6 加利福尼亚大学旧金山分校神经退行性疾病研究所,美国旧金山;7 美国国立卫生研究院阿尔茨海默病及相关痴呆症中心,美国贝塞斯达;8 美国国立卫生研究院国家老龄化研究所,美国贝塞斯达;9 美国国立卫生研究院国家神经疾病和中风研究所,美国贝塞斯达;10 加利福尼亚大学旧金山分校泌尿外科和海伦·迪勒家庭综合癌症中心,美国旧金山;11 Arc 研究所,美国帕洛阿尔托;12 加利福尼亚大学旧金山分校生物化学和生物物理系,美国旧金山;13 麻省理工学院生物学系,美国剑桥;
噬菌体(噬菌体)构成了地球上最丰富和遗传多样的实体。细菌与估计全球总数10³为病毒体的相互作用显着塑造了人类健康和环境生态系统(1)。噬菌体与其细菌宿主之间的生态相互作用的规模驱动了一种遗传武器种族,从而不断改变分子水平的微生物寿命(2)。在大型时间尺度上快速发展而产生的多样性为人类健康创新(例如噬菌体疗法)提供了基础,以及生物技术创新的基础,例如群集定期散布的短期短滴定重复序列(CRISPR)和CRISPR与CRISPPR相关(CAS)蛋白质系统(3-5)。然而,具有巨大的遗传多样性是伟大的未知数 - 对绝大多数噬菌体中的基因含量已知。与细菌对应物相比,噬菌体基因组编码具有已知或预测功能的基因的小部分,这构成了生物圈中最大的遗传暗物质(未知功能基因)之一(6)。尽管有可能使用经典的遗传技术将一些暗物质带到光线下,但仍需要更高的实验方法来简化和加快噬菌体基因组的遗传遗传含量的表征和加快表征。
通过在人类诱导性多能干细胞衍生的心肌细胞 (iPSC-CM) 中进行精确的基因调节并使用可扩展的全光学电生理学平台进行后续表型分析,可以揭示基因-表型关系。近期 CRISPR 衍生的可逆基因抑制或激活技术 (CRISPRi/a) 可以为人类功能基因组学方面的此类努力提供帮助。我们着手表征 CRISPRi 在后分化 iPSC-CM 中的性能,以关键的心脏离子通道基因 KCNH2、KCNJ2 和 GJA1 为目标,并使用全光学工具提供对心脏复极、静息膜电位稳定性和传导特性影响的多参数量化。更有效的 CRISPRi 效应物(例如 Zim3)和优化的病毒递送可使性能得到改善,与使用 CRISPRi iPSC 系相当。当 CRISPRi 部署在非分裂分化心脏细胞中时,确认轻微但具体的表型变化是朝着更全面的临床前心脏毒性测试和未来体内治疗应用迈出的重要一步。关键词:CRISPRi、iPSC-CM、心脏电生理学、离子通道、KCNH2、KCNJ2、GJA1、全光电生理学、光遗传学、光学映射
使用核酸酶折叠的cas9融合到转录效应子分子的核酸酶,可以用CRISPR-CAS9系统(CRISPRA/CRISPRI)诱导靶向转录激活或干扰。这些技术已在癌细胞系中使用,特别是用于使用慢病毒载体的全基因组功能遗传筛选。但是,由于缺乏有效和无毒的递送方式,CRISPRA和CRISPRI尚未广泛应用于具有治疗相关性的离体培养的原代细胞。在这里,我们通过电穿孔基于RNA或核糖核蛋白(RNP)递送的CRISPRA和CRISPRI平台,并在原代细胞(包括人CD34 +血液 - 诗歌干和祖细胞和祖细胞(HSPC)和人CD3 + T细胞中显示短暂的,可编程的基因调节。我们使用来自不同细菌物种的多个SGRNA和CRISPR系统显示了多重和正交基因调制,并且我们表明CRISPRA可用于操纵HSPC的分化轨迹。这些平台构成了简单有效的手段,可以瞬时控制转录,并通过合成SGRNA轻松地采用并将其重新编程为新的靶基因。我们认为,这些技术将在工程中广泛使用用于干细胞生物学和基因功能的转录组,并且我们预计它们将被实施以开发和增强细胞疗法。
摘要 通过将催化失活的 Cas9 (dCas9) 与组蛋白脱乙酰酶 (Sir2a) 或乙酰转移酶 (GCN5) 的活性域融合,该 CRISPR 干扰/激活 (CRISPRi/a) 系统允许在转录水平上进行基因调控,而不会导致寄生虫基因组发生永久性变化。然而,dCas9 的组成性表达对研究必需基因构成了挑战,这可能会导致寄生虫的适应性变化,掩盖真正的表型。在这里,我们开发了一种无泄漏诱导型 CRISPRi/a 系统,通过整合 DiCre/loxP 调节子,允许在雷帕霉素瞬时诱导下表达 dCas9-GCN5/-Sir2a,这允许通过引入针对其转录起始区的向导 RNA 来方便地转录调控感兴趣的基因。