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CRISPR/CAS13D介导的猪体细胞和单毒性胚胎中的有效KDM5B mRNA敲低
需要一种有效的mRNA敲低策略来探索细胞和胚胎中的基因功能，尤其是在早期胚胎发育过程中了解母体mRNA衰变的过程。cas13是一种新型的RNA靶向CRISPR效应蛋白，可以结合并切割互补的单链RNA，该RNA已用于小鼠和人类细胞中的mRNA敲低以及植物中的RNA病毒干扰。cas13尚未据报道用于猪。在当前的研究中，我们探讨了猪中CRISPR/ CAS13D介导的内源性RNA敲低的可行性。KDM5B是H3K4ME3的组蛋白去甲基酶，在转录水平下下调了50％，在猪成纤维细胞中，CRISPR/CAS13D在转录水平下被下调。敲低KDM5B诱导的H3K4ME3表达，并降低了H3K27ME3，H3K9ME3，H3K4AC，H4K8AC和H4K12AC的丰度。这些变化影响了细胞增殖和细胞周期。此外，将CRISPR/CAS13D系统稳定地整合到猪基因组中，导致CAS13D的连续表达和KDM5B的持续敲低。最后，在猪par植物发育胚胎中进一步验证了CAS13D的RNA靶向潜力。通过将cas13d mRNA和靶向KDM5B的GRNA的显微注射到猪卵母细胞中，KDM5B的表达被下调，H3K4ME3的丰度按预期增加，并且胚胎发育相关基因的表达被相应地更改。这些结果表明CRISPR/CAS13D为猪的时空转录操作提供了易于编程的平台。繁殖（2021）162 149–160
![arXiv:2409.05938v1 [q-bio.QM] 2024 年 9 月 9 日](/simg/0\0272ccc6b52372b7fb02c15d656e0c8c379710cb.png)
arXiv:2409.05938v1 [q-bio.QM] 2024 年 9 月 9 日
摘要。自从 CRISPR-Cas9 问世以来，这项突破性的基因编辑技术可以通过短 RNA 引导序列实现精确的基因组修饰，该技术在各个领域的可及性和应用显著增加。CRISPR-Cas9 的成功刺激了进一步的投资，并导致了更多 CRISPR 系统的发现，包括 CRISPR-Cas13。与针对 DNA 的 Cas9 不同，Cas13 针对 RNA，为基因调控提供了独特的优势。我们专注于 Cas13d，这是一种以其附带活性而闻名的变体，它在激活后会非特异性地切割相邻的 RNA 分子，这是对其功能至关重要的特征。我们介绍了 DeepFM-Crispr，这是一种新型深度学习模型，旨在预测 Cas13d 的靶向效率并评估其脱靶效应。该模型利用大型语言模型生成富含进化和结构数据的综合表示，从而增强对 RNA 二级结构和整体 sgRNA 功效的预测。基于转换器的架构处理这些输入以产生预测功效分数。对比实验表明，DeepFM-Crispr 不仅超越了传统模型，而且在预测准确性和可靠性方面也优于最近最先进的深度学习方法。
使用新的CRISPR工具的创新抗病毒防御
细菌DNA中的酥脆/CAS系统有助于这些细菌产生对穿透噬菌体的抗性。RNA目标仪式（例如CRISPR/CAS13）在细胞核中具有强大的功能，以中断这些抗性。，但它们在细胞的胞质中效率低下，在这些细胞的细胞中，许多RNA病毒被复制。在RER博士的指导下，Helmholtz Munich的发展遗传学研究所的科学团队和TUM的发展遗传学主席。nat。Wolfgang Wurst与Helmholtz Munich的Virogie研究所以及TUM和TUM的Tum和Virogie研究所进行了密切合作，已开发了一种解决方案：CAS13D NCS。这种新的分子工具使位于细胞核中的CRISPR-RNA分子可以远足进入Cyto血浆，并在高效的高效中中和RNA病毒（自然2024; doi：10.1038/s41421–00672–1）。研究小组的例证表明，感染SARS-COV-2的细胞的CAS13D NC治疗可防止SARS-COV-2（绿色）在细胞质中的传播。这一进展为开发针对病毒感染的主动防御策略打开了大门。suk
通过 Cas13d- 调节代谢功能...
