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上海滬震實業有限公司
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閱讀:594發布時間:2016-6-7
作為CRISPR基因組編輯的新工具,Cpf1因其不同于Cas9的性質而引起人們的廣泛關注。它只需要單個RNA,即crRNA(CRISPR RNA),因而組裝更加簡單;它的交錯切割模式可能促進利用所需的序列替換現有的DNA序列;它識別富含胸腺嘧啶的DNA序列,而且相對于Cas9識別的富含*的序列,人們很少探討這種序列。總之,Cpf1有望擴大CRISPR基因組編輯靶位點的范圍,同時具有更好的編輯效率。
盡管Cpf1有巨大潛力成為一種強大的基因組編輯工具,但是人們很少證實這種新的工具如何特異性地找到它的靶位點。在一項新的研究中,來自韓國基礎科學研究所(IBS)基因組編輯中心的研究人員證實作為一種高度特異性的可編程工具,Cpf1適合用于的基因組編輯。相關研究結果于2016年6月6日在線發表在Nature Biotechnology期刊上,論文標題為“Genome-wide analysis reveals specificities of Cpf1 endonucleases in human cells”。
研究人員使用了兩種類型的Cpf1家族蛋白(AsCpf1和LbCpf),這是因為它們是同類蛋白中編輯效率zui高的,并開展Digenome-seq測試:他們設計出的一種測試方法以便在全基因組中鑒定出Cpf1能夠進行切割的靶位點(on-target site)和脫靶位點(off-target site)。不含細胞的基因組DNA是從人細胞中分離出的,然后利用事先組裝的重組Cpf1核糖核蛋白(RNP,編者注:由crRNA和Cpf1進行組裝而形成)對該基因組DNA進行切割,隨后進行全基因組測序。通過對對應于體外靶切割位點和脫靶切割位點的測序序列片段進行比對,就可通過計算鑒定出這些位點。
Figure 1a(左邊):在這項研究中,利用單重Digenome-seq確定LbCpf1(n = 8)、AsCpf1(n = 8)和SpCas9(n = 2)的體外切割位點。在我們之前的研究中,利用利用多重Digenome-seq確定SpCas9(n = 11)的體外切割位點。Figure 1b(右邊):利用Digenome-seq分析Cpf1和SpCas9 RGENs的全基因組特異性。
基因組分析表明Cpf1是高度特異性的,與Cas9相比,只有更少的脫靶切割位點(對LbCpf1而言是6個,對AsCpf1而言是12個),而Cas9能夠切割人基因組上的90多個位點(Fig. 1a)。特別地,在大多數體外脫靶切割位點中,代表脫靶效應的核苷酸插入或刪除(insertion or deletion, indel)發生率低于0.1%,遠低于對應的靶位點上的indel發生率,這提示著這兩種Cpf1蛋白幾乎沒有脫靶效應。作為這篇論文的共同*作者,KIM Daesik說,“值得注意的是,靶向某個位點的LbCpf1和AsCpf1在整個人基因組中只切割靶位點。”
Figure 2:通過運送Cpf1和crRNA形成RNP復合物而不是編碼Cpf1和crRNA的質粒,可避免Cpf1脫靶效應。
論文通信作者、IBS基因組編輯中心主任KIM Jin-Soo說,“為了降低脫靶效應,我們將事先組裝的Cpf1 RNP導入細胞中,并且假定Cpf1 RNP與Cas9 RNP一樣將在轉染后立即切割靶位點,并且被破壞蛋白的內源性酶快速地降解,因而在不犧牲靶標切割效率的同時降低脫靶效應。”確實,Cpf1 RNP并不誘導足以在脫靶位點產生突變的高水平indel發生(Fig. 2)。
Jin-Soo認為,鑒于這項研究證明了Cpf1*的特異性,這種新的核酸內切酶將能夠更加廣泛地用于的基因組編輯,同時不會產生任何不想到的突變。CRISPR/Cpf1的應用將是沒有限制的,從無毒性抗癌藥物和干細胞治療等治療方法到高附加值的牲畜和農產品,而且也一直是開放的。
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