CRISPR/Cas13b系统对猪流行性腹泻病毒增殖的抑制作用

【目的】猪流行性腹泻是由猪流行性腹泻病毒(Porcine epidemic diarrhea virus,PEDV)引起的一种对养猪业造成巨大损失的高致死率的传染性疫病。CRISPR/Cas13b系统精准切割和编辑RNA的功能提供了一种靶向抑制RNA病毒的策略。本研究尝试利用CRISPR/Cas13b的RNA干扰功能对PEDV的基因组RNA进行切割,以探索一种新型的PEDV病毒抑制策略。【方法】设计了4对靶向PEDV基因组不同区域的CRISPR RNA(crRNA)位点,构建了CRISPR/Cas13b打靶载体,以打靶载体转染Vero细胞,并利用PEDV感染转染细胞,检测PEDV在CRISPR/Cas13b转染细胞内的增殖情况。【结果】CRISPR/Cas13b系统对PEDV在Vero细胞的增殖具有明显的抑制作用。打靶载体U6-crRNA3和U6-crRNA4转染组相较于正常细胞组,病毒免疫荧光试验中荧光团明显减少;定量PCR结果显示,打靶载体转染组在细胞水平抑制50%以上病毒增殖量。【结论】本研究构建的CRISPR/Cas13b系统能有效抑制PEDV增殖,为开发有效的RNA病毒防控手段、建立抗病动物模型提供了新的研究策略。

分子诊断及疾病治疗的新工具:CRISPR/cas13系统

规律间隔成簇短回文重复序列(CRISPR)-CRISPR相关蛋白(CAS)系统已在基因编辑邻域掀起一波热潮,相比已研究成熟CRISPR/cas9系统,CRISPR/cas13系统作为一种新型的RNA编辑工具,开启了RNA水平研究及诊疗的新时代。CRISPR/cas13系统在CRISPR RNA(cr RNA)的引导下可以特异性切割靶序列,同时能对周边RNA进行非特异性的“附带切割”,基于该CRISPR/cas13系统的特性,通过优化与改造,CRISPR/cas13系统已成为分子诊断及疾病治疗的新工具。本文对CRISPR/cas13系统的特点及分子机制进行总结,并对其在分子诊断、疾病治疗等方面的研究进展进行综合论述。

基于CRISPR/Cas9技术验证人T淋巴细胞中单等位突变型UNC13D基因脱颗粒功能

目的利用慢病毒介导的CRISPR/Cas9基因编辑技术,敲除人T淋巴细胞中编码Munc13-4蛋白的UNC13D基因;并探讨突变型UNC13D基因(c.1232 G>A,p.R411Q)对人T淋巴细胞Munc13-4蛋白和细胞毒性T淋巴细胞(CTL)脱颗粒功能的影响。方法设计靶向敲除UNC13D基因的sgRNA序列,构建CRISPR/Cas9 UNC13D-sgRNA共表达质粒,筛选出切割效率较高的sgRNA通过第二代慢病毒包装系统包装慢病毒并感染人T淋巴细胞,再将已包装好的野生型以及突变型UNC13D慢病毒感染knockout-UNC13D基因的人T淋巴细胞,以此分为野生型与突变型两组,应用流式细胞术检测两组间的Munc13-4蛋白表达、CTL的脱颗粒功能。结果成功构建出CRISPR/Cas9 UNC13D-sgRNA共表达质粒,CRISPR/Cas9系统成功下调人T淋巴细胞Munc13-4蛋白表达水平;突变型UNC13D基因(c.1232 G>A,p.R411Q)编码的蛋白能够使人CTL脱颗粒功能下降。结论CRISPR/Cas9基因编辑系统成功敲除人T淋巴细胞UNC13D基因,突变型UNC13D基因(c.1232 G>A,p.R411Q)可能为家族性噬血细胞综合征(FHL)的致病性突变位点。

