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由于现有技术的效率和精确度欠佳,对哺乳动物细胞的基因转录本进行稳定、精确的靶向敲低(knock-down)在现阶段仍是一个具有挑战性的难题。近日,诺贝尔奖得主Jennifer Doudna教授所领导的研究团队成功开发了基于CRISPR-Csm复合物的新型基因表达调控系统,该系统在维持最低水平的脱靶效应(off-target effects)的同时,在哺乳动物细胞中对RNA敲低的效率可达到90%-99%,远高于现有的其他技术(如shRNA,Cas13相关技术),极大地提高了靶向RNA的敲低效率。这一研究成果已整理发表在预印本平台bioRxiv(题:Precise Transcript Targeting by CRISPR-Csm Complexes)。
CRISPR-Csm是一种来源于来自原核生物的III型CRISPR系统的多蛋白复合物,可对细胞核以及细胞质中的RNA转录本进行精确的敲除。作为CRISPR系统适应性免疫机制的一部分,CRISPR-Csm运用可编码的RNA引导机制来寻找和降解目标RNA分子,并且不会诱发对细胞RNA的无区别切割,这一特点可能使其比CRISPR-Cas13家族酶更具优势。
研究人员补充道:“尽管多亚基Cas蛋白在自然界中普遍存在,但由于其组成结构的复杂性,它们很少被用作真核生物的基因工具(除了少数例外)”,而这也是促使他们将研究关注点转向Csm的原因。
在该预印本文章中,作者表示:“与现有的技术方法相比,Csm是一种颇为有效的RNA敲低工具。一个仅在原核生物中被发现的独立系统却可以被引入真核生物中,而不会与RNAi等宿主自身的RNA调节途径发生交集。此外,不同于RNAi,它可以定位于细胞核并用于靶向核内非编码RNA以及mRNA前体分子。与Cas13相比,Csm仅在crRNA(CRISPR RNA)的靶点互补区域内进行顺式切割,因此不会出现反式切割的现象。此外,与Cas13不同的是,Csm介导的RNA切割不会优先发生在特定的核苷酸碱基上,也不会直接受到侧翼序列的影响”。
简言之,该研究开发了在真核生物中靶向敲低RNA的新工具,即在不对DNA进行永久性改变的情况下改变细胞和生物体内RNA和蛋白质水平的能力。在产业中,这种类型的RNA敲低已经可以通过RNAi药物完成,但这一技术可能面临脱靶效应(切割目标位点之外的位点)、以及与缺乏RNA干扰(RNAi)机制的生物体不兼容等问题。
Doudna博士因其在基因编辑方面的工作成就与Emmanuelle Charpentier教授共同获得了2020年诺贝尔化学奖,同时她也积极投身于生物技术产业,作为联合创始人创立了多家生物技术公司。
[1]David Colognori, Marena Trinidad, Jennifer A Doudna., Precise Transcript Targeting by CRISPR-Csm Complexes, bioRxiv, doi: https://doi.org/10.1101/2022.06.20.496908
[2] Doudna research team finds CRISPR-Csm delivery potentially outperforms RNAi, Cas13, Retrived June 27, 2022, from https://endpts.com/doudna-research-team-finds-crispr-csm-delivery-potentially-outperforms-rnai-cas13/
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