它能特异性地降低哺乳动物细胞内源性RNA和报告RNA水平,比RNA干扰(RNAi)效率更高。张锋《Nature》发布CRISPR重要成果:靶向哺乳动物细胞RNA


如今,Hess和Juliane Behler等人在蓝细菌(cyanobacteria)CRISPR/Cas系统中发现宿主内源核糖核酸酶E(endoribonuclease E,RNase E)同样具备RNA剪刀功能。


Cas6和Cas5d是许多第一类CRISPR/Cas系统的RNA内切酶。在某些第二类系统中,成熟和效应功能还需结合一个单酶或成熟过程中通过体内RNase III 和反式激活CRISPR RNAs(tracrRNAs)的结合活动。

  

第二类CRISPR/Cas系统工作示意图
(第二类CRISPR/Cas系统工作示意图)


蓝细菌(Synechocystis sp. PCC 6803)携带三个独立的CRISPR/Cas系统,Cas6型酶在其中两个系统中发挥作用,而第三个被归为亚型III-B变体(III-Bv)则缺乏cas6同系物,研究人员发现,该系统需要通过活化RNase E,crRNAs才能成熟。


体内过表达RNase E会导致crRNAs的积累减少,表明RNase E是CRISPR复合体形成的限制因素。RNase E识别取决于CRISPR重复茎环,剪切位点的碱基替换会引发副产品出现,符合两步识别和切割机制。结果暗示出这个非常保守的看家酶具备容纳新底物的适应性,显示了该CRISPR/Cas系统在特定遗传环境下都能行驶功能的强可塑性。


研究人员发现这种能在CRISPR/Cas系统中起作用的酶还非常普遍,不仅光合细菌中有,病原菌和植物叶绿体中也有,它可能是所有生物调节基因表达的重要因子。CRISPR/Cas系统和宿主细胞机制的相互作用可能比过去人们想象的更强,如果好好利用,这类系统的应用潜力将非常广阔。


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