利用在无性红细胞发育过程中处于沉默状态或从低水平到高水平表达的八种基因,我们评估了该系统在无性寄生虫中的稳健性和多功能性。对于大多数分析的基因,这种可诱导的 CRISPRi/a 系统导致目标基因在 mRNA 水平上上调或下调 1.5 到 3 倍。PfK13 和 PfMYST 表达的改变导致对青蒿素的敏感性改变。对于自噬相关蛋白 18(与青蒿素抗性相关的必需基因),通过可诱导的 CRISPRi/a 获得了 0.2 倍的上调或下调,导致生长迟缓。对于配子发生的主要调节器 PfAP2-G,通过 CRISPRa 获得了 0.10 倍的 PfAP2-G 转录本增加,导致。诱导寄生虫的配子体血症高出 4 倍。此外,可诱导的 CRISPRi/a 还可以调节配子体中的基因表达。这种可诱导的表观遗传调控系统为研究恶性疟原虫的基因功能提供了一种快速方法。
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ElenaFernándezTorres摘要结核病(TB)仍然是全球重大的健康挑战,由于多药耐药性结核分枝杆菌(MTB)的兴起而加剧。由于抗性机制而导致的现有药物的效率低下需要新颖的药物靶标和优化的药物输送系统。这项研究旨在使用CRISPR干扰(CRISPRI)筛查确定MTB中的必要药物靶标,并评估基于微晶纤维素(MCC)的配方效应以持续药物递送。使用DCAS9介导的转录抑制构建了一个基因组 - 宽CRISPRI文库,并使用qPCR和RNA测序(RNA-Seq)评估了基因敲低效率。使用肉汤稀释测定法和菌落形成单位(CFU)枚举评估了基因抑制对细菌存活和药物敏感性的影响。基于MCC的Isoniazid制剂是使用湿的颗粒方法开发的,并通过扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)来表征。使用USP溶解设备II评估了体外药物释放曲线,并进行了统计分析,包括ANOVA和Pearson相关性,以确定重要的趋势。结果表明,高CRISPRI敲低效率与降低的细菌存活率相关(r = -0.78,p <0.0001),表明成功鉴定了基本基因。细菌存活与利福平MIC之间的正相关(r = 0.61)证实,敲低会影响药物敏感性。基于MCC的制剂显示在24小时内持续释放药物,在MCC药物释放和细菌存活之间存在很强的负相关(-0.68),证实了延长的抗菌活性。该研究得出结论,CRISPRI是结核病药物靶标识别的有力工具,而基于MCC的配方为持续药物递送提供了有希望的策略。未来的研究应在体内药代动力学,全基因组测序和先进的药物携带者中整合,以进一步优化结核病治疗策略。关键字:结核病,CRISPR干扰,结核分枝杆菌,基因敲低,细菌存活,微晶纤维素,耐药性,持续药物释放,药物释放,精确药物,精密医学引起的结核病(TB),由Mycobacterium witter(Mimabacterium witter)造成了1.超过100个全球的造成(Mimobacterium witter and Fresprim andim Million Millionb)(Mim Million Millionb),是一个1. Mimb)。每年死亡(Samukawa等,2022)[1]。耐多药(MDR-TB)和广泛的耐药性结核(XDR-TB)的出现增加了对新型治疗策略的迫切需求(Cheung等,2021)[3]。传统的药物发现方法由于细菌代谢,休眠机制和内在耐药性的复杂性而难以确定新的有效靶标(Rock等,2016)[2]。在响应中,CRISPR干扰(CRISPRI)技术已成为鉴定和验证细菌生存,耐药性和代谢脆弱性所需基因基因的革命性工具(Yan等,2022)4 []。CRISPRI利用催化死亡的CAS9(DCAS9)酶选择性地抑制基因表达而无需诱导双链断裂,从而在活细菌细胞中实现了高通量药物靶标筛查(McNeil等人,2021年)[3]。虽然CRISPRI已广泛用于癌症研究和细菌遗传学,但通过鉴定出新的可药物靶标和抗生素协同作用来增强结核病药物发现的潜力仍未得到充分激发(Choudhery等,2024)[5]。除了确定新药靶标外,改善药物输送系统对于增强治疗功效和患者依从性至关重要(Kalita等,2013)[6]。当前的结核病药物治疗方案很长(6-9个月),导致辍学率高,治疗不完全,