摘要:高通量遗传筛选有助于发现触发特定细胞功能和/或表型的关键基因或基因序列。功能丧失性遗传筛选主要通过RNA干扰(RNAi)、CRISPR敲除(CRISPRko)和CRISPR干扰(CRISPRi)技术实现。功能获得性遗传筛选主要依赖于cDNA文库的过表达和CRISPR激活(CRISPRa)。碱基编辑可以进行功能获得性和功能丧失性遗传筛选。本综述讨论了基于Cas9核酸酶的遗传筛选技术,包括Cas9介导的基因组敲除和基于dCas9的基因激活和干扰。我们将这些方法与以前基于RNAi和cDNA文库过表达的遗传筛选技术进行了比较,并提出了CRISPR筛选的未来前景和应用。
图 3. CRISPR-Cas 应用。 A)基因编辑。利用Cas9可以促进基因组中单个位点或两个位点的切割。在第一种情况(A1)中,切口的修复可以通过 NHEJ 进行,这可以通过随机插入或删除导致基因沉默,或者如果将修复模板引入细胞,则可以通过 HDR 进行修复,这将允许将新序列引入基因组以修改基因、引入点突变等。在第二种情况下(用两个 sgRNA 进行转化),可以发生两次 DNA 切割(A2),因此可以消除 DNA 序列,甚至可以进行易位。 B、C) dCas9 不具有核酸酶活性,也可以与阻遏物或激活物融合使用,以使用 CRISPRi (B) 减少或沉默基因,或使用 CRISPRa (C) 增加基因表达。 (图片由 BioRender.com 生成)
近年来,通过生物合成方法生产营养化合物。例如,从枯草芽孢杆菌(枯草芽孢杆菌)生物合成的梅纳金酮7(MK-7),一种维生素K2的亚型,被证明比常规化学合成技术更有效地产生。这是由于生物合成阶段中枯草芽孢杆菌作为底盘细胞的发展而有可能的。因此,必须提供有关枯草芽孢杆菌膜渗透性修饰,生物纤维反应器和发酵优化作为与MK-7产生相关的先进技术的见解。尽管传统的同源重组基因编辑方法改善了生物合成途径,但CRISPR-CAS9可能会解决传统基因组编辑技术的缺点。由于这些原因,未来的研究应探讨MK-7合成途径中CRISPRI(CRISPR干扰)和CRISPRA(CRISPR激活)系统基因编辑工具的应用。
诱导的所需基因表达一直是揭示基因功能和调节合成生物学和治疗应用的细胞活性的重要策略。Apart from ectopically expressing additional copies of a gene by introducing their open reading frames (ORFs), methods to arti fi cially activate endogenous copies of genes have been explored, including transcription activating factors tethered to zinc fi nger proteins ( Beerli et al., 2000 ) and transcription activator-like effectors (TALE) ( Miller et al., 2011 ; Zhang et al., 2011 ; Maeder等人,2013b; Perez-Pinera等,2013b)。Originally discovered as a virus-resistance mechanism from bacteria ( Barrangou et al., 2007 ), the CRISPR-Cas system has provided ef fi cient, precise, and scalable ways to modulate expression of genes, and has been successfully adopted for targeted gene activation ( Mali et al., 2013 ; Perez-Pinera et al., 2013a ; Maeder et al., 2013a ; Cheng et al., 2013年,Tanenbaum等人,2014年;为了使用CRISPR-CAS9实现基因激活,创建了催化失活的Cas9(DCAS9),以与特定的基因组区域结合而没有能力创建双链突破(Jinek et al。,2012; Gasiunas et al。,2012; Qi et al。,2013; Qi et al。,2013; Konermann et; Konermann et al an al an eal; konermann et al。