CRISPR

CRISPR的可能机制示意图[1]

CRISPRIPA:/ˈkrɪspər/;DJ:/ˈkrispə/;KK:/ˈkrɪspɚ/)是存在于细菌中的一类基因组,该类基因组中含有曾攻击过该细菌的病毒的基因片段。细菌通过这些基因片段来侦测并抵御类似病毒的攻击,摧毁其DNA。这类基因组是细菌免疫系统的关键组成部分。通过这类基因组,人类可以准确有效地编辑有机体内的部分基因,也即CRISPR/Cas9基因编辑技术。

CRISPR/Cas系統,為目前發現存在於多數細菌与绝大多数的古菌中的一種後天免疫系統[2],以消滅外來的質體或者噬菌體[3][4],并在自身基因组中留下外来基因片段作为“记忆”[5]。全名為常間回文重複序列叢集/常間回文重複序列叢集關聯蛋白系統Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/CRISPR-associated proteins)。

目前已發現三種不同類型的 CRISPR/Cas系統,存在于大约40%和90%已测序的细菌古菌[6][7]。其中第二型的組成較為簡單,以Cas9蛋白以及嚮導RNA(gRNA)為核心的組成。

Cas9是第一个被廣泛應用的CRISPR核酸酶,其次是Cpf1,其在新泽西弗朗西斯菌CRISPR/Cpf1系统中被发现[8][9]。其他这样的系统被认为存在[10]

由於其對DNA干擾(DNAi)的特性(参见RNAi),目前被積極地應用於遺傳工程中,作為基因體剪輯工具,與鋅指核酸酶(ZFN)及類轉錄活化因子核酸酶(TALEN)同樣利用非同源性末端接合(NHEJ)的機制,於基因體中產生脱氧核醣核酸的雙股斷裂以利剪輯。二型CRISPR/Cas並經由遺傳工程的改造應用於哺乳類細胞及斑馬魚的基因體剪輯[11][12]。其設計簡單以及操作容易的特性為最大的優點。未來將可應用在各種不同的模式生物當中。

Cascade
(CRISPR相關病毒防禦複合體)
Structure of crRNA-guided E. coli Cascade complex (Cas, 蓝色) bound to single-stranded DNA (桔色).
标识
生物 大肠杆菌(Escherichia coli)
符号 ?
PDB 4QYZ
其他数据

发现历史

聚簇DNA重复的发现始于世界三个地区的三个独立地点。我们今天称为CRISPR的基因组重复丛集,即原核生物拟核DNA链中的丛生重复序列,在1987年一份由大阪大学石野良純領銜的大腸桿菌研究报告中被首次描述[13]。2000年,相似的重复序列在其它真细菌和古细菌中被发现,并被命名为短间隔重复序列(Short Regularly Spaced Repeats,SRSR)。[14]2002年SRSR被重命名为CRISPR,其中一部分基因编码的蛋白为核酸酶解旋酶这些关联蛋白(Cas, CRISPR-associated proteins)与CRISPR组成了CRISPR/Cas系统。[15]

Cas9

科学家还研究了来自化脓性链球菌的更简单的CRISPR系统,其依赖于蛋白Cas9。Cas9内切核酸酶是包含两个小RNA分子的四组分系统[16]

詹妮弗·杜德纳埃马纽埃尔·卡彭蒂耶張鋒各自独立的探索CRISPR关联蛋白,了解细菌如何在它们的免疫防御使用间隔(spacer)。她们共同研究一个比较简单的依赖于称为Cas9蛋白质的CRISPR系统。

Cpf1

在2015年,核酸酶Cpf1被发现在新泽西弗朗西斯菌CRISPR/Cpf1系统[8][9]。其他这样的系统被认为存在[10]。Cpf1显示了与Cas9的几个关键差异,包括:导致双链DNA中的“交错”切割,而不是由Cas9产生的“钝的”切割,依赖于“富含T碱基”的原间隔序列(Protospacer)相邻基序(为Cas9提供替代的靶向位点) 仅需要CRISPR RNA(crRNA)用于成功靶向(使用Cas9同时需要crRNA和一个反式激活的crRNA(tracrRNA))。

