Cell新突破:CRISPR技术助力转录调控研究

【字体: 时间:2013年07月15日 来源:生物通

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  CRISPRs技术成为了最近的新宠儿,这种基因组编辑技术更易于操作,也具有更强的扩展性,近期来自加州大学旧金山分校,伯克利分校等处的研究人员指出CRISPR技术可以用于真核细胞转录调控研究,CRISPRi可以作为真核细胞基因表达精确调控的一种通用工具。这一研究成果公布在Cell杂志在线版上。

  生物通报道:CRISPRs技术成为了最近的新宠儿,这种基因组编辑技术更易于操作,也具有更强的扩展性,近期来自加州大学旧金山分校,伯克利分校等处的研究人员发表了题为“CRISPR-Mediated Modular RNA-Guided Regulation of Transcription in Eukaryotes”的文章,指出CRISPR技术可以用于真核细胞转录调控研究,CRISPRi可以作为真核细胞基因表达精确调控的一种通用工具。这一研究成果公布在Cell杂志在线版上。

领导这一研究的是加州大学旧金山分校的Jonathan S. Weissman研究组,华裔科学家齐磊(Lei S. Qi,音译)博士也参与了该项研究。

CRISPRs全称为规律成簇间隔短回文重复(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats),这是一类广泛分布于细菌和古菌基因组中的重复结构。研究表明,CRISPR与一系列相关蛋白、前导序列一起,能为原核生物提供对抗噬菌体等外源基因的获得性免疫能力。

此前这一研究组发现当缺失核酸内切酶活性的Cas9与一种导向RNA共表达时候,会产生一种DNA识别复合物,这种复合物能特异性干扰转录延伸,RNA聚合酶结合,或转录因子结合。研究人员将这个系统称为CRISPR干扰(CRISPRi),指出这一系统能有效抑制大肠杆菌中靶向基因的表达,并且不会出现脱靶效应。而且利用CRISPRi,还可以同时抑制多个靶基因,这种作用也是可逆。

在这一基础上,研究人员进一步发现在不同的调控功能元件的效应位点,加入dCas9,能促进其稳定和有效转录的抑制或激活,这一点在人类和酵母细胞中都得到了证实。

同时将dCas9耦合到转录抑制结构域还能极大的增强多个内源性基因的表达沉默。此外研究人员还利用RNA-seq分析表明,CRISPR干扰(CRISPRi)介导的转录抑制特异性很高。

这些研究数据均表明,研究人员建立的CRISPR系统可以作为一个模块化,灵活的DNA结合平台,用于针对靶向DNA序列蛋白召集,这也表明CRISPRi可以作为真核细胞基因表达精确调控的一种通用工具。

此外近期Cell杂志上也公布了另外一项CRISPR技术的新进展:研究人员利用CRISPR/ Cas的系统,在一个多细胞生物体内改变多个基因,快速和高效地培育转基因小鼠。

利用CRISPR/Cas技术能够产生小鼠突变体(甚至在不使用ESC的情况下),遗传研究可能不再局限于有限的几种模式生物,并且这几种模式生物都是依赖于ESC培育而成的,因而这也是常规性培育模式生物所面临的一种限制。

(生物通:张迪)

原文摘要:

CRISPR-Mediated Modular RNA-Guided Regulation of Transcription in Eukaryotes

The genetic interrogation and reprogramming of cells requires methods for robust and precise targeting of genes for expression or repression. The CRISPR-associated catalytically inactive dCas9 protein offers a general platform for RNA-guided DNA targeting. Here, we show that fusion of dCas9 to effector domains with distinct regulatory functions enables stable and efficient transcriptional repression or activation in human and yeast cells, with the site of delivery determined solely by a coexpressed short guide (sg)RNA. Coupling of dCas9 to a transcriptional repressor domain can robustly silence expression of multiple endogenous genes. RNA-seq analysis indicates that CRISPR interference (CRISPRi)-mediated transcriptional repression is highly specific. Our results establish that the CRISPR system can be used as a modular and flexible DNA-binding platform for the recruitment of proteins to a target DNA sequence, revealing the potential of CRISPRi as a general tool for the precise regulation of gene expression in eukaryotic cells.


 

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