CRISPR-Cas9學(xué)習(xí)筆記

1. 背景

看到基因編輯技術(shù)這個題目,就想到這幾個問題
是什么?有什么分類?各有何不同?有什么用?優(yōu)缺點?選擇的依據(jù)?
先看中文文章可以快速了解背景,而后根據(jù)實驗設(shè)計需求,鉆研好的英文protocol。

目前已有的基因編輯技術(shù) (針對這點應(yīng)該加以展開,不過這里我只對自己需要用的CRISPR-Cas9進行了解)

(1)Clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/CRISPR-associated (Cas)9 第三代人
工核酸內(nèi)切酶(前兩代就是ZFN和TAILEN)。
(2)鋅指核酸內(nèi)切酶(zinc finger endonuclease,ZFN):是第一代人工核酸內(nèi)切酶

鋅指是一類能夠結(jié)合DNA的蛋白質(zhì),人類細胞的轉(zhuǎn)錄因子中大約有一半含有鋅指結(jié)構(gòu),ZFN 是將鋅指蛋白與核酸內(nèi)切酶 Fok I融合形成的核酸內(nèi)切酶,利用它可
以在各種復(fù)雜基因組的特定位置制造 DNA 的雙鏈
切口(這就是英文文獻中說到的DSB,當時只當是DNA雙鏈斷裂,卻不知其實叫做雙鏈切口)。
(3)類轉(zhuǎn)錄激活因子效應(yīng)物核酸酶(transcription activator-like effector nuclease,TALEN):第二代
人工核酸酶。
(4)人工核酸內(nèi)切酶(engineered endonuclease,
EEN)

以上三種基因編輯技術(shù)(1-3)均可用于各種復(fù)雜基因組的編輯。
But! 無論是 ZFN 還是 TALEN,這兩種人工核酸酶都是由 DNA 結(jié)合蛋白與核酸內(nèi)切酶Fok I融合而成,這就意味著,當需要對新的DNA靶點進行編輯的時候,就需要設(shè)計新的核酸內(nèi)切酶序列(結(jié)合之前英文文獻的說法,如有錯誤,請指正)。

2. CRISPR/Cas9是什么?

Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats(CRISPR):是在細菌中發(fā)現(xiàn)的有規(guī)律成簇又帶間隔的短回文序列,可以幫助細菌抵抗噬菌體的入侵,是細菌針對噬菌體的獲得性免疫(厲害吧!細菌也不是吃素的)。
Cas:CRIPSR/Cas系統(tǒng)有Type I、II 、III三種類型。而Type II則有一個標志性的Cas9 蛋白(分子質(zhì)量很大的多功能蛋白),主要參與 crRNA的成熟以及降解入侵的噬菌體 DNA 或是外源質(zhì)粒。CRISPR/Cas系統(tǒng)(識別+結(jié)合功能)和Cas9蛋白(剪切,降解)結(jié)合成復(fù)合體。

CRISPR/Cas9系統(tǒng)
5' tracrRNA+Cas9+Cas1, Cas2, Csn2+引導(dǎo)序列+CRISPR

3. CRISPR/Cas9的作用機制

這部分參考自http://blog.sciencenet.cn/blog-3160644-983657.html
首先,這是CRISPR/Cas9系統(tǒng) 訂正:TracrRNA和crRNA不一樣,crRNA的轉(zhuǎn)錄區(qū)域是CRISPR locus,而TrcarRNA部分則是在Cas基因上游轉(zhuǎn)錄,這部分由讀者Smile_c1a3
指出。這里放上更能概括內(nèi)容的圖于此:

image.png

以下部分中的TracrRNA 轉(zhuǎn)錄區(qū)域有誤,TracrRNA轉(zhuǎn)錄區(qū)域在Cas9基因上游

image.png

組裝系統(tǒng)
image.png

工作
image.png

應(yīng)用
image.png

1.1.3 CRISPR/Cas9的優(yōu)缺點

優(yōu)點:高效,方便,快捷。CRISPR/Cas9 的定點突變效率至少是 TALEN 的 2倍以上,并且誘發(fā)雙等位基因的效率更高
性缺點:有相當?shù)拿摪懈怕?/p>

4. CRISPR/Cas9的用途

CRISPR/Cas9被改造成第三代人工核酸內(nèi)切酶,用于復(fù)雜基因組的編輯,目前該技術(shù)應(yīng)用于人類細胞、斑馬魚、小鼠及細菌等五種的基因組精確修飾,例如各種基因工程小鼠。

5. 修飾類型(應(yīng)簡單學(xué)習(xí)一下)

  1. 基因定點 InDel 突變
  2. 基因定點敲入
  3. 兩位點同時突變和小片段的缺失

參考文獻:

  1. 方銳, 暢飛, 孫照霖, 等. CRISPR/Cas9 介導(dǎo)的基因組定點編輯技術(shù)[J]. 生物化學(xué)與生物物理進展, 2013, 40(8): 691-702.
  2. 程成, 舒鵬程, 彭小忠. CRISPR/Cas9 基因編輯系統(tǒng)研究進展[J]. 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床, 2018, 38(4): 543-547.
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