,2013; a e e,2013; i。赋予DCAS9具有诱导基因表达的能力,已经探索了不同的转录激活域的基因激活强度(图1A)。第一代CRISPRA的灵感来自锌纤维和基于故事的方法,并使用了包括VP64或P65在内的单个激活域。vp64由VP16的四个副本组成,该副本是源自单纯疱疹病毒的转录激活因子。p65是NF-κB复合物的一部分,负责免疫信号传导中的转录激活。第二代CRISPRA系统制定了不同的策略来招募不同的激活剂的多个副本,包括用于招募10或24份VP64副本的Suntag阵列到给定的基因座,VP64,P65和RTA(VPR)的串联融合到DCAS9,以及
2019 1。Cunningham-Bryant,D.,Sun,J.,Fernandez,B。和Zalatan,J.G。CRISPR-CAS介导的酵母转录动力学的化学控制。Chembiochem。6月14日; 20(12):1519–1523。应用:使用GRNA与MS2结构域的诱导CRISPRA募集包含融合到诱导型激活剂和DCAS9的MS2外套蛋白的复合物。2。Taghbalout,A。等。通过Casilio-Me介导的RNA引导的甲基胞苷氧化和DNA修复途径的RNA引导的偶联增强了基于CRISPR的DNA去甲基化。自然通讯。10(4296)。doi.org/10.1038/S41467-019-12339-7应用:使用具有MS2结构域的GRNA,DCAS9,DCAS9和MS2涂层蛋白融合到DNA脱甲基化结构域。3。Tran,N.T。等。通过Cas9与同源重组因子的关联增强精确基因编辑。遗传学的前沿。10(365)。doi:10.3389/fgene.2019.00365应用:使用具有MS2域的GRNA以及Cas9和MS2涂层蛋白融合到同源性修复(HDR)的增强子。
转录效应子是已知激活或抑制基因表达的蛋白质结构域。但是,缺乏对哪种效应域调节转录的系统性理解。在这里,我们开发了DCAS9介导的高通量募集(HT-RECRUIT),这是一种合并的筛选方法,用于量化内源性靶基因的效应子功能和测试效应子功能,用于包含各种环境的5,092个库中的库。我们还使用较大的文库瓷砖调节剂和转录因子来绘制从未注释的蛋白质区域绘制的效应子的上下文依赖性。我们发现许多效应子取决于目标和DBD上下文,例如可以充当激活因子或阻遏物的HLH域。为了实现有效的扰动,我们选择了包括ZNF705 KRAB在内的上下文固定域,从而改善了CRISPRI工具以使启动子和增强子保持沉默。我们通过结合NCOA3,FOXO3和ZnF473结构域来设计一种称为NFZ的紧凑型人类激活剂,该结构域可以通过更好的病毒递送和对嵌合抗原受体T细胞的诱导控制有效的CRISPRA。
摘要:RNA 引导的基因组转录调控工具,即成簇的规律间隔短回文重复序列干扰 (CRISPRi) 和 CRISPR 介导的基因激活 (CRISPRa),是基因功能研究的强大技术。这两个系统都源自 CRISPR/Cas9 系统,由催化失活的 Cas9 (dCas9)、转录效应物和单个引导 RNA (sgRNA) 组成。这种类型的 dCas9 无法切割 DNA,但保留了其特异性结合 DNA 的能力。dCas9/sgRNA 复合物与靶基因的结合导致转录干扰。CRISPR/dCas9 系统已被探索作为转录调控和基因组成像的工具。尽管 CRISPR/dCas9 系统具有潜在的应用和优势,但它也面临诸多挑战和限制,包括脱靶效应、原间隔区相邻基序 (PAM) 序列要求、高效的递送方法以及 CRISPR/dCas9 干扰作物在多个国家被标记为转基因生物。本综述重点介绍了 CRISPR/dCas9 技术的进展及其在作物改良中的应用和潜在挑战。
背景 单核苷酸替换、基因表达改变或有害基因的去除是植物许多重要农学性状的分子基础[1]。堆叠性状或改变调控途径的几个关键因素将极大地促进作物育种[1]。CRISPR-Cas 系统的多样性和简单性提供了强大的分子工具箱[2-10]。已采用多种策略在细菌、酵母和哺乳动物细胞中实现多重应用[11-16]。正交基因组操作最常用的多重策略包括几个正交 CRISPR 系统形成多功能 CRISPR 系统,例如使用 SpCas9 变体作为腺嘌呤碱基编辑器(ABE)和 SaCas9 作为胞嘧啶碱基编辑器(CBE)的双功能方法[17],或使用 LbCpf1 变体作为 CRISPRa、SpCas9 变体作为 CRISPRi 和 SaCas9 变体作为删除的三功能方法[15]。然而,这些策略需要同时递送多个 Cas 蛋白,并且每个 Cas 蛋白都需要自己的 PAM 识别 [ 15 , 17 ]。另一方面,各种 RNA 适体被整合到 CRISPR RNA 支架中,这些适体
