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CRISPR/Cas12a有话说:让基因编辑具有更多可能性

  日期:2018-08-09  来源:转化医学网


来自美国麻省理工学院的博士后研究员Naama Kanarek及其团队在利用CRISPR/Cas9基因编辑技术筛选甲氨蝶呤敏感性的因素研究中,惊奇的发现癌细胞对甲氨蝶呤敏感性,其中有一个重要的“参与者”——组氨酸降解,基于这一现象的发现,Naama Kanarek研究员及其团队指出利用CRISPR技术改善化疗药物甲氨蝶呤的抗癌药效。


作为一个革命性的基因编辑新工具,自CRISPR技术问世以来,就被广泛应用于各个生物领域的研究中,科学家们亲切的称它为“魔剪”,也正是因为有了这把“魔剪”,科学家们可以随心所欲的操纵基因。


早前,来自美国麻省理工学院的博士后研究员Naama Kanarek及其团队在利用CRISPR/Cas9基因编辑技术筛选甲氨蝶呤敏感性的因素研究中,惊奇的发现癌细胞对甲氨蝶呤敏感性,其中有一个重要的“参与者”——组氨酸降解,基于这一现象的发现,Naama Kanarek研究员及其团队指出利用CRISPR技术改善化疗药物甲氨蝶呤的抗癌药效。


当然,这样的研究,无疑是令人兴奋与激动的。由于Cas9的两个核酸酶域分别在DNA的特定位置剪出一个缺口,致使双链断裂,尽然细胞会尝试修复该断裂,但修复过程容易出错,并且常常会引入意外突变,破坏基因的正常功能,至此,造成该基因失去功能,达到编辑基因的效果。但是,作为基因的手术刀,CRISPR基因编辑技术也不是万能的,由于体内环境相当复杂,在编辑基因的过程中也会出现脱靶的现象。为了使CRISPR基因编辑技术具有更多可能性,科学家们也在不断的尝试改进,就在几天前,来自德克萨斯大学的 Isabel Strohkendl教授及他的团队首次确定相较于Cas9蛋白来说,Cas12a蛋白更具准确度,同时也更安。

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CRISPR/Cas12a匹配DNA示意图


CRISPR/Cas系统和其他的一些RNA定向酶有一个共同的特征那就是:结合RNA都包含一个“种子”区域,所谓的“种子”区域就是基于PAM序列近端的核苷酸序列,这些序列是高度敏感的,因此,对于基因编辑来说,目的基因的靶点识别度及亲和力至关重要。


CRISPR/Cas9工作时,Cas9蛋白识别PAM序列(RNA编写的遗传密码),通过gRNA解开部分双螺旋,在这个过程中,Cas9蛋白一旦找到匹配较好的序列时,便会紧密贴合在该段DNA上,而在这个过程中,也许会出现一些错配的现象,但这种结合是不可逆的,当它寻找到自己的“真命天子”,你就别想让它再离开。而在这一方面Cas12a就显得机智许多,它在寻找“真命天子”时,会对沿途的DNA序列进行单碱基的识别,如若发现有匹配不好的碱基,便会离开重新寻找,在寻找到PAM序列时,Cas12a蛋白会与PAM序列形成一种半封闭的R-环(R-loop),当识别到正确的序列时,才会完全结合成封闭的R-环,所以这种结合是可逆的,这也体现出了它更安全的一面。


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CRISPR/Cas12a工作原理



参考资料

https://www.biorxiv.org/content/early/2018/06/26/355917


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