体内 RNA 敲低在疾病建模和治疗方面具有巨大潜力。尽管 CRISPR/Cas9 介导的永久性敲除靶基因的方法层出不穷，但针对 RNA 进行破坏的策略在治疗获得性代谢疾病（当不适合永久性修改基因组 DNA 时）和 RNA 病毒感染疾病（当没有致病 DNA 时，例如 SARS-Cov-2 和 MERS 感染）方面具有优势。最近，RNA 靶向 CRISPR 效应物 Cas13d 家族已被证明能够在体外实现对哺乳动物细胞中细胞 RNA 的强效下调（Konermann 等人，2018 年）。在各种 Cas13d 亚型中，CasRx（RfxCas13d）在 HEK293T 细胞中表现出最强的 RNA 敲低效率（Konermann 等人，2018 年）。然而，Cas13d 的 RNA 靶向活性仍需在体内进行验证。在本研究中，CasRx 系统被证明可以在小鼠肝细胞中有效且功能性地敲低与代谢功能相关的基因，包括 Pten 、 Pc- sk9 和 lncLstr 。CasRx 介导的多个基因同时敲低也可以通过 sgRNA 阵列实现，这为调节复杂的代谢网络提供了一种有用的策略。此外，AAV（腺相关病毒）介导的 CasRx 和 Pcsk9 sgRNA 递送到小鼠肝脏中成功降低了血清 PCSK9，从而显着降低血清胆固醇水平。重要的是，CasRx 介导的 Pcsk9 敲低是可逆的，并且 Pcsk9 可以反复下调，这为可逆地调节代谢基因提供了一种有效的策略。本研究提供了一个成功的概念验证试验，表明有效和调控性地敲低目标代谢基因，以实现肝脏中的设计代谢调节。代谢调节基因的靶向抑制通常用于建模和开发代谢疾病的治疗方法（Moller，2012 年）。近年来，使用各种调节剂实现了许多代谢调节策略，包括许多小分子化合物、核酸和治疗性多肽/蛋白质，靶向单个或多个特定分子产物，如酶、循环蛋白、细胞表面受体和细胞 RNA（Moller，2012 年）。代谢调控的应用
体外 CRISPR/CasRx 介导的 RNA 编辑方法
与使用 CRISPR/Cas 系统进行 DNA 操作不同，关于基于 CRISPR/Cas 的 RNA 修饰的文献严重缺乏。最近，科学家对 Cas13 酶进行了表征，并证明可编程 RNA 编辑在效率和特异性方面优于现有的 RNA 靶向方法（Abudayyeh 等人，2017 年；Cox 等人，2017 年；Liu 等人，2017 年；Konermann 等人，2018 年）。据报道，由于缺乏基因组改变，CRISPR/Cas13 也比现有的 CRISPR/Cas 系统更安全。2018 年，最小的 RNA 靶向 Cas 核酸酶 Cas13d 被描述。在 Cas13d 家族中，来自 Ruminococcus flavifaciens 的 CasRx（也称为 RfxCas13d）具有最高的 RNA 裂解活性和在人类细胞中的特异性。CasRx 的 RNA 靶向也比短发夹 RNA (shRNA) 干扰效果更好。重要的是，Cas13d 核酸酶可以处理 CRISPR 阵列，从而实现多重靶向（Konermann 等人，2018 年）。随后对 CasRx 的研究表明，在各种动物模型中可以有效地敲低信使 RNA (mRNA)，并在植物中实现转基因表达（Mahas 等人，2019 年；Kushawah 等人，2020 年）。值得注意的是，使用 AAV 载体在新生血管性年龄相关性黄斑变性 (nAMD) 小鼠模型中证明了 CRISPR/CasRx 的治疗潜力。 