CRISPR-Cas 系统为研究人员提供了真核基因组编辑工具和治疗平台,可以靶向体细胞器官中的疾病突变。大多数此类工具采用 II 型(例如 Cas9)或 V 型(例如 Cas12a)CRISPR 酶在基因组中造成 RNA 引导的精确双链断裂。然而,此类技术在进行有针对性的大片段缺失方面能力有限。最近,在微生物中普遍存在并表现出独特酶特征的 I 型 CRISPR 系统已被用于有效地在人类细胞中造成大片段染色体缺失。I 型 CRISPR 首先使用一种称为 Cascade 的多亚基核糖核蛋白 (RNP) 复合物来找到其引导互补的靶位,然后招募解旋酶核酸酶 Cas3 沿着目标 DNA 行进并以高持续性进行长距离撕裂。当以纯化的 RNP 形式引入人体细胞时,CRISPR-Cas3 复合物可有效诱导 CRISPR 靶位点上不同长度(1-100 kb)的大型基因组缺失。由于这种独特的编辑结果,CRISPR-Cas3 在诸如去除整合的病毒基因组和研究影响基因功能和人类疾病的结构变异等任务中具有巨大前景。在这里,我们提供了使用 CRISPR-Cas3 引入大型缺失的详细方案。我们描述了从 Thermobifida fusca 中纯化 IE 型 CRISPR 蛋白 Cascade 和 Cas3、将 RNP 电穿孔到人体细胞中以及使用 PCR 和测序表征 DNA 缺失的分步程序。我们在此重点关注人类多能干细胞,因为它们具有临床潜力,但这些方案将广泛应用于其他细胞系和模型生物,包括大型基因组缺失、全基因或染色体去除、以及非编码元素的 CRISPR 筛选等。© 2022 Wiley Periodicals LLC。
CRISPR-CAS技术提供了彻底改变研究的可编程基因编辑工具。领先的CRISPR-CAS9和CAS12A酶非常适合编程的基因操作,但是,它们受到基因组规模干预措施的限制。在这里,我们利用了一个基于CAS3的系统,该系统具有用于基因组工程的过程核酸酶。使用单个CRRNA编程的最小Cascade-CAS3系统(I型I-C)进行了优化,以产生效率接近100%的缺失,并用于迅速产生含量为7-424 kb的大删除,铜绿铜。相比之下,CAS9产生了小的缺失和点突变。CAS3生成的缺失边界是高度可变的,但通过同源指导修复(HDR)模板成功指定。HDR效率要高得多。最小I-C系统
crispr-cas3:以与CRISPR-CAS9相同的方式切割双链DNA,但CRRNA(指南)识别顺序很长
crispr-cas3:以与CRISPR-CAS9相同的方式切割双链DNA,但CRRNA(指南)识别顺序很长
目前,Cas9 和 Cas12a 系统被广泛用于基因组编辑,但它们精确产生大片段染色体缺失的能力有限。I-E 型 CRISPR 介导广泛和单向的 DNA 降解,但迄今为止,控制 Cas3 介导的 DNA 缺失的大小已被证明是难以捉摸的。在这里,我们证明了 Cas9 的内切酶失活 (dCas9) 可以精确控制哺乳动物细胞中 Cas3 介导的大片段缺失。此外,我们分别报告了使用 CRISPR/Cas3 和 dCas9 控制的 CRISPR/Cas3 在小鼠中消除 Y 染色体和精确保留 Sry 基因。总之,dCas9 控制的 CRISPR/Cas3 介导的精确大片段缺失为通过染色体消除建立动物模型提供了一种方法。该方法也有望成为治疗涉及额外染色体的片段突变或人类非整倍体疾病的潜在治疗策略。
该服务涉及用于 CRISPR-Cas3 基因组编辑的 crRNA 的设计以及 crRNA 与 Cas 蛋白复合物的创建(用于抗病毒防御的 Cas 复合物、Cascade-crRNA 复合物)。我们共同表达组成Cascade的五种蛋白质和一种crRNA,并传递纯化的Cascade-crRNA复合物。 此外,组成 Cascade(Cas11、Cas7 和 Cas6)的蛋白质含有核定位信号 (NLS)。 该服务制备的Cascade-crRNA复合物可与Cas3蛋白NLS(编号311-09441)的切割活性结合用于CRISPR-Cas3体系。
由于调整成本,通过使用CRISPR-CAS3 mRNA-LNP和基因组编辑诱导的突变蛋白分析的基因组编辑分析将进行高度的安全评估。我们还将为CRISPR-CAS3 mRNA-LNP的大规模生产开发和临床研究做准备。
包括各种类型的核酸酶,例如 Cas9、Cas1、Cas3、Cas4 和 Cas12a (8-19)。有趣的是,最近的一项发现报告了一种新型基因编辑酶 CasX,据称它比 Cas9 更有效、更高效 (15)。编码的核酸酶 Cas9 与 trcrRNA 和 crRNA 形成复杂的结构,并寻找与 CRISPR 阵列位点中存在的间隔序列匹配的 DNA 序列。II 型系统被认为是三种 CRISPR 系统中最重要的系统,对基因组编辑技术贡献巨大 (20-22,24-26)。最近,有报道称 CRISPR 系统存在脱靶活性问题。为了消除这些问题,人们试图借助基因组学和生物信息学工具来修改 CRISPR 系统 (8-19)。有趣的是,据报道,使用 CRISPR 编辑工具可以生成可编程的 3D 核组织,从而实现特定的基因表达集 (28)。
为了恢复Duchenne肌肉营养不良(DMD)的各种突变模式中的肌营养不良蛋白,已经研究了多外观跳过(MES)方法。但是,只有有限的技术可以诱导大量缺失,以覆盖几百千倍酶的目标外显子。在这里,我们利用CRISPR-CAS3系统进行了MES诱导,并表明双重CRRNA可以在肌营养不良蛋白外显子45-55个区域(340 KB)诱导大量缺失,可以应用于各种类型的DMD患者。我们开发了一种基于SSA的两种基于SSA的记者系统,用于富含基因组编辑的细胞群,并证明MES诱导恢复了具有三个不同突变的DMD-IPSC中的肌营养不良蛋白蛋白。全基因组测序和距离分析在推定的CRRNA结合位点附近未检测到未明显的脱靶删除。总的来说,双CRISPR-CAS3是通过MES诱导诱导巨大基因组缺失并恢复肌营养不良蛋白蛋白的有前途的工具。
CRISPR-Cas 适应性免疫系统存在于许多细菌和古细菌中,可保护细菌免受噬菌体和质粒等 DNA 入侵。这些系统的基因组成和基因组结构非常灵活和复杂。CRISPR-Cas 系统分为 2 类、6 种类型和 33 种亚型,尽管这个数字尚不确定,研究仍在进行中。所有 CRISPR-Cas 系统都经过了彻底研究,以便更好地了解 CRISPR 免疫机制,使其可用作基因组编辑和其他生物技术应用的工具。然而,CRISPR-Cas 系统的调控也非常复杂,目前仍未完全了解;它必须提供最佳保护,而不会给宿主带来有害后果。在本综述中,我们概述了大肠杆菌中 CRISPR-Cas 系统 1 类 IE 型的调控,重点介绍了温度在调节 CRISPR-Cas 活性中的作用,以及关键调节剂 H-NS 和 StpA 阻遏物与 LeuO 抗阻遏物在调节 cas 基因表达中的相互作用以及 HtpG 分子伴侣在维持 Cas3 功能水平中的相互作用。
