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Nat Commun:清华大学谢震研究组报道控制Cas9活性新策略

摘要 : 2016年10月3日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Communications》杂志在线发表了清华大学信息科学与技术国家实验室(筹)谢震课题组题为“利用拆分dCas9结构域的整合与置换实现哺乳动物细胞的转录控制”(Integration and exchange of split dCas9 domains for transcriptional controls in mammalian cells)的研究论文

 2016年10月3日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Communications》杂志在线发表了清华大学信息科学与技术国家实验室(筹)谢震课题组题为“利用拆分dCas9结构域的整合与置换实现哺乳动物细胞的转录控制”(Integration and exchange of split dCas9 domains for transcriptional controls in mammalian cells)的研究论文,研究首次报道了在哺乳动物细胞中,通过合理拆分Cas9/dCas9蛋白,利用多输入合成基因线路感知不同分子信号,实现了在不同类型细胞中对Cas9/dCas9活性的精确调控,为精确控制CRISPR/Cas9基因编辑工具提供了新的策略。清华大学自动化系博士生马大程和硕士生彭曙光为论文共同第一作者,谢震研究员为论文通讯作者。

CRISPR/Cas9系统是细菌和古细菌在长期演化过程中形成的一种适应性免疫防御,可用来对抗入侵的病毒及外源DNA。CRISPR/Cas9系统通过将入侵噬菌体和质粒DNA的片段整合到 CRISPR中,并利用相应的CRISPR RNAs(crRNAs)来指导剪切与之配对的DNA序列。通过人工设计包含Cas9结合靶点序列的指导RNA(guide RNA),Cas9可用于对基因组中特异位点的切割。不仅如此,失去核酸酶活性的dCas9也可用于基因表达调控,以及DNA位点的标记。精确控制Cas9/dCas9的功能,有助于实现特定时间、特定细胞的表达,进一步拓展CRISPR/Cas系统的应用范围。

在该项研究中,课题组首先验证了利用内含肽拆分Cas9/dCas9的可行性,并实现了基于拆分dCas9的三输入逻辑“与门”基因线路。此外,课题组还利用TALE互抑制基因线路,通过感应shRNA或细胞特异性microRNA信号,实现了拆分dCas9的结构域互换,控制单个或两个不同基因的表达。该研究发展的基于内含肽拆分dCas9的结构域整合、交换策略,不仅为拆分Cas9突破基因治疗载体装载容量限制提供了新的策略,也为特异性控制dCas9活性提供了新型工具。

谢震课题组致力于合成生物学基因线路在生物学和医学上的应用。其开发的结构域可控交换策略特异性控制dCas9功能,是该课题组继2015年在《自然·化学生物学》报道利用TALE转录抑制子模块化拼装合成基因线路之后,对合成生物学领域的又一重要贡献。

基于拆分dCas9的三输入逻辑“与门”基因线路(上方)。利用TALE抑制子感应不同信号,实现dCas9蛋白结构域的互换,控制不同基因表达。

原文链接:

Integration and exchange of split dCas9 domains for transcriptional controls in mammalian cells

原文摘要:

Programmable and precise regulation of dCas9 functions in response to multiple molecular signals by using synthetic gene circuits will expand the application of the CRISPR-Cas technology. However, the application of CRISPR-Cas therapeutic circuits is still challenging due to the restrictive cargo size of existing viral delivery vehicles. Here, we construct logic AND circuits by integrating multiple split dCas9 domains, which is useful to reduce the size of synthetic circuits. In addition, we engineer sensory switches by exchanging split dCas9 domains, allowing differential regulations on one gene, or activating two different genes in response to cell-type specific microRNAs. Therefore, we provide a valuable split-dCas9 toolkit to engineer complex transcription controls, which may inspire new biomedical applications.

来源: Nature Communications 浏览次数:0

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