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系统研究多个 SV40 核定位信号融合对纯化 SpCas9 基因组编辑活性的影响
摘要：CRISPR-Cas9技术的出现彻底改变了基础和转化生物医学研究。为了使Cas9核酸酶发挥基因组编辑活性，通常将源自猿猴病毒40（SV40）T抗原的核定位信号（NLS）作为基因融合体安装，以引导细胞内的Cas9蛋白进入细胞核。值得注意的是，先前的研究表明，多个SV40 NLS融合可以提高Cas9衍生的基因组编辑和碱基编辑工具的靶向活性。此外，多NLS融合可以以组成性表达和直接递送Cas9-引导RNA核糖核蛋白（RNP）复合物的形式增加Cas9的细胞内活性。然而，NLS融合与细胞内Cas9活性之间的关系尚不完全清楚，包括活性对NLS融合数量或组织的依赖性。在本研究中，我们构建并纯化了一组在蛋白质的 N 端或 C 端含有 1 至 4 个 NLS 重复序列的化脓性链球菌 Cas9 (SpCas9) 变体，并系统地分析了多 NLS 融合对 SpCas9 RNPs 活性的影响。我们发现，多 NLS 融合可以提高脂质转染或核转染 Cas9 RNPs 的细胞内活性。重要的是，多 NLS 融合可以增强 SpCas9 RNPs 在原代细胞、干细胞/祖细胞和小鼠胚胎中的基因组编辑活性。
设计可自我递送的核糖核蛋白用于大脑基因组编辑
相比其他递送方法，在体内和体外递送 CRISPR 核糖核蛋白 (RNP) 用于基因组编辑具有重要优势，包括减少脱靶和免疫原性效应。然而，由于效率低和细胞毒性，在某些细胞类型中有效递送 RNP 仍然具有挑战性。为了解决这些问题，我们设计了可自我递送的 RNP，它们可以促进有效的细胞摄取并进行强大的基因组编辑，而无需辅助材料或生物分子。与 CRISPR-Cas9 蛋白融合的细胞穿透肽 (CPP) 的筛选鉴定出能够有效编辑神经祖细胞基因组的有效构建体。对这些融合蛋白的进一步设计建立了 C 端 Cas9 融合，融合物为三个拷贝的 A22p，A22p 是一种源自人类 semaphorin-3a 的肽，与其他构建体相比，其编辑效率显着提高。我们发现，当直接注射到小鼠纹状体中时，可自我递送的 Cas9 RNP 可在临床相关基因中产生强大的基因组编辑。总体而言，可自我递送的 Cas9 蛋白为体外和体内基因组编辑提供了一个简便有效的平台。
定量CAS9结合和裂解跨不同指南序列映射目标参与的景观
*均等贡献摘要：RNA引导的核酸酶Cas9已解锁了通过靶向DNA裂解和通过靶向DNA结合来使基因组扰动基因组的强大方法，但是有限的生化数据妨碍了跨不同指导序列的目标序列的定量效果，以跨不同的指导序列进行定量模型。我们提供可伸缩的，基于测序的平台，用于高通量滤波器结合和裂解，然后对90个cas9 cas9核糖核蛋白（RNP）对35,047的35,047 On-Target DNA序列进行62,444个定量结合和裂解测定。我们观察到结合和裂解功效以及特异性在RNP中有很大差异。经典研究的指南通常具有非典型的特异性。围绕目标的序列上下文会显着影响CAS9的速率； CAS9 RNP可能会隔离有助于“校对”能力的非生产性状态中的目标。最后，我们将发现提炼成可解释的生物物理模型，该模型可预测各种目标序列扰动的结合和分裂的变化。