应用CRISPR/Cas13b编辑技术治疗TNNT2R141W转基因小鼠的扩张型心肌病

应用CRISPR/Cas13b系统对TNNT2R141W转基因扩张型心肌病(dilated cardiomyopathy,DCM)小鼠进行探索性治疗,尝试发现治疗扩张型心肌病的一种新方式,为CRISPR/Cas13b系统在体内应用提供实验基础。随机设计11种Cas13b-TNNT2 gRNA并成功构建表达质粒,把它和人源TNNT2过表达质粒共同转染到293T细胞中,通过实时定量PCR(Q-PCR)检测人源TNNT2 mRNA的表达水平。结果显示,gRNA2引导Cas13b敲低目标基因的效率最高,达到80%(P<0.0001)。把gRNA2表达质粒包装到慢病毒载体中,转导出生后1 d的DCM小鼠原代心肌细胞。Q-PCR检测结果表明,CRISPR/Cas13b系统对人源TNNT2 mRNA敲低效率达到55%(P<0.01)。把PspCas13b和gRNA2的表达载体分别包装到AAV9病毒载体中,再将200μL约1×1012AAV9病毒颗粒通过尾静脉注射到4月龄DCM小鼠体内,待注射小鼠发育至5月龄时。Q-PCR检测结果显示,AAV9+DCM组TNNT2R141W表达水平较未注射组对照明显下降至40%(P<0.01)。对5月龄野生型(WT)、DCM(未注射病毒组)和AAV9+DCM(基因组编辑工具注射组)三组小鼠的心脏形态、心功能、心肌纤维化和心力衰竭等表型的观察结合显示:DCM小鼠的心血管形态异常,而AAV9+DCM小鼠心血管形态趋于正常。对3组小鼠的心脏进行超声心动图,并对心功能指标进行统计发现,DCM组较WT组小鼠的左心室射血分数(left ventricular percent ejection fraction,LV EF%)、左心室短轴缩短率(left ventricular percent fractional shortening,LV FS%)分别下降50.4%(P<0.0001),55.1%(P<0.0001),而AAV9+DCM组较DCM组小鼠的LV EF%、LV FS%分别上升66.5%(P<0.01),77.0%(P<0.01)。通过Q-PCR和天狼星红染色检测3组小鼠的心肌纤维化程度。结果显示,DCM组较WT组小鼠的Col3a1和Postn两种纤维化基因,分别高表达5.2倍(P<0.001)、4.5倍(P<0.01),而AAV9+DCM组较DCM组小鼠两种基因表达分别下降2.0倍(P<0.05)、1.4倍(NS)。天狼星红染色结果显示,纤维化区域明显下降;通过Q-PCR和蛋白质免疫印迹分别检测3组小鼠的心肌心力衰竭基因Nppb mRNA和Nppa蛋白质的表达水平。结果表明,DCM组较WT组小鼠Nppb mRNA表达上升14.2倍(P<0.01),而AAV9+DCM组较DCM组小鼠Nppb mRNA表达明显下降2.8倍(P<0.05),Nppa蛋白表达趋势与Nppb相同。把gRNA 5和含有R141W突变(gRNA 5T),以及正常的TNNT2 mRNA(gRNA 5V)序列分别组合转染到293T细胞中。通过Q-PCR检测两种序列mRNA的表达水平。结果显示,gRNA 5T序列表达效率为30%(P<0.0001),而并未检测到gRNA 5V mRNA的敲低。本研究通过设计靶向TNNT2R141WmRNA的gRNA,特异性敲低TNNT2R141W转基因小鼠体内突变的mRNA,有效改善了转基因小鼠的心功能,为临床进一步探索扩张型心肌病的治疗奠定了实验室基础。

RNA靶向系统Crispr/Cas13在分子诊断及临床治疗中的研究进展

成簇的规律间隔的短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats, Crispr)/Crispr相关蛋白(Crispr-associated proteins, Cas)系统彻底变革了基因编辑和基因表达的方式,其中靶向切割DNA特定位点的Crispr/Cas9系统的研究日趋成熟,而目前靶向切割RNA的Crispr/Cas13系统研究较少。Cas13由crRNA(Crispr RNA, crRNA)引导,特异性识别靶向RNA片段,激活后特异性剪切靶向片段,随后对附近的RNA片段进行无差别的"附带剪切",在分子诊断及个体化治疗上具有广阔的应用前景。该文主要对靶向RNA的Crispr/Cas13系统的作用特点及机制进行阐述,并对在临床分子诊断及疾病治疗中的研究进展进行综述。

基于CRISPR/Cas9系统制作拟南芥糖基转移酶ugt79b2/79b3双突变体纯合株系

CRISPR/Cas9系统在植物遗传改良及功能基因研究中有着非常重要的作用。本研究中,根据拟南芥糖基转移酶家族中同工酶UGT79B2/79B3的前体序列,设计针对靶基因UGT79B2/79B3的特异的sgRNA引导序列,构建ugt79b2/79b3-Cas9双突变植物表达载体,并转化到根癌农杆菌GV3101中。将含有目标载体的GV3101活化后,花浸染法浸染拟南芥。以后代阳性株系DNA作为模板,送公司测序。99株阳性转基因株系中分子鉴定发现有24株发生突变,其中只有1株发生ugt79b2/79b3双突变。该研究结果为拟南芥糖基转移酶ugt79b2/79b3突变体的功能开发提供了基础研究与方法支持。

CRISPR/Cas系统在植物抗病毒中的应用

近年来,CRISPR/Cas系统因其简易性和有效性不仅在植物基因组编辑中得到广泛应用,而且开始应用于植物抗病毒研究。本文介绍了CRISPR/Cas系统的研究进展,详述了CRISPR/Cas9和CRISPR/Cas13a在抗植物病毒中的应用,以及靶向病毒基因组和靶向宿主植物基因组两种抗病毒基本策略;同时讨论了CRISPR/Cas12a和相关原核Ago系统在抗植物病毒上的潜在应用前景,并指出CRISPR/Cas在应用中存在的挑战。由于CRISPR/Cas系统在抗植物病毒研究中的优势,可能给植物抗病毒育种带来革命性变化。

