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基于 CRISPR-Cas9 的基因组工程...
（Doudna 和 Charpentier，2014 年）并在图 1a 中以示意图形式显示。许多细菌物种都有 CRISPR 和 Cas 基因座的变体，其中作为基因组编辑工具研究最广泛的变体是 CRISPR-Cas9 系统（Makarova 等人，2011 年）。CRISPR-Cas9 介导的基因组编辑需要一个 Cas9 引导 RNA（gRNA）复合物，其中包含 Cas9、CRISPR RNA（crRNA）和反式激活 CRISPR RNA（tracrRNA）（见框 1：CRISPR 术语）。如前所述，可以通过多种方法将该复合物引入靶细胞（Lino 等人，2018 年；Shi 等人，2021 年）。在 crRNA 的引导下，该复合物与补体 DNA 结合，并伴有侧翼的原始间隔区相邻基序 5 0 -NGG-3 0（对于化脓性链球菌 Cas9）（ Chylinski 等人，2013）。Cas9-gRNA 复合物在靶位点诱导双链断裂（ Deltcheva 等人，2011；Shah 等人，2013），靶细胞可以通过非同源末端连接 (NHEJ)（ Hefferin 和 Tomkinson，2005）或同源定向修复 (HDR)（ Liang 等人，1998）进行修复。在 NHEJ 中，断裂的 DNA 链被重新连接，可以直接重新连接，也可以在随机核苷酸插入或缺失后重新连接（ Takata 等人，1998）。这通常会导致移码突变和过早的终止密码子，因此，这种机制很容易用于敲除目的蛋白的表达。在 HDR 中，双链断裂是使用姐妹染色单体作为同源模板链来修复的。通过多次交换、DNA 合成和连接，受损链可以得到精确修复（Takata 等，1998）。不用姐妹染色单体作为模板链，而是将含有所需突变或基因盒的外源 DNA 模板以单链或双链 DNA 的形式引入，同源臂在外侧（Chen 等，2011；Radecke 等，2010；Rouet 等，1994）。多年来，越来越多的实验皮肤病学领域的研究利用了 CRISPR-Cas9 工具箱，尽管目前的数量有限，但在过去 5 年中有所增加（图 1 b 和 c 以及表 1）。本综述旨在认识到在人类表皮角质形成细胞 (KC) 中进行的所有 CRISPR-Cas9 工作，以确定在不同人类 KC 细胞来源中可用的最佳实践和成功策略的关键决定因素，同时为未来使用 CRISPR-Cas9 进行研究提供关键考虑，无论是基础应用还是临床应用。
基因组编辑的当前状态及其含义
基因组编辑涉及使用定位的核酸酶（例如锌指核酸酶，Talens或CRISPR/CAS9）切割DNA双螺旋，并在基因组DNA中的靶向，特定序列引入双链断裂（DSB）。实际上是一对成熟的分子剪刀。然后，使用两种机制之一，通过细胞中的机械修复DSB。一种方法是非同源末端连接（NHEJ），其中两个破裂的末端彼此并排并粘合在一起。此方法容易出错，并且由于维修过程中不可避免的错误，在目标裂解位点会导致目标切割部位的插入和缺失（Indels）。这些误差会改变核酸酶目标位点，并防止进一步的切割事件，并通常禁用或敲除基因功能。另一种修复机制是使用同源核酸修复模板的同源指导修复（HDR）。修复模板可以设计与DSB两侧匹配的同源性区域之间进行所需的修改。这可用于引入一系列基因组编辑，从点突变到全基因插入。
鉴定耐热酵母马克斯克鲁维酵母高温下竞争性生长所需的新基因
收到日期：2021 年 11 月 5 日；接受日期：2022 年 1 月 25 日；发布日期：2022 年 3 月 25 日 作者隶属关系：1 爱尔兰科克大学微生物学院、APC 微生物组、环境研究所和 SUSFERM 中心，科克 T12 K8AF，爱尔兰；2 查尔姆斯理工大学生物与生物工程系，瑞典哥德堡 SE-41296；3 科克大学生物化学与细胞生物学学院，科克 T12 K8AF，爱尔兰。 *通讯作者：John P. Morrissey，j.morrissey@ucc.ie 关键词：耐热性；非常规酵母；工业生物技术；基因组注释；核糖体分析。缩写：ARS，自主复制序列；CDS，编码序列；DE，差异基因表达；FC，倍数变化；FDR，错误发现率；gRNA，向导 RNA； NHEJ，非同源末端连接；snoRNA，小核仁 RNA；TMM，m 值的修剪平均值。本文的在线版本提供了五个补充表和三个补充图。001148 © 2022 作者