使用预组装的 CRISPR-Cas9 核糖核蛋白复合物在禾谷镰刀菌中进行基因组编辑
使用成簇的规律间隔短回文重复序列 (CRISPR)-CRISPR 相关蛋白 9 (Cas9) 系统进行基因组编辑极大地促进了真菌病原体的遗传分析。穗枯萎病真菌禾谷镰刀菌会给具有重要经济价值的谷类作物造成毁灭性损失。最近开发用于禾谷镰刀菌的 CRISPR-Cas9 系统使得基因组编辑更加高效。在本研究中，我们描述了一种基于 CRISPR-Cas9 的基因组编辑工具，用于将预组装的 Cas9 核糖核蛋白 (RNP) 直接递送到禾谷镰刀菌的原生质体中。使用 RNP 显著增加了转化子的数量和成功用选择标记替换目标基因的转化子的百分比。我们表明，由 Cas9 核糖核蛋白介导的单个双链 DNA 断裂足以实现基因删除。此外，短同源重组仅需要靶基因两侧 50 个碱基对区域。Cas9 RNPs 的高效率使得大规模功能分析、必需基因的鉴定和基因删除成为可能，而这些是传统方法难以实现的。我们期望我们的方法将加速禾谷镰刀菌的遗传学研究。
基于吸附性二氧化硅纳米结构的体内递送增强治疗性核糖核蛋白的基因编辑和碱基编辑
基因组编辑工具广泛安全应用的关键是将核糖核蛋白 (RNP) 的多种成分安全有效地递送到单细胞中，但这仍是其临床应用的生物障碍。为了解决这个问题，设计了一种基于生物相容性海绵状二氧化硅纳米结构 (SN) 的强大 RNP 递送平台，用于储存和直接递送治疗性 RNP，包括 Cas9 核酸酶 RNP (Cas9-RNP) 和碱基编辑器 RNP (BE-RNP)。与基于脂质的方法等商业化材料相比，通过靶向各种细胞和基因，可获得高达 50 倍的基因删除和 10 倍的碱基替换效率，且脱靶效率低。特别是，通过体内实体瘤模型中的静脉注射和小鼠眼中视网膜下注射的基于 SN 的递送成功诱导基因校正。此外，由于其毒性低、生物降解性高，SN 对器官细胞功能的影响微乎其微。由于工程化的 SN 可以克服与治疗性 RNP 应用相关的实际挑战，因此人们强烈期望该平台能够成为模块化 RNP 递送系统，从而促进体内基因删除和编辑。
CRISPR 核糖核蛋白介导的植物基因工程
CRISPR 衍生的生物技术彻底改变了基因工程领域，并已广泛应用于基础植物研究和作物改良。常用的农杆菌或粒子轰击介导的转化方法用于传递质粒编码的 CRISPR 试剂，可导致外源重组 DNA 的整合和潜在的脱靶诱变。编辑效率也高度依赖于表达盒及其基因组插入位点的设计。使用 CRISPR 核糖核蛋白 (RNP) 进行基因工程已成为一种有吸引力的方法，具有许多优势：无 DNA/转基因编辑、最小的脱靶效应、由于 RNP 快速降解而降低毒性以及能够在保持高编辑效率的同时滴定其剂量。尽管 RNP 介导的基因工程已在许多植物物种中得到证实，但其编辑效率仍然不高，并且由于植物再生和选择的困难，其在许多物种中的应用受到限制。在这篇综述中，我们总结了 RNP 介导的植物基因工程的当前发展和挑战，并提供了未来的研究方向，以扩大该技术的使用。
基于 RNP 的原代 CD4+T 细胞编辑...