CRISPR/CasRx 系统的递送成功抑制了血管内皮生长因子 (VEGF) 的 mRNA，这是致病性眼部血管生成的关键因素，并且随后显示出脉络膜新生血管 (CNV) 面积的减少，这是 nAMD 的标志 ( Zhou et al., 2020 )。这些研究表明 CRISPR/CasRx 系统的治疗潜力。在这里，我们描述了三种不同的方法来有效地进行 CRISPR/CasRx 介导的血管内皮生长因子 A (VEGFA) 的 RNA 敲低。我们通过靶向 VEGFA mRNA，使用不同形式的单向导 RNA (sgRNA) 检查了 CRISPR/CasRx 系统的 RNA 敲低效率。为了应用于治疗学开发，我们生成了由 CasRx 和单个前 sgRNA 或多个前 sgRNA（阵列）组成的一体化 AAV 构建体，以检查系统的 RNA 敲除效率。本文介绍了使用 CasRx 和向导 RNA 变体进行体外 RNA 编辑的指导手册。
高保真 Cas13 变体用于靶向 RNA 降解，且副作用最小
CRISPR-Cas13 系统最近已用于各种生物体的靶向 RNA 降解。然而，旁观者 RNA 的附带降解已成为其体内应用的主要障碍。我们设计了一种双荧光报告系统，用于检测附带效应并筛选哺乳动物细胞中的 Cas13 变体。在 200 多种工程变体中，几种 Cas13 变体（包括 Cas13d 和 Cas13X）表现出有效的靶向活性，但附带活性明显降低。此外，这些变体不存在由 Cas13 诱导的转录组范围的脱靶和细胞生长停滞。重要的是，高保真 Cas13 变体表现出与野生型 Cas13 相当的 RNA 敲低活性，但在转基因小鼠和腺相关病毒介导的体细胞靶向中没有可检测到的附带损伤。因此，现在可以使用附带效应最小的高保真 Cas13 变体来在基础研究和治疗应用中靶向降解 RNA。
第 14 章 CRISPR/Cas13：一种用于植物 RNA 编辑的新型新兴工具
摘要 成簇的规律间隔短回文重复序列（CRISPR）和CRISPR相关蛋白（Cas）是细菌和古菌中对抗入侵核酸和噬菌体的适应性免疫系统。根据效应蛋白的组成，CRISPR/Cas大致分为多种类型和亚型。其中，VI型CRISPR/Cas系统尤受关注，有VI-A、VI-B、VI-C和VI-D四个亚型，被认为从转座子进化而来。这些亚型在结构架构和机制上表现出差异，具有多种Cas13a（C2c2）、Cas13b1（C2c6）、Cas13b2（C2c6）、Cas13c（C2c7）和Cas13d效应蛋白。CRISPR/Cas13 核糖核酸酶将前 crRNA 加工成成熟的 crRNA，后者在病毒干扰过程中靶向并敲除噬菌体基因组的单链 RNA。这种蛋白质的高特异性 RNA 引导和 RNA 靶向能力使其能够与多种效应分子融合，为 Cas13 介导的 RNA 靶向、追踪和编辑领域开辟了新途径。CRISPR/Cas13 具有靶向包括植物在内的 RNA 的独特功能，因此可以用作一种新的工具，用于工程干扰植物病原体（包括 RNA 病毒），具有更好的特异性，并可用于植物中的其他 RNA 修饰。荧光探针标记的失活可编程 Cas13 蛋白可用作体外 RNA 研究的替代工具。工程化的 Cas13 也可用于可编程的 RNA 编辑。CRISPR/Cas13 的高靶向特异性、低成本和用户友好的操作使其成为多种基于 RNA 的研究和应用的有效工具。因此，本章的重点是 CRISPR/Cas 系统的分类、VI 型 CRISPR/Cas 系统的结构和功能多样性，包括其发现和起源、机制以及 Cas13 在植物 RNA 编辑中的作用。