科学期刊
泛素化是通过电离辐射（IR）诱导的DNA双链断裂（DSB）的正确修复所需的至关重要的翻译后修饰。dsbs主要通过同源重组（HR）修复，并且在不存在的情况下非同源末端连接（NHEJ）。此外，微型学介导的终端连接（MMEJ）和单链退火（SSA）提供了备份DSBS修复途径。然而，控制其使用的机制仍然知之甚少。通过在IR之后使用泛素系统的高分辨率CRISPR筛选，我们会系统地揭示细胞存活所需的基因，并阐明E3泛素连接酶SCF Cyclin F在依赖细胞周期依赖性DSB修复中的关键作用。我们表明，SCF细胞周期蛋白介导的EXO1降解可防止有丝分裂中的DNA末端切除，从而允许MMEJ发生。此外，我们确定了一个保守的细胞周期蛋白识别基序，与其他细胞周期蛋白所使用的基序不同，对细胞周期蛋白的特异性具有广泛的影响。
DNA双链断裂修复中的液态液相分离
DNA修复因子通过时空的隔离和DNA双链断裂（DSB）的溶解作用。最近的进步表明，某些DSB修复因子经历了液 - 液相分离（LLP），并显示出类似液滴的特性以及动态材料交换。重要的是，LLP调节了各种生物学过程，异常LLP参与了农业疾病的病理发展。此外，DSB修复过程中DNA修复因子的动态冷凝和溶解的表型呈现了LLP的特性。显着，RNA，聚（ADP-核糖）[PAR]和转录后修饰（PTM），例如磷酸化，泛素化和甲基化，被认为有助于DSB修复因子的LLP。从DSB期间LLP的功能的观点中，DNA修复因子可能会在DSB传感和DNA损伤修复信号转导中作用，参与同源推荐（HR）（HR）和非同源性端始终连接（NHEJ） - 介导的DSB介导的DSB修复，并调节下游径流的途径。基于这些发现，研究人员专注于
水稻中靶向、高效的序列插入和替换
CRISPR–Cas9 方法已被用于在植物中产生随机插入和缺失、大量缺失、短序列的靶向插入或替换以及精确的碱基变化 1 – 7 。然而，用于功能基因组学研究和作物性状改良所需的长序列和基因的靶向插入或替换的通用方法很少，并且很大程度上取决于选择标记的使用 8 – 11 。基于在哺乳动物细胞中开发的方法 12 ，我们利用化学修饰的供体 DNA 和 CRISPR–Cas9 将长达 2,049 个碱基对 (bp) 的序列（包括增强子和启动子）插入水稻基因组，效率为 25%。我们还报道了一种依赖于同源性定向修复、化学修饰的供体 DNA 和目标位点串联重复序列的基因替换方法，以 6.1% 的效率实现了长达 130 bp 的序列的替换。在哺乳动物细胞中，使用平端的、5'-磷酸化的双链寡脱氧核苷酸 (dsODN)，在两条 DNA 链的 5' 和 3' 端带有两个硫代磷酸酯键，可导致寡脱氧核苷酸 12 的强有力靶向整合。硫代磷酸酯键修饰旨在稳定细胞中的寡核苷酸，而 5'-磷酸化可促进非同源末端连接 (NHEJ)，这是修复双链断裂 (DSB) 的主要途径，尤其是在培养细胞中。在用于再生小植株的培养植物细胞中，例如水稻愈伤组织细胞，NHEJ 也是主要的 DSB 修复途径 10,13。因此，这种类型的修饰 dsODN 可能会提高植物细胞中靶向插入的效率。为了验证这一假设，从水稻ADH1（酒精脱氢酶1）14 的5′非翻译区（UTR）中取出一个60bp的翻译增强子（ADHE）作为供体DNA，插入水稻的主要耐盐基因座SKC1（补充表1）15。如图1a所示，体外合成的ADHE供体DNA两侧有两个带有硫代磷酸酯键和5′-磷酸化修饰的核苷酸（ADHE；见补充图1b）。为了与传统供体DNA进行比较，还合成了未修饰的单链和双链寡脱氧核苷酸（ssADHE和dsADHE），带有三核苷酸多态性以供检测（图1b和补充图1b）。设计了一个针对 5 ʹ UTR 的单向导 RNA (sgRNA) (sgRNA-1)，并将其构建到 CRISPR–Cas9 载体 pCBSG032 中（图 1c 和补充图 1a）。将三个供体 DNA 寡核苷酸按等摩尔比例混合，然后通过粒子轰击法将其与 CRISPR–Cas9 质粒 DNA (sgRNA-1) 一起引入中花 11 (ZH11) 水稻愈伤组织中。