MTAP基因的纯合缺失是癌症中最常见的遗传改变之一,影响了所有人类癌症的10-15%。开发了包括TNG908和TNG462在内的临床MTA合并PRMT5抑制剂,以利用PRMT5抑制和MTAP缺失之间充分表征的合成致死相互作用。的确,第一个披露的MTA合作性PRMT5抑制剂的临床数据证明了TNG908在MTAP删除的肿瘤中有选择性地抑制PRMT5的能力,同时在患者中保留邻近的正常,MTAP-Profofoffic-Profofoffic-MTAP-Profofoffoffient。为了进一步探索MTA骨骼删除细胞中MTA合件性PRMT5抑制剂的作用机理,我们采用了多个基于CRISPR的编辑平台(CRISPRN,CRISPRI和CRISPRA)来进行无偏MTA合件性PRMT5抑制剂锚固筛网,并在In In In In In Intro和Vivo中进行。代表多种组织学的癌症模型揭示了潜在的PRMT5抑制剂敏化和耐药途径,这些途径还包括特定于MTA合并抑制剂的机制。Specifically, the results of these screens identify 1) the effect of MTA/SAM metabolism on MTA-cooperative PRMT5 inhibitors, and 2) identification of potential sub-stratification strategies for patients with MTAP-deleted cancer, and 3) the activity of PRMT5 in anti-apoptotic pathways and synergy between PRMT5 and BCLxL inhibition.
4马里兰大学植物科学与景观建筑系,美国马里兰州大学公园,美国5 20742年5月5日生物科学与生物技术研究所,马里兰大学,马里兰大学,罗克维尔,马里兰州20850,美国 * Xiaohan Yang(yangx@ornl.gov)†当前地址:美国中央社区学院 - 黑斯廷斯,NE 68902,美国跑步标题:用于检测CRISPR Systems Abstract CRISPR/CAS的生物传感器最近已成为各种物种中基因组工程最可靠的系统。 然而,对与CRISPR/CAS9技术相关的风险的担忧正在增加,这可能会导致CRISPR基因编辑意外引起的潜在意外DNA变化。 开发一个可以检测和报告生物系统中有源CRIPSR/CAS工具存在的系统是非常必要的。 在这里,我们开发了实时检测系统,可以自发地指示用于基因组编辑和基因调节的CRISPR-CAS工具,包括CRISPR/CAS9核酸酶,基础编辑,质量编辑和植物中的CRISPRA。 使用基于荧光的分子生物传感器,我们证明了CRISPR/CAS9核酸酶,基础编辑,原始编辑和Cripsra的活性在短暂表达中可以通过原生质体转化和叶片浸润(在拟南芥,poplar和烟草中)和稳定的拟南芥中转化。 关键词:CRISPR,基因组编辑,生物传感器,检测,瞬时基因表达。4马里兰大学植物科学与景观建筑系,美国马里兰州大学公园,美国5 20742年5月5日生物科学与生物技术研究所,马里兰大学,马里兰大学,罗克维尔,马里兰州20850,美国 * Xiaohan Yang(yangx@ornl.gov)†当前地址:美国中央社区学院 - 黑斯廷斯,NE 68902,美国跑步标题:用于检测CRISPR Systems Abstract CRISPR/CAS的生物传感器最近已成为各种物种中基因组工程最可靠的系统。然而,对与CRISPR/CAS9技术相关的风险的担忧正在增加,这可能会导致CRISPR基因编辑意外引起的潜在意外DNA变化。开发一个可以检测和报告生物系统中有源CRIPSR/CAS工具存在的系统是非常必要的。在这里,我们开发了实时检测系统,可以自发地指示用于基因组编辑和基因调节的CRISPR-CAS工具,包括CRISPR/CAS9核酸酶,基础编辑,质量编辑和植物中的CRISPRA。使用基于荧光的分子生物传感器,我们证明了CRISPR/CAS9核酸酶,基础编辑,原始编辑和Cripsra的活性在短暂表达中可以通过原生质体转化和叶片浸润(在拟南芥,poplar和烟草中)和稳定的拟南芥中转化。关键词:CRISPR,基因组编辑,生物传感器,检测,瞬时基因表达。