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Nature Communications:迄今为止最小的Cas9基因剪刀

2017/03/05 来源:生物通/万纹
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导读
IBS科学家发现了迄今为止最小的CRISPR-Cas9家族成员,研究表明它可以通过腺相关病毒编辑突变致盲基因。


韩国基础科学研究所(Institute for Basic Science, IBS),韩国首尔大学等处的研究人员设计出了目前最小的CRISPR-Cas9,并通过腺伴随病毒(AAV)将其递送到了肌细胞和小鼠的眼睛里,用以编辑导致失明的基因。

这一研究成果发表在Nature Communications上,这种CRISPR-Cas9系统源自空肠弯曲杆菌(CjCas9),未来也许会成为一种有效治疗一般疾病和“无药可救”的疾病的新工具。

CRISPR-Cas9红得发紫,作为“基因剪刀”蛋白,Cas9需要在导向RNA指引下在精确靶基因位置进行切割。CRISPR-Cas9复合物要想到达靶标DNA,就需要通过质粒或病毒递送。IBS基因组工程中心主任KIM Jin Soo解释说:“AAV是一种在体内表达目标基因的有效和安全的载体,已广泛用于基因治疗。”

天然状态下,Cas9是细菌的免疫武器,切割可能损害细菌的病毒DNA。最常见的CRISPR-Cas9技术使用的是源自细菌化脓性链球菌的Cas9。然而这个蛋白由1,368个氨基酸组成,体积太大不能通过AAV包装和递送。即使科学家们将其分成两部分,分别包装在不同的病毒,也会出现其它的问题,如需要两倍的病毒量,活性要比完整的Cas9小。金黄色葡萄球菌Cas9也可以用于基因编辑,且体积稍小(1,053个氨基酸),因此它可以通过AAV传输,但这种Cas9又没有足够的空间可以装载其它蛋白。

在这项最新研究中,研究人员发现CjCas9大小合适,而且高效,这个蛋白有984个氨基酸,可以与多个导向RNAs,还有荧光报告基因一同包装进AAV中。

为了利用细菌蛋白进行基因编辑,研究人员优化了这一技术,他们设计了一个短的DNA序列,接在紧挨着Cas9靶向的DNA序列,即Protospacer Adjacent Motif(PAM)。每个不同的Cas9需要一个特定的PAM序列,否则就无法结合,并切割靶标DNA序列。此外,研究人员还修改了导向RNA的长度。

完成这种优化后,研究人员将新的CRISPR-Cas9复合体,连同两个导向RNA和荧光报告蛋白一起包装到AAV中,朝着小鼠肌肉和眼睛中的突变基因传递。他们主要聚焦于涉及年龄相关性黄斑变性(AMD)的两个基因,这也是成年人失明的主要原因之一。

一个基因是ADM的常见治疗靶标,称为血管内皮生长因子A(VEGF A),另一个基因是激活VEGF A的转录的转录因子:HIF-1a。后者此前并未被当作药物靶标。在这项研究中,研究小组证明CjCas9通过AAV传递到了视网膜,可以有效地使小鼠中的Hif-1a和VEGF A失活,并减少脉络膜新血管形成(CNV)的面积。

KIM Jin-Soo解释说:“CjCas9具有高度特异性,不会出现基因组中的脱靶突变。”

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