PNAS:中国学者利用CRISPR/dCas9构建新型遗传操作工具

【字体: 时间:2018年12月29日 来源:生物通

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  上海巴斯德所研发出在恶性疟原虫中进行基因编辑的新型遗传操作工具

  

疟疾与艾滋病、结核病一起被列为全球三大传染性疾病。疟原虫是引起疟疾的真核病原微生物,其中恶性疟原虫的感染致死率最高。分子水平的遗传操作是研究恶性疟原虫病理学以及抗药机制的重要工具。然而,疟原虫中通过同源重组机制进行基因修饰的效率极低,而且恶性疟原虫缺乏可运行RNAi机制的关键原件,因而对疟原虫的研究急需发展一种高效简便的基因编辑工具。 

12月24日,国际重要学术期刊《美国科学院院报》PNAS在线发表了中国科学院上海巴斯德研究所江陆斌研究组题为“Epigenetic editing by CRISPR/dCas9 in Plasmodium falciparum”的最新研究成果。文章的通讯作者为江陆斌研究员,肖波为第一作者。



图A: CRISPR/dCas9-GCN5 系统激活基因表达示意图与激活恶性疟原虫Rh4基因表达 

  图B: CRISPR/dCas9-Sir2a系统抑制基因表达示意图与抑制恶性疟原虫Eba-175基因表达 

一直以来,拥有一种能够随意控制基因表达的技术成了很多生物学家的梦想。CRISPR/Cas9系统的出现满足了这种需要,Cas9就像是一把DNA剪刀,在sgRNA的带领下,特异性地切割目的序列,并形成DNA双链断裂。后来的研究通过失活Cas9的核酸内切酶的活性而获得了dead Cas9(dCas9),dCas9只会在sgRNA的引导下特异性的结合到目的位点,而不会产生切割。将dCas9与一些表观遗传修饰因子相偶联,可以高效地对特定基因进行转录水平的调节。

江陆斌研究团队利用CRISPR/dCas9系统,在恶性疟原虫中成功构建了基于表观遗传修饰的新型基因编辑工具。分别将dCas9与恶性疟原虫乙酰转移酶(PfGCN5)和去乙酰化酶 (PfSir2a)融合表达。在特异性sgRNA 的引导下,dCas9重组蛋白可以在靶基因的转录起始位点(TSS)附近特异性调节染色质组蛋白乙酰化修饰水平,从而控制该基因表达的沉默或激活。

研究人员运用此新型CRISPR/dCas9技术,分别对恶性疟原虫感染人体红细胞的二个关键基因PfRh4和PfEBA-175成功地进行了表达调控,并诱导出相应的感染表型的变化。在此基础上,该团队进一步鉴定出恶性疟原虫生长必需基因PfSET1参与调节恶性疟原虫红内期生长过程的分子基础。该研究成果为恶性疟原虫基因编辑提供了新的有效的遗传操作工具,为恶性原虫功能基因组学研究提供了强大的遗传操作系统。  

原文标题:

Epigenetic editing by CRISPR/dCas9 in Plasmodium falciparum




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