CRISPR再添新丁!新工具可以“粉碎”DNA

2019-04-15 编辑: 来源: 生物探索   作者:符苏
近日,Cell子刊《Molecular Cell》上新发了一篇题为“Introducing a Spectrum of Long-Range Genomic Deletions in Human Embryonic Stem Cells Using Type I CRISPR-Cas”的文章,揭示了一种新版本的CRISPR工具。

来自密歇根大学的国际团队在细菌体内发现了一种I型CRISPR-Cas3,证实其可以剪切人类细胞中的长片段DNA,类似于“DNA粉碎机”。

新版本CRISPR

CRISPR源自细菌体内的一套天然“免疫机制”,被用于防御入侵病毒和外源DNA。近十年,CRISPR被发现、挖掘,已经成为真核基因组编辑的常用工具之一。

我们现在常常提及的“魔剪技术”是指II型或V型CRISPR,传统组成包括基础版酿脓链球菌Cas9酶(SpCas9)、引导RNA(gRNA)。

现在,在这一新研究中,科学家们发现的是一种I型CRISPR。在细菌体内,I型CRISPR实际上比II型CRISPR更为常见。

他们发现,相比于现有的CRISPR-Cas9,I型CRISPR-Cas更擅长定位、删除更长的DNA片段。团队负责人、密歇根大学的Yan Zhang教授认为,这对于解析疾病病因,甚至于治疗与长片段DNA相关的疾病有着重要意义。

“DNA粉碎机”


 
他们以胚胎干细胞和HAP1细胞为材料,证实I型CRISPR能够依靠多亚基核糖核蛋白(RNP)复合体Cascade,识别目标DNA,随后在Cas3的作用下逐步降解DNA。

This is a representation of how the new technique is made possible in human cells (top box) and how it acts on DNA to create long-range deletions starting at a precise point. [Zhang lab, University of Michigan]

结果显示,这一剪切工具的编辑效率达到13-60%,且能够完成从几百到10万碱基的不同剪切。这些结果凸显了这一CRISPR-Cas3在长片段剪切上的潜能。

研究团队将这一工具称为“带有马达的DNA粉碎机”,因为它能够沿着DNA基因组移动一定距离,并且能够剪切基因。

此外,相比于CRISPR-Cas9系统,CRISPR-Cas3需要的引导RNA更长,而且因为目标搜索和剪切是两个步骤,所以CRISPR-Cas3可能更好控制,不太可能在错误的地方进行剪切。

Cas可以在需要的地方进行剪切,但是只能剪一刀。现在,这一最新发现的Cas3可以沿着染色体移动,并且进行成千上万的碱基删除。这意味着,它可以成为一个强大的基因筛选工具。

当科学家们研究非编码长链DNA时,这一工具可能会特别有用。此外,研究人员表示,Cas3在染色体上长距离传播的能力是现有Cas9技术无法实现的。所以,如果设计一种特殊的Cas3版,即能够沿着染色体延伸,但是无法剪切DNA,这或许可以成为基因工程领域的一个传递平台。



参考资料:

[1] Researchers develop treatment that turns tumors into cancer vaccine factories

[2]Introducing a Spectrum of Long-Range Genomic Deletions in Human Embryonic Stem Cells Using Type I CRISPR-Cas




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