CRISPR-Cas12a 辅助 Amycolatopsis mediterranei 基因组编辑
Amycolatopsis mediterranei U32 是利福霉素 SV 的工业生产者，其衍生物长期以来一直是抗分枝杆菌的一线药物。为了对这种重要的工业菌株进行基因改造，过去几十年来人们付出了很多努力，我们实验室成功开发了一种基于同源重组的方法，但该方法需要使用抗生素抗性基因进行正向选择，并且不支持方便的无标记基因删除。在本研究中，我们利用成簇的规律间隔短回文重复序列 (CRISPR) 系统在 A. mediterranei U32 中建立了基因组编辑系统。具体来说，土拉弗朗西斯菌亚种。 novicida Cas12a (FnCas12a) 基因首先整合到 U32 基因组中，在 CRISPR RNA (crRNA) 的指导下产生靶向特异性双链 DNA (dsDNA) 断裂 (DSB)。然后，DSB 可以通过非同源 DNA 末端连接 (NHEJ) 系统或同源定向修复 (HDR) 途径修复，分别在靶基因中产生不准确或准确的突变。除了 A. mediterranei 之外，本研究还可能为 Amycolatopsis 属其他物种中 CRISPR 辅助基因组编辑系统的开发提供启示。
CRISPR/Cas9基因修饰技术
为了在细胞或个体水平上分析基因功能，已经开发出直接修改蛋白质编码 DNA 序列的基因组编辑技术，包括敲除、诱变和添加标记蛋白。十多年前，一种利用 CRISPR/Cas9 系统的方法被引入，大大简化了基因组编辑并使其得到广泛应用。本文简要概述了基因组编辑的历史，重点介绍了创建敲除生物的方法和编辑技术的演变。此外，我们还探讨了启发 CRISPR/Cas9 基因组编辑发展的细菌免疫系统。我们还通过具体示例说明了 CRISPR/Cas9 在细胞水平敲除研究中的实际应用。关键词: 基因组编辑, CRISPR/Cas9, 敲除, 非同源末端连接(NHEJ), 同源重组(HR) 修复 ゲノム编辑集, CRISPR/Cas9 ,ノックウト, 非同断裂结合, 相同组换え修复 (J. Nihon Univ. Med. Ass., 2024; 83 (4): 121–126)
荧光体内编辑报告基因（FIVER）
摘要 基因组编辑技术的进步为治疗罕见遗传疾病创造了机会，而这些疾病在治疗开发方面往往被忽视。尽管如此，仍然存在重大挑战：即在正确的细胞类型中实现对治疗有益的编辑水平和种类。在这里，我们描述了 FIVER（荧光体内编辑报告基因）的开发——这是一种模块化工具包，用于体内检测基因组编辑，具有非同源末端连接（NHEJ）、同源定向修复（HDR）和同源独立的靶向整合（HITI）的不同荧光读数。我们证明荧光结果可靠地报告在原代细胞、类器官和体内使用不同基因组编辑器编辑后的遗传变化。我们展示了 FIVER 在高通量无偏筛选中的潜力，从原代细胞中基因组编辑结果的小分子调节剂到全基因组体内 CRISPR 癌症筛选。重要的是，我们展示了其在基因治疗感兴趣的出生后器官系统（视网膜和肝脏）中的体内应用。FIVER 将广泛地帮助加快许多遗传疾病的治疗性基因组手术的发展。
CRISPR/CAS9的基因组编辑工具箱，用于拟南芥
CRISPR/CAS9系统已成为一种强大的基因组工程工具，用于研究基因功能并改善植物特征。基因组编辑是通过Cas9核酸内切酶在特定的基因组序列上实现的，以产生由短导RNA（SGRNA）指导的双标准断裂（DSB）。DSB通过容易出错的非同源末端连接（NHEJ）或无错误的同源指导修复（HDR）路径来修复，分别导致基因突变或序列替换。这些细胞DSB修复途径可以被利用以敲除或替换基因。另外，胞质或腺嘌呤碱基编辑器（CBES或ABE）融合到催化死亡的Cas9（DCAS9）或Nickase Cas9（NCAS9）（NCAS9）时，也用于执行精确的基础编辑而无需生成DSB。在本章中，我们描述了通过使用基于CRISPR/CAS9的系统在拟南芥基因组中执行单个/多基因突变和精确基础编辑的详细程序。特别是，描述了转基因线的目标基因选择，SGRNA设计，矢量结构，转化和分析的步骤。该方案有可能适应在其他植物物种（例如水稻）中进行基因组编辑。