評價

在2012年和2013年,CRISPR是《科学杂志》年度突破的第二名。在2015年,它是该奖项的赢家。CRISPR在2014年和2016年被《麻省理工科技評論》评为10项突破技术之一[17][18]

参阅

參考文獻

  1. Horvath P, Barrangou R. . Science. January 2010, 327 (5962): 167–70. PMID 20056882. doi:10.1126/science.1179555.
  2. Westra ER, Swarts DC, Staals RH, Jore MM, Brouns SJ, van der Oost J. . Annu Rev Genet. 2012, 46: 311–339. PMID 23145983.
  3. Barrangou R, Fremaux C, Deveau H; 等. . Science. March 2007, 315 (5819): 1709–12. PMID 17379808. doi:10.1126/science.1138140.
  4. Marraffini LA, Sontheimer EJ. . Science. December 2008, 322 (5909): 1843–5. PMC 2695655. PMID 19095942. doi:10.1126/science.1165771.
  5. Marraffini LA, Sontheimer EJ. . Nat Rev Genet. February 2010, 11 (3): 181–190. PMC 2928866. PMID 20125085. doi:10.1038/nrg2749.
  6. 71/79 Archaea, 463/1008 Bacteria CRISPRdb, Date: 19.6.2010
  7. Grissa I, Vergnaud G, Pourcel C. . BMC Bioinformatics. 2007, 8: 172. PMC 1892036. PMID 17521438. doi:10.1186/1471-2105-8-172.
  8. 1 2 Zetsche B, Gootenberg JS, Abudayyeh OO, Slaymaker IM, Makarova KS, Essletzbichler P, Volz SE, Joung J, van der Oost J, Regev A, Koonin EV, Zhang F. . Cell. October 2015, 163 (3): 759–71. PMID 26422227. doi:10.1016/j.cell.2015.09.038.
  9. 1 2 Fonfara I, Richter H, Bratovič M, Le Rhun A, Charpentier E. . Nature. April 2016, 532 (7600): 517–21. PMID 27096362. doi:10.1038/nature17945.
  10. 1 2 . The Economist. [2016-05-25]. ISSN 0013-0613.
  11. Mali P, Yang L, Esvelt KM, Aach J, Guell M, Dicarlo JE, Norville JE, Church GM. . Science. 2013. PMID 23287722.
  12. Hwang WY, Fu Y, Reyon D, Maeder ML, Tsai SQ, Sander JD, Peterson RT, Yeh JR, Joung JK. . Nat Biotechnol. 2013. PMID 23360964. doi:10.1038/nbt.2501.
  13. Ishino Y, Shinagawa H, Makino K, Amemura M, Nakata A. . J Bacteriol. 1987, 169 (12): 5429–33. PMC 213968. PMID 3316184.
  14. Mojica FJM, Díez-Villaseñor C, Soria E, Juez G. . Mol Microbiol. 2000, 36 (1): 244–6. PMID 10760181. doi:10.1046/j.1365-2958.2000.01838.x.
  15. Jansen R, Embden JD, Gaastra W, Schouls LM. . Mol Microbiol. 2002, 43 (6): 1565–75. PMID 11952905. doi:10.1046/j.1365-2958.2002.02839.x.
  16. Barrangou R. . Genome Biology. November 2015, 16: 247. PMC 4638107. PMID 26549499. doi:10.1186/s13059-015-0816-9.
  17. Talbot D. . Massachusetts Institute of Technology. 2016 [18 March 2016].
  18. Larson C, Schaffer A. . Massachusetts Institute of Technology. 2014 [18 March 2016].

外部链接

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.