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Nature:张锋用CRISPR启动基因

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摘要 : 麻省理工的科学家们对目前最热门的基因编辑系统CRISPR/Cas9进行了改造,这一成果发表在十二月十日的Nature杂志上。现在,人们可以用这一技术在活细胞中有效启动任何基因。
Nature:张锋用CRISPR启动基因

麻省理工的科学家们对目前最热门的基因编辑系统CRISPR/Cas9进行了改造,这一成果发表在十二月十日的Nature杂志上。现在,人们可以用这一技术在活细胞中有效启动任何基因。

这个系统可以让科学家们更简便地研究不同基因的功能,领导这项研究的CRISPR技术先驱张锋(Feng Zhang)说。

改造后的CRISPR技术,可以快速对整个基因组进行功能筛选,帮助人们鉴定涉及特定疾病的基因。张锋等人在这项研究中就鉴定了让黑色素瘤细胞抵抗癌症药物的几个基因。

CRISPR的新功能

CRISPR原本是细菌抵御病毒感染的免疫体系。之前人们利用这个系统建立了基因编辑复合体,这个复合体包括Cas9酶和引导RNA。引导RNA结合到基因组的特定序列,告诉Cas9在哪里进行剪切。

近两年来,Cas9工具被广泛用于关闭或替换基因,而张锋等人这次成功将它改造来启动基因。

之前也有人尝试过用CRISPR系统启动基因。他们失活了Cas9的剪切活性,并将Cas9连上活化结构域,这些结构域能够招募转录机器,启动转录过程。然而这些努力并不能持续启动基因转录。

张锋等人之前曾经获得了Cas9结合引导RNA和目标DNA时的结构,他们决定在此基础上对CRISPR-Cas9进行改造。“知道了它的3D形态,我们就能合理的改善这个系统,”张锋说。

人们过去是将活化结构域连接在Cas9的末端,但效果并不理想。MIT这个团队意识到,RNA从Cas9复合体伸出的两个小环是更好的连接位点,这样活化结构域在招募转录机器时就更加灵活。他们用改造后的CRISPR系统成功激活了十个基因。这些基因的转录都得到了两倍以上的增涨,许多基因的活性甚至有了几个数量级的增加。

全基因组转录激活

随后,研究人员建立了70, 290个引导RNA的文库,来靶标人类基因组超过两万个基因。他们由此鉴定了让黑色素瘤抵抗药物PLX-4720的基因。PLX-4720对于携带BRAF突变的患者疗效比较好,残存下来的癌细胞会长成新的肿瘤,导致癌症复发。

研究人员将CRISPR元件引入大量体外培养的黑色素瘤细胞,不同细胞对应靶标不同基因的引导RNA。然后他们用PLX-4720处理这些细胞,由此鉴定帮助癌细胞生存的基因。事实上他们也的确发现了几个新的抗性基因。这样的研究可以帮助人们开发新的癌症药物,阻止肿瘤获得抗性。

下一步张锋实验室计划继续进行筛选,寻找那些激活时能校正自闭症或神经退行性疾病(比如阿尔茨海默症)的基因。 

原文链接:Genome-scale transcriptional activation by an engineered CRISPR-Cas9 complex

原文摘要:Systematic interrogation of gene function requires the ability to perturb gene expression in a robust and generalizable manner. Here we describe structure-guided engineering of a CRISPR-Cas9 complex to mediate efficient transcriptional activation at endogenous genomic loci. We used these engineered Cas9 activation complexes to investigate single-guide RNA (sgRNA) targeting rules for effective transcriptional activation, to demonstrate multiplexed activation of ten genes simultaneously, and to upregulate long intergenic non-coding RNA (lincRNA) transcripts. We also synthesized a library consisting of 70,290 guides targeting all human RefSeq coding isoforms to screen for genes that, upon activation, confer resistance to a BRAF inhibitor. The top hits included genes previously shown to be able to confer resistance, and novel candidates were validated using individual sgRNA and complementary DNA overexpression. A gene signature based on the top screening hits correlated with a gene expression signature of BRAF inhibitor resistance in cell lines and patient-derived samples. These results collectively demonstrate the potential of Cas9-based activators as a powerful genetic perturbation technology.

来源: Nature 浏览次数:474

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