INRA717-1B4杂交杨TAC基因CRISPR/Cas9敲除载体的构建及编辑效率检测

TAC(tiller angle control)基因作为IGT [G?L(A/T)IGT]保守家族的一员,与植物体内各类激素相互作用,共同参与分枝角度的调控。为探究TAC基因的分子结构功能及其调节功能,利用CRISPR/Cas9基因编辑系统,以INRA717-1B4杂交杨为试验材料构建pDE-CAS9-NPTⅡ表达载体,通过农杆菌介导法侵染叶片进行遗传转化获得阳性植株,并通过测序检测基因编辑效率。最终获得基因编辑转基因株系12株,其中实现基因突变的2株,编辑效率为16.7%。本试验为CRISPR/Cas9系统在杨树TAC基因功能的验证提供了借鉴,为进一步在木本植物中的应用研究提供了技术支持。

CRISPR系统用于昆虫基因表达调控的研究进展与展望

昆虫基因功能研究因缺少相应的工具而受到明显限制,但CRISPR/Cas9系统的出现为昆虫基因编辑及转录调控研究提供巨大助力。将Cas9核酸酶的RuvC和HNH剪切结构域失活改造得到的dCas9系统近年来在基因转录调控方面得到了广泛应用,同时CRISPR/dCpf1和最新发现的CRISPR/Cas13(a/b)系统为基因功能研究提供更多选择。本文综述了dCas9, dCpf1及Cas13(a/b)系统作用机理及在果蝇中的转录调控研究进展,以期为相关昆虫研究提供参考。

Kdm2b基因敲入双loxp序列的NIH3T3细胞株的构建

目的利用CRISPR/Cas9技术与同源重组技术在组蛋白去甲基化酶Kdm2b基因的特定位置敲入双loxp序列,为后期制备条件性敲除鼠及基因功能研究提供基础。方法利用CRISPR/Cas9靶向性原理,根据Kdm2b基因第7个外显子的5臂端和第9个外显子的3臂端设计两个sgRNA,构建sgRNA-PX459重组质粒。从Kdm2b基因上克隆出同源臂,将同源臂插入带有loxp序列的Vector 5中,利用引物从Vector 5质粒克隆得到loxp-同源臂序列的双链Donor DNA。通过脂质体转染将sgRNA-PX459重组质粒和双链Donor DNA导入小鼠NIH3T3细胞,利用嘌呤霉素筛选细胞,挑选阳性单克隆。提取NIH3T3细胞基因组进行PCR,对PCR产物酶切鉴定,同时对Kdm2b基因进行测序。结果电泳和测序结果显示sgRNA-PX459重组质粒构建成功,双链Donor DNA测序结果与设计相符合,成功在NIH3T3细胞Kdm2b基因上第7个外显子的5臂端和第9个外显子的3臂端各敲入一个loxp序列。结论获得Kdm2b基因敲入双loxp序列的NIH3T3细胞株。

CRISPR/Cas基因编辑系统研究进展

规律性成簇间隔的短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR)的发现和工程技术对生命科学的发展带来巨大的推动作用。RNA引导的Cas(CRISPR-associated)酶已被用作操纵细胞、动物和植物基因组的工具。这加速了基础研究的步伐,并使其在临床和农业上的应用成为可能。CRISPR/Cas9对在实验系统中进行的功能基因组学的研究有重大影响。CRISPR/Cas9系统自发现以来,因其操作便捷、成本低、特异性高、可同时打靶任意数量基因等优点而被广泛应用。经过近几年研究发现,Cas9变异体(Cas12a、Cas13)有利于突破和克服CRISPR/Cas9应用中的一些限制,Cas12a极大地扩展了基因编辑靶位点的选择范围,同时其介导的多基因编辑具有明显的优势;Cas13等蛋白能特异性结合和编辑RNA,开启了转录组研究的新篇章。本文主要就CRISPR/Cas的研究背景以及Cas9、Cas12a和Cas13系统研究进展和应用进行综述,并对其应用前景和发展方向进行了展望。

基于CRISPR均相电化学生物传感器检测SARS-CoV-2和HIV-1方法的建立

目的建立基于CRISPR-Cas13a系统的均相电化学生物传感器并用于病原微生物的核酸检测。方法通过逆转录-重组酶介导链替换核酸扩增技术(RT-RAA)对目标核酸进行扩增,经过体外转录后,激活Cas13a蛋白高效切割单链RNA的活性并对标记有亚甲基蓝(MB)的报告RNA进行剪切,构建CRISPR均相电化学生物传感器;通过遴选报告RNA上寡核苷酸的长度优化该传感器;利用该传感器检测新型冠状病毒(SARS-CoV-2)RNA和Ⅰ型人类免疫缺陷病毒(HIV-1)RNA,并对其检测性能进行评价。结果建立了一种基于CRISPR-Cas13a系统和RT-RAA等温扩增技术的均相电化学生物传感器,利该方法使用相对应的扩增引物和CRISPR RNA(crRNA)后能稳定检测出低至10^(2)拷贝/μl的SARS-CoV-2 RNA和HIV-1 RNA,并与其他多种病原体未发生交叉反应。结论该基于CRISPR-Cas13a系统的均相电化学生物传感器具有制备简单、灵敏度高、特异性好和通用性强等优点,为病原微生物的现场快速检测提供了新的可行方案。