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給Cas9一個on開關 以更好地控制CRISPR基因編輯

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2020-01-19瀏覽次數:637

CRISPR-Cas9是一種革命性的工具,部分原因在于其多功能性:由細菌產生的咀嚼病毒,在人體細胞中執行各種遺傳技術同樣有效,包括切割和粘貼DNA,產生精確突變和激活或滅活基因。

加州大學伯克利分校的研究人員現在通過提供“開啟”開關來實現更多功能,該開關允許用戶在除指定目標之外的所有細胞中保持Cas9基因編輯器關閉。

重新設計的Cas9酶,研究人員稱之為ProCas9,除了含有一定長度的蛋白質外,還需要在酶結合并裂解DNA之前進行剪切。如果科學家插入一小塊蛋白質只能被特定的酶切割,如癌細胞或感染性病毒或細菌特異性酶,那么這種酶就成了Cas9的觸發因素。

ProCas9基本上“感知”它所處的細胞類型,基于蛋白質裂解酶 - 一種所謂的蛋白酶 - 存在。

加州大學伯克利分校和分子細胞生物學副教授大衛薩維奇說:“這是一個額外的安全層,可以放在分子上,以確保切割準確。”

除了可編程輸出外,它還提供Cas9蛋白可編程輸入。

“有許多蛋白酶調節細胞中的信號通路,將正常細胞轉變為癌細胞,并參與病原體感染,”薩維奇說。 “如果我們能夠感知到這些信號,我們就可以利用這些重要的方式做出相應的反應。”

在這項研究中,Savage及其同事通過使Cas9對植物和人類病毒如西尼羅河病毒敏感來證明Cas9蛋白酶的控制。在未來,他們相信這項技術可用于將CRISPR-Cas9細菌免疫系統引入植物中,以幫助保護它們免受病毒病原體的侵害。

加州大學伯克利分校和舊金山格拉德斯通研究所的研究人員將在1月份的Cell雜志上發表研究報告。

剝奪Cas9的基本要素

Savage最初的研究目標是切割Cas9蛋白 - 實際上是切割DNA用于基因編輯的“剪刀” - 最簡單的部分是獲得最強大的基因編輯器。它越簡單,越容易使用和運輸到細胞。

“我們知道Cas蛋白是復雜的,它們具有多種調節因子,這些調節因子對細菌免疫系統的功能至關重要,”他說。 “我們工作的主要目標是馴服它們供人類使用,并刪除與基因組編輯無關的不必要的東西。”

特別是,他想重新設計Cas9,以便更容易附著其他蛋白質。這將允許Cas9將具有多種功能的蛋白質攜帶到DNA上的正確位置。這些被稱為融合蛋白,有希望的變體可以改變基因表達,或者在稱為堿基編輯的技術的情況下,以精確的準確度改變DNA中的堿基或核苷酸。

他用來重新設計Cas9的技術,稱為圓形排列,從未嘗試像Cas9那樣復雜的蛋白質。循環取代包括取Cas9蛋白的氨基酸串并切割它,切換兩個片段的順序,然后將其折疊成新的3D配置。他這樣做的所有可能方法是將蛋白質切成兩塊。

雖然您可能認為這會完全破壞蛋白質,但在大約10%的情況下,新蛋白質仍然起作用,就像他只是以不同方式重排蛋白質亞基而不影響它們的功能一樣。這可能是有效的,因為正如CRISPR-Cas9發明者Jennifer Doudna和她的同事所表明的那樣,Cas9蛋白復合物具有高度的靈活性,當它捕獲引導RNA時會移動,與DNA結合并移動到位。削減DNA鏈。

Savage目前正在探索一些Cas9重排,這些重排可能為融合蛋白提供更好的支架,使它們更接近它們靶向的DNA鏈。

在重新安排Cas9支架的過程中,他偶然發現了重新連接兩個蛋白質碎片的方式。

“當我們切割蛋白質并將舊片段移動到蛋白質中的新位置時,系統對兩個片段連接在一起的方式變得非常敏感,”他說。 “我們意識到我們可以利用這種敏感性設計蛋白質來獲得蛋白酶識別位點。”

該研究表明,“我們并沒有堅持大自然賦予我們的基因組增強蛋白質,”他說。 “這些蛋白質可以仔細優化,成為自然界中沒有的支架,但具有適合人體細胞的特性。”

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