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科普 | 解读2021诺奖技术:“基因神剪”CRISPR-Cas9 系统

2021-6-3 16:09| 编辑: 归去来兮| 查看: 1864| 评论: 0|来源: 开发与验证

摘要: CRISPR-Cas9 系统,是一种在特定的目标位置,切割DNA的工具,该技术已经彻底改变了基因编辑,但是科学家一直在寻找新的可能性。那么CRISPR还能做什么?CRISPR:编辑基因ABOUT CRISPR自从在细菌免疫系统中被发现,CRIS ...

CRISPR-Cas9 系统,是一种在特定的目标位置,切割DNA的工具,该技术已经彻底改变了基因编辑,但是科学家一直在寻找新的可能性。


那么CRISPR还能做什么?


CRISPR:编辑基因

ABOUT CRISPR

自从在细菌免疫系统中被发现,CRISPR-Cas9已被改编,成为基因组研究的强大工具。


系统有两个组件:一种被称为Cas9的DNA切割蛋白,和一种被称为引导RNA的RNA分子。结合在一起,它们形成一个复合体,可以识别和切割DNA的特定部分。

首先,Cas9必须找到并绑定,基因组中的一个常见序列,这个序列被称为PAM。一旦绑定了PAM,引导RNA展开双螺旋的一部分。

RNA链的设计匹配并结合DNA中的特定序列,一旦找到正确的顺序,Cas9可以切割DNA ,它的两个核酸酶结构域各形成一个缺口,可使双链断裂。


尽管细胞会设法修复这种情况,但修复过程仍然容易出错,并经常无意间引入突变使基因失效。

这使CRISPR成为了一个很好的工具,用于剔除特定基因。


但是要使双链断裂,并非所有CRISPR都能做到。一些研究人员正在停用,Cas9的一个或两个切割域,并将新的酶融合到蛋白质上,然后可将Cas9用于将这些酶运输到特定的DNA序列。


在一个示例中,Cas9与一种酶(脱氢酶)融合,这种酶可使特定的DNA碱基突变,最终用胸苷代替胞苷。这意味着您可将致病突变基因,转化为健康的基因,或在特定位置引入终止密码子。


CRISPR的其他应用

ABOUT CRISPR

应用1:促进基因转录


但这不仅仅涉及基因编辑,几个实验室一直在研究使用CRISPR的方法,来促进基因转录。


他们通过完全停用Cas9来做到这一点,以致它不再能切割DNA。而是将转录激活因子添加到Cas9中,通过直接融合,或通过一串肽融合,或者可将活化剂放置到引导RNA。这些活化剂改变细胞的转录机制,带来RNA聚合酶和其他因子到目标位置,从而增加该基因的转录。

应用2:基因沉默

相同的原理适用于基因沉默,一个与Cas9融合的KRAB域,通过募集更多因子来使转录失活,从根本上阻止这个基因。


应用3:可视化基因组3D结构

还有一个使用CRISPR的创新想法,是将荧光蛋白附着到复合物上。这样您就可以看到,特定的DNA序列在细胞中的哪个位置,这在可视化基因组的3D结构等可能很有用,或是画出整个染色体,并跟随其在核中的位置。

可视化基因组的3D结构

染色体标记位置


 结 语 

ABOUT CRISPR

CRISPR已经改变了研究的初步情况,但是这些新想法表明,到目前为止已经取得的成就,可能只是冰山一角。


当谈到CRISPR的潜力时,接下来会发生什么,似乎CRISPR革命还远没有结束。

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