电穿孔后 72 小时，可使用 BioLegend APC 抗人 TCR α / β 抗体通过流式细胞术评估用靶向 Edit-R sgRNA RNP 的 TRAC 或 TRBC 编辑的原代 CD4 + T 细胞的 TCR α / β 敲除情况。除了通过流式细胞术读取表型外，在基于 RNP 的编辑后 48-72 小时内，可以通过 T7EI/TIDE 测量插入/缺失形成。使用表 1 中列出的每个经过验证的 sgRNA 的引物，遵循 Dharmacon™ Edit-R™ 合成 gRNA 阳性对照试剂盒方案中的直接细胞裂解和 PCR 条件。要测量 T7EI 内切酶的插入/缺失形成，请完成上面列出的方案并使用分析软件。要通过分解 (TIDE) 分析跟踪插入/缺失来测量插入/缺失形成，请将得到的 PCR 扩增子发送至 Sanger 测序并使用网络工具，例如 http://shinyapps.datacurators.nl/tide/ 。以下方案描述了用于通过流式细胞术评估原代 CD4 + T 细胞中 TCR α / β 表型敲除的染色条件。1. 通过离心（300-5 分钟）沉淀用 PPIB、NTC2、TRAC 或 TRBC 靶向 RNP 电穿孔的 CD4 + T 细胞
通过脂质纳米颗粒递送稳定的 CRISPR–Cas9 核糖核蛋白对肺和肝脏进行编辑
如果能够可靠地生产有效的 RNP-LNP 复合物，则脂质纳米颗粒 (LNP) 递送成簇的规律间隔的短回文重复 (CRISPR) 核糖核蛋白 (RNP) 可以实现高效、低毒和可扩展的体内基因组编辑。在这里，我们从嗜热地芽孢杆菌 (GeoCas9) 中设计了一种耐热的 Cas9，以生成 iGeoCas9 变体，与天然 GeoCas9 酶相比，该变体能够对细胞和器官进行 100 倍以上的基因组编辑。此外，iGeoCas9 RNP-LNP 复合物可编辑多种细胞类型，并在接受共同递送的单链 DNA 模板的细胞中诱导同源性定向修复。使用组织选择性 LNP 制剂，我们观察到在接受单次静脉注射 iGeoCas9 RNP-LNP 的报告小鼠的肝脏和肺中基因组编辑水平为 16 œ 37%。此外，与可生物降解的 LNP 复合的 iGeoCas9 RNP 可以编辑肺组织中致病的 SFTPC 基因，平均效率为 19%，这比之前使用病毒或非病毒递送策略观察到的基因组编辑水平有了很大的提高。这些结果表明，热稳定性 Cas9 RNP-LNP 复合物可以扩大基因组编辑的治疗潜力。
使 ipsc 衍生细胞疗法的设计成为可能...
并表征重组 MAD7 以用于我们 iPSC 基因编辑平台中的核糖核蛋白 (RNP)。我们的工艺产生的蛋白质在配制后在溶液中是均质和单体的。此外，通过生物物理和功能表征测量，蛋白质稳定性在 -8080 C 下保持 6 个月。重组产生的 MAD7 的活性在 iPSC 中多个基因座的敲除 (KO) 和同源定向修复 (HDR) 效率方面与 Cpf1 相当。我们已经生成并测试了针对基因组中不同位点的多个 gRNA，并证明 MAD7 不会引起任何结构异常，这通过正交遗传表征测定确定。数据表明，重组 MAD7 CRISPR 核酸酶可以有效表达、纯化和配制，从而能够将哺乳动物细胞稳健而精确地改造为核糖核蛋白 (RNP)。我们目前正在使用我们的 MAD7 优化工艺来生成 MAD7 RNP，以便对具有多个基因编辑的治疗性 iPSC 衍生的 NK 和 T 细胞候选产品进行基因工程改造。Hunter Hoffman、Jill M. Carton、Buddha Gurung、Justin Bianchini、Shelby Keating、Michael F. Naso、Luis Borges
Cas9 的效率、特异性和温度敏感性...
使用 CRISPR-Cas 核糖核蛋白 (RNPs) 转染递送基因组编辑试剂比基于质粒 DNA 的递送方法具有多种优势，包括减少脱靶编辑效应、减轻非天然 DNA 片段的随机整合、不依赖载体构建以及监管限制较少。与在动物系统中的使用相比，RNP 介导的基因组编辑在植物中仍处于早期发展阶段。在本研究中，我们建立了一个高效、简化的基于原生质体的 CRISPR-Cas RNP 递送基因组编辑平台，然后评估了六种 Cas9 和 Cas12a 蛋白的效率、特异性和温度敏感性。我们的结果表明，Cas9 和 Cas12a RNP 递送在不同温度条件下（22°C、26°C 和 37°C）均导致基因组编辑频率（8.7 – 41.2%），并且没有明显的温度敏感性。 LbCas12a 通常表现出最高的活性，而 AsCas12a 表现出更高的序列特异性。CRISPR-Cas RNPs 在 22° 和 26°C（植物转化和组织培养的首选温度）下的高活性导致原生质体再生愈伤组织和在下一代恢复可遗传突变体的植物中具有高诱变效率（34.0 – 85.2%）。这种 RNP 递送方法进一步扩展到菥蓂 ( Thlaspi arvense )、大豆 ( Glycine max ) 和狗尾草，诱变频率高达 70.2%。总之，这项研究为选择 RNP 试剂以实现植物中有效的无转基因基因组编辑提供了启示。