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Nature:Cas9随心所欲地激活基因

摘要 : 就基因表达而言,人们主要还是一次研究一个基因。哈佛大学Wyss研究所的研究人员在著名遗传学家George Church的领导下利用CRISPR/Cas9系统开发了一种革命性技术。该技术可以揭示一连串基因回路对生物过程的影响(比如组织发育或疾病发生),也可以精确指导干细胞分化,生成再生医学所需的移植器官。相关论文最近发表在Nature Methods杂志上。

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基因表达而言,人们主要还是一次研究一个基因。哈佛大学Wyss研究所的研究人员在著名遗传学家George Church的领导下利用CRISPR/Cas9系统开发了一种革命性技术。该技术可以揭示一连串基因回路对生物过程的影响(比如组织发育或疾病发生),也可以精确指导干细胞分化,生成再生医学所需的移植器官。相关论文最近发表在Nature Methods杂志上。

这项研究意味着人们可以开发出精确的基因疗法来预防和治疗疾病,是高度个性化医疗的曙光。个性化医疗是非常重要的,因为人的个体差异对疾病发展影响很大。

CRISPR/Cas9是时下最热门的基因编辑系统,Cas9蛋白可以说是基因工程的瑞士军刀,可以结合并切割任意DNA。Church等人以一种新方式使用Cas9,让它激活特定基因的转录,从而表达或抑制特定的遗传学性状。他们把Cas9与延长了三倍的转录因子融合起来,使其能够强力控制单个或多个基因的表达。

“在基因工程领域,能控制遗传学性状的旋钮越多越好,”Church说。“我们展示了一类全新的旋钮,它们可以控制多个基因,决定特定遗传学性状的表达或表达程度。现在我们可以极为精确的上调或下调基因表达。”研究人员在体外培养的酵母、果蝇、小鼠和人类细胞中证实了这一技术操纵基因表达的能力。

人类基因组90%的区域并不翻译成蛋白质,曾经被认为是无用的垃圾。后来人们发现,这一区域的基因以一种神秘的方式起作用,而且这些基因往往串联起来发挥作用。Church等人开发的新方法,可以靶标和激活这些人们知之甚少的DNA暗物质。

除了揭开DNA暗物质的秘密,Cas9还能将合成的基因环引入基因组,触发全新的基因表达或者改变基因表达。用 Cas9精确操纵一连串基因,对干细胞工程也有很大的帮助,有助于开发移植用的器官和再生疗法。

“要从干细胞生成器官,我们必须加快对发育生物学的理解,”Church说。“我们的方法可以快速干扰和分析大量基因组合,大大提升鉴定发育通路的速度。”

研究人员用自己开发的技术诱导干细胞分化成大脑神经元。他们发现,Cas9在编程神经元发育时比传统方法好40倍。“这项研究为人们提供了控制细胞和组织功能的有力途径,会给所有科研和医疗领域带来一场革命,比如基因治疗、再生医学、抗衰老等等,”Wyss研究所的Donald Ingber教授说。

原文链接:Highly efficient Cas9-mediated transcriptional programming

The RNA-guided nuclease Cas9 can be reengineered as a programmable transcription factor. However, modest levels of gene activation have limited potential applications. We describe an improved transcriptional regulator obtained through the rational design of a tripartite activator, VP64-p65-Rta (VPR), fused to nuclease-null Cas9. We demonstrate its utility in activating endogenous coding and noncoding genes, targeting several genes simultaneously and stimulating neuronal differentiation of human induced pluripotent stem cells (iPSCs).

来源: Nature Methods 浏览次数:371

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