华人学者齐磊:比CRISPR-Cas9更优的CRISPRi

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2016年3月11日 来源:生物通

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  结合21世纪最强大的两种生物学工具,Gladstone研究所的科学家第一次采用CRISPR-Cas9系统的变种技术,改变了读取诱导多能干细胞(iPSCs)基因组的方式。这是在构建遗传病细胞模型上取得的一个重大技术进步。

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生物通报道  结合21世纪最强大的两种生物学工具,Gladstone研究所的科学家第一次采用CRISPR-Cas9系统的变种技术,改变了读取诱导多能干细胞(iPSCs)基因组的方式。这是在构建遗传病细胞模型上取得的一个重大技术进步。

在发表于《细胞干细胞》(Cell Stem Cell)杂志上的一项研究中,研究人员采用了改良版本的CRISPR——CRISPR干扰(CRISPRi)失活了iPSCs和用iPSCs构建的心脏细胞中的一些基因。论文的共同作者齐磊(Stanley Qi)博士率先在2013年报道了这种方法(华裔博士连发Cell,Nature:基因沉默新技术 )。近年来齐磊在CRISPR研究领域取得了一系列突破性进展,在Cell、Nature Biotechnology、Nature Methods等杂志上接连发表了多篇研究论文。新年伊始,齐磊博士还接受了国际学术期刊《Journal of Cell Science》的采访(华人学者齐磊对话:科学家即梦想家 )。

CRISPRi显著地改良了原始的CRISPR-Cas9系统,使得能够更精确和有效地沉默(关闭)基因。CRISPRi还能够灵活地逆转及小心地控制基因抑制量(CRISPR功能研究入门指南(CRISPRi))。

标准CRISPR系统利用Cas9蛋白,通过在细胞DNA中造成小切口来删除基因组某一精确的部分。CRISPRi是建立在这一技术之上,利用了一种特殊失活版本的Cas9蛋白和另一个抑制蛋白KRAB。这些蛋白定位在基因组的靶位点上,无需切割DNA就可以抑制基因表达。让科学家们吃惊地是,以这种方式暂时地沉默基因表达比永久切割基因组更加地一致。

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论文的资深作者、Gladstone心血管疾病研究所和Roddenberry干细胞中心的高级研究员Bruce Conklin说:“我们对两种系统之间性能的显著差异感到吃惊。我们认为,永久切割基因组是比沉默基因更有效的方法,但实际上CRISPRi如此地精确,且能紧密地结合基因组,它确实是沉默基因更好的方式。”

在这项研究中,研究人员比较了CRISPRi和CRISPR-Cas9沉默控制iPSC多能性的一个特殊基因的状况。他们发现CRISPRi的效率比CRISPR-Cas9高得多:利用CRISPRi,95%以上细胞中的靶基因被沉默,而采用CRISPR-Cas9的细胞为60-70%。并且CRISPRi没有造成任何脱靶基因表达改变,像在细胞基因组中非期望的插入或删除等——这是采用CRISPR-Cas9要考虑的一个问题。

CRISPRi就像切换开关那样发挥作用,使得科学家们只需简单地除去开启基因抑制子的化学物质,就可以逆转基因抑制。此外,研究人员能够通过改变他们添加的化学物质的量来微调他们沉默基因的程度。两者都支持了更全面地调查影响发育和疾病的某些基因。

研究人员在iPSCs、T细胞和用干细胞生成的心脏细胞中均证实了CRISPRi更为强大的能力。例如他们利用基因组编辑来抑制对心脏功能至关重要的一个基因构建出了心脏病模型。

论文的第一作者、Gladstone研究所研究人员Mohammad Mandegar博士说:“在构建疾病相关细胞类型上CRISPRi有一个重要的优势。利用这一技术,我们可以在用iPSCs生成的同质心脏细胞群中模拟疾病。这使得我们能够更容易地研究遗传病,并有可能鉴别出一些新治疗靶点。”

生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

CRISPR Interference Efficiently Induces Specific and Reversible Gene Silencing in Human iPSCs

Developing technologies for efficient and scalable disruption of gene expression will provide powerful tools for studying gene function, developmental pathways, and disease mechanisms. Here, we develop clustered regularly interspaced short palindromic repeat interference (CRISPRi) to repress gene expression in human induced pluripotent stem cells (iPSCs). CRISPRi, in which a doxycycline-inducible deactivated Cas9 is fused to a KRAB repression domain, can specifically and reversibly inhibit gene expression in iPSCs and iPSC-derived cardiac progenitors, cardiomyocytes, and T lymphocytes. This gene repression system is tunable and has the potential to silence single alleles. Compared with CRISPR nuclease (CRISPRn), CRISPRi gene repression is more efficient and homogenous across cell populations. The CRISPRi system in iPSCs provides a powerful platform to perform genome-scale screens in a wide range of iPSC-derived cell types, dissect developmental pathways, and model disease.

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