最新Nature :Nature子刊公布CRISPR两项突破性成果

日期: 2019年01月25日


    

作为生命的基本遗传物质,DNA的精准编辑和快速检测一直以来备受关注。近年来,CRISPR/Cas9系统的发现和开发带来了许多新希望。最新Nature和Nature Communications杂志公布了两项重要成果:“Super-Mendelian inheritance mediated by CRISPR–Cas9 in the female mouse germline”,“Engineering of CRISPR-Cas12b for human genome”,分别报道了首次哺乳动物CRISPR-Cas9基因驱动,以及第三种CRISPR-Cas系统。

 

第一篇文章中,加州大学圣地亚哥分校的研究人员探索了CRISPR-Cas9编辑技术是否能够在哺乳动物中成功实施基因驱动,结果证明CRISPR-Cas9能改变雌性小鼠生殖系,驱动白色毛皮和红色荧光蛋白的表达。

 

这一研究成果公布在Nature杂志上。由加州大学圣地亚哥分校的进化发育生物学家Kimberly Cooper领导完成。

 

一位未参与该研究的科学家认为,“这是第一篇描述哺乳动物中基因驱动的重要成果。”

 

基因驱动(gene drive)能将外源基因快速引入动物群体,并由此消除相关疾病,或者对害虫和入侵物种进行控制。这种方法确保后代优先继承一个父母的特定等位基因,因此即使它对物种繁殖或者存活有害,这种突变也可以快速传播。

 

Cooper表示,她的团队最开始是希望能复制其它物种的遗传改变,以便了解这些遗传改变的作用是什么,但是利用传统的小鼠遗传学进行转基因操作,得到每个转基因两个纯合等位基因,很困难。

 

为此Cooper求助于两位加州大学圣地亚哥分校的同事:Ethan Bier和Valentino Gantz。他们曾在2015年报道了果蝇的基因驱动。

 

最新Nature :Nature子刊公布CRISPR两项突破性成果

 

在最新的研究中,Cooper等人聚焦于Tyrosinase(酪氨酸酶)基因,这种基因能决定皮毛的颜色,方便研究人员了解基因驱动是否发生了。他们利用包含导向RNA的基因驱动插入到酪氨酸酶基因上,将一种红色荧光蛋白的基因插入到酪氨酸酶的第四个外显子中。

 

同时也将转基因导入到精子,卵细胞和胚胎发育过程中不同时间和不同地点激活cas9的基因群,这样研究人员培育出的动物,看看它们发生了什么变化,如果长出来的动物是白色毛皮的,那么就表明Cas9剔除了酪氨酸酶基因;如果动物能发红光,那就表明切割的酪氨酸酶已经用其工程基因的拷贝进行了修复。【条件性敲除小鼠】技术出色,价格更心动,年末直降,仅需5.68万!---现货条件性基因敲除小鼠!点击了解详情

 

Cooper等人已经将这项技术应用于肢体发育和进化的三趾跳鼠的研究,“这为为生物医学研究和药物设计制作了实验小鼠”,也回答了关于进化的其他问题。

 

总体来说,这项研究精确了雌性小鼠Cas9生成的时间,分析了更高的效率是否能决雄性小鼠缺乏同源定向修复的问题。“这是第一次证明可行,但还不是很完美,因此还有待改进,“Cooper说。

 

另外一项研究中,张锋等人开发了第三种基因编辑工具CRISPR-Cas12b。我们知道CRISPR-Cas9系统有很多类,其中第2类系统包括基于cas9、cas12和cas13效应蛋白的II、V和VI型,之前研究发现Cas12包含一个单一的Ruvc核酸酶结构域,该结构域切割PAM序列附近的dsDNA,非特异性地切割SSDNA,可以分成V-A亚型( cas12a )和V-B亚型( cas12b )。

 

最新Nature :Nature子刊公布CRISPR两项突破性成果

 

最新研究构建了酶活最高的突变体BhCas12b v4(K846R/S893R/E837G),它有以下几个优点:

 

(1)酶活与SpCas9、AsCas12a相当,但特异性比更SpCas9更高,其安全性更适合于临床应用;

 

(2)在基因组里PAM数量与AsCas12a相当,扩大了基因组的靶向范围;

 

(3)蛋白更小(BhCas12b:1108个氨基酸、SpCas9:1369个氨基酸、AsCas12a:1353个氨基酸),尤其适合用于腺相关病毒AAV介导的基因治疗。

 

因此,该系统具有极大的应用前景,有望开发出新一代安全高效的基因编辑工具。

 

研究团队相信,在继Cas9和Cas12a之后,改造的Cas12b将以其分子量小和靶向特异性高的两大特点,成为又一款在体编辑人类基因组的有力工具。并且,这一显著提升Cas12b效率的改造工程也为解锁更多CRISPR工具提供了富有启发的指导。

 

原文标题:

Super-Mendelian inheritance mediated by CRISPR–Cas9 in the female mouse germline

Engineering of CRISPR-Cas12b for human genome

 

转载标题:最新Nature,Nature子刊公布CRISPR两项突破性成果

 

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