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给Cas9一个on开关 以更好地控制CRISPR基因编辑

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2020-01-19浏览次数:637

CRISPR-Cas9是一种革命性的工具,部分原因在于其多功能性:由细菌产生的咀嚼病毒,在人体细胞中执行各种遗传技术同样有效,包括切割和粘贴DNA,产生精确突变和激活或灭活基因。

加州大学伯克利分校的研究人员现在通过提供“开启”开关来实现更多功能,该开关允许用户在除指定目标之外的所有细胞中保持Cas9基因编辑器关闭。

重新设计的Cas9酶,研究人员称之为ProCas9,除了含有一定长度的蛋白质外,还需要在酶结合并裂解DNA之前进行剪切。如果科学家插入一小块蛋白质只能被特定的酶切割,如癌细胞或感染性病毒或细菌特异性酶,那么这种酶就成了Cas9的触发因素。

ProCas9基本上“感知”它所处的细胞类型,基于蛋白质裂解酶 - 一种所谓的蛋白酶 - 存在。

加州大学伯克利分校和分子细胞生物学副教授大卫萨维奇说:“这是一个额外的安全层,可以放在分子上,以确保切割准确。”

除了可编程输出外,它还提供Cas9蛋白可编程输入。

“有许多蛋白酶调节细胞中的信号通路,将正常细胞转变为癌细胞,并参与病原体感染,”萨维奇说。 “如果我们能够感知到这些信号,我们就可以利用这些重要的方式做出相应的反应。”

在这项研究中,Savage及其同事通过使Cas9对植物和人类病毒如西尼罗河病毒敏感来证明Cas9蛋白酶的控制。在未来,他们相信这项技术可用于将CRISPR-Cas9细菌免疫系统引入植物中,以帮助保护它们免受病毒病原体的侵害。

加州大学伯克利分校和旧金山格拉德斯通研究所的研究人员将在1月份的Cell杂志上发表研究报告。

剥夺Cas9的基本要素

Savage最初的研究目标是切割Cas9蛋白 - 实际上是切割DNA用于基因编辑的“剪刀” - 最简单的部分是获得最强大的基因编辑器。它越简单,越容易使用和运输到细胞。

“我们知道Cas蛋白是复杂的,它们具有多种调节因子,这些调节因子对细菌免疫系统的功能至关重要,”他说。 “我们工作的主要目标是驯服它们供人类使用,并删除与基因组编辑无关的不必要的东西。”

特别是,他想重新设计Cas9,以便更容易附着其他蛋白质。这将允许Cas9将具有多种功能的蛋白质携带到DNA上的正确位置。这些被称为融合蛋白,有希望的变体可以改变基因表达,或者在称为碱基编辑的技术的情况下,以精确的准确度改变DNA中的碱基或核苷酸。

他用来重新设计Cas9的技术,称为圆形排列,从未尝试像Cas9那样复杂的蛋白质。循环取代包括取Cas9蛋白的氨基酸串并切割它,切换两个片段的顺序,然后将其折叠成新的3D配置。他这样做的所有可能方法是将蛋白质切成两块。

虽然您可能认为这会完全破坏蛋白质,但在大约10%的情况下,新蛋白质仍然起作用,就像他只是以不同方式重排蛋白质亚基而不影响它们的功能一样。这可能是有效的,因为正如CRISPR-Cas9发明者Jennifer Doudna和她的同事所表明的那样,Cas9蛋白复合物具有高度的灵活性,当它捕获引导RNA时会移动,与DNA结合并移动到位。削减DNA链。

Savage目前正在探索一些Cas9重排,这些重排可能为融合蛋白提供更好的支架,使它们更接近它们靶向的DNA链。

在重新安排Cas9支架的过程中,他偶然发现了重新连接两个蛋白质碎片的方式。

“当我们切割蛋白质并将旧片段移动到蛋白质中的新位置时,系统对两个片段连接在一起的方式变得非常敏感,”他说。 “我们意识到我们可以利用这种敏感性设计蛋白质来获得蛋白酶识别位点。”

该研究表明,“我们并没有坚持大自然赋予我们的基因组增强蛋白质,”他说。 “这些蛋白质可以仔细优化,成为自然界中没有的支架,但具有适合人体细胞的特性。”