CRISPR / Cas9效率得到提高

在优化的过程中基因组编辑的关键过程,研究人员从发育生物学/生理学系海德堡大学的生物的研究中心已经成功地大幅提高等分子遗传学方法的效率CRISPR / Cas9和相关系统,扩大应用领域。从其他学科与同事在一起,生命科学家调整这些工具来支持,尤其,有效的遗传筛查造型特定的基因突变。此外,最初的DNA序列可以被修改。教授Joachim Wittbrodt博士指出,这开辟了广泛的新领域,在基础研究和工作,潜在的治疗应用。

基因组编辑意味着故意改变DNA的分子遗传学方法。它是用来繁殖的植物和动物,而且在基础医学和生物学研究。最常见的程序包括“基因”剪刀CRISPR / Cas9及其变体称为基本编辑。在这两种情况下,酶必须运输到靶细胞的细胞核。货到后,削减CRISPR / Cas9系统DNA在特定网站,导致双链断裂。新的DNA片段可以插入到该网站。基本编辑器使用类似的分子机制,但他们不把DNA双链。相反,一种酶加上Cas9蛋白质执行目标的核苷酸交换——基因组的基本构建块。在三个连续研究,Wittbrodt教授的团队成功地大幅提高效率和这些方法的适用性。

挑战当使用CRISPR / Cas9在于有效交付所需的Cas9核酶。“细胞有一个精心设计的“保镖”机制。可以把它区分蛋白质进入细胞核和那些应该留在细胞质,”博士解释说Tinatini Tavhelidse-Suck Wittbrodt教授的团队。启用访问下面的标签由几个氨基酸功能就像一个“入场券”。科学家们已经想出一种普遍有效的“贵宾门票”,让酶配备很快进入细胞核。他们把它命名为“高efficiency-tag”,简称为“hei-tag”。“其他蛋白质必须穿透细胞核也更成功‘hei-tag’,”托马斯Thumberger博士得出结论也是有机体的研究中心研究员(COS)。与海德堡大学的药理学家合作,团队可以表明Cas9与“hei-tag”票可以高效、有针对性的在模式生物基因组的改变不仅青鳉,日本ricefish (Oryzias latipes),但还在哺乳动物细胞培养和小鼠胚胎。

海德堡在进一步的研究中,科学家们表明,生物体的基本编辑操作高度有效,甚至适合遗传筛查。与日本大米鱼一个实验,他们能够证明这些本地有限,有针对性的修改DNA的各个建筑块实现的结果,否则只有通过生物改变了基因的相对艰苦的繁殖。研究小组在COS,与Jakob Gierten博士博士合作,在海德堡大学医院儿科心脏病专家,专注于特定的基因突变。这些突变被怀疑引发人类先天性心脏病。通过修改单个构件的相关基因的DNA生物模型,科学家们能够模仿和研究鱼类胚胎心脏缺陷描述。有针对性的干预导致可见心脏的变化已经在鱼类胚胎发育的早期阶段,说贝蒂娜Welz和亚历克斯·Cornean博士的两个第一作者Wittbrodt教授的研究团队。使研究人员证实最初的怀疑和建立一个因果基因改变和临床症状之间的联系。

鱼的基因组中精确的干预通过特别开发的软件ACEofBASEs胚胎成为可能,这是网上。它允许识别基因位置,非常有效地导致预期的目标基因和合成蛋白质的变化。科学家们说,日本ricefish是一个很好的遗传生物模型造型突变如确定各自的病人。“我们的方法使一个有效的筛选分析,因此为发展个性化治疗提供一个起点,“根据Jakob Gierten。

第三个研究中,从Wittbrodt集团处理基本编辑器的局限性。对于这样一个编辑器来绑定一个靶细胞的DNA,主题必须有一个特定的序列。它被称为Protospacer相邻的主题,PAM。“如果这主题缺乏附近的DNA构建块被改变,是不可能的核苷酸交换,“Thumberger博士解释说。一个团队在他的领导下已经找到一种方法,绕过这个限制。两个基本编辑在一个单元中使用。在最初的步骤中,一个新的DNA结合主题编辑器生成的基础,在这第二个编辑,同时应用,可以编辑的网站无法访问。这个交错使用被证明是高效的,解释了佳兆业集团Pakari,这项研究的第一作者。这个技巧,海德堡科学家能够增加可能的应用程序的数量建立基地的网站编辑65%。现在的DNA序列,最初访问也可以修改。

“优化基因组编辑和调整应用程序的现有工具为基础研究和导致巨大的多样化的可能性,潜在的,新颖的治疗方法,”约阿希姆Wittbrodt突显。

引用:

Thumberger T, Tavhelidse-Suck T Gutierrez-Triana JA等。提高目标使用hei-tag基因组编辑。eLife。2022;11:e70558。doi:10.7554 / eLife.70558

Cornean, Gierten J, Welz B,马特奥杰,Thumberger T, Wittbrodt J .精确在活的有机体内功能分析的DNA变异基础编辑使用ACEofBASEs目标预测。eLife。2022;11:e72124。doi:10.7554 / eLife.72124

Pakari K, Wittbrodt J, Thumberger t .新创PAM代达到最初访问目标网站的基本编辑。发展。2023年,150 (2):dev201115。doi:10.1242 / dev.201115

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