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CRISPR技术在动物胚胎中敲除基因表达

通过/ 2020年9月2
各种畸形的斑马鱼胚胎。
沉默的序列:注射了靶向mRNA的CRISPR系统的斑马鱼胚胎与未注射的胚胎相比有不同程度的畸形(右三帧)。

一种抑制鱼和老鼠胚胎基因表达的新方法可能有助于研究人员研究早期发育中的自闭症基因1

该技术使用了一种改良版的基因编辑器CRISPR切割和降解信使RNA (mRNA),细胞的蛋白质生成指令,从而抑制某些基因的表达。

CRISPR系统通常使用被称为引导RNA的短序列,引导一种酶切割目标DNA序列。然而,科学家们可以在CRISPR系统中使用不同类型的酶,其中一些可以切断RNA。

在这项新研究中,研究人员将重点放在一种名为Cas13的酶上,科学家们已经使用这种酶来降解酵母、植物和哺乳动物细胞中的RNA。

为了测试这种酶是否可以用于活体生物,研究小组将编码Cas13四种变体的mRNA序列注射到斑马鱼胚胎中,这四种变体分别是标记为RfxCas13d、PguCas13b、PspCas13b和LwaCas13a-GFP。斑马鱼和人类有很多相同的基因,使它们成为有用的有机体研究自闭症遗传学。它们的胚胎也是透明的,这使得研究人员能够观察它们的发育过程。

研究人员说,RfxCas13d,也被称为Cas13d,是唯一一种被有效地翻译成蛋白质且不会在胚胎中造成畸形的变体。

接下来,研究小组测试了Cas13d抑制各种mRNA序列表达的能力。在一项实验中,他们向胚胎注射了编码Cas13d的mRNA和两种荧光蛋白(红色和绿色),以及针对红色荧光蛋白mRNA序列的引导rna。在另一项测试中,他们将Cas13d mRNA注入胚胎,同时将引导rna注入到参与早期发育的各种基因中。他们还对所有胚胎的RNA进行了测序。

柔和的消息:

研究人员报告说,CRISPR-Cas13d系统有效而精确地抑制了斑马鱼胚胎中的基因表达。在注入荧光蛋白mrna的胚胎中,CRISPR-Cas13d系统在注射6小时后显著降低了靶向红色蛋白水平。而非靶向绿色蛋白水平则不受影响。

在所有的实验中,该系统平均降低了76%的靶向mRNA转录水平。研究人员报告说,它还会产生异常,比如尾巴缺失或生殖细胞缺失,这通常是由参与早期发育的基因突变造成的。

这项技术的成本大约是morpholinos的20倍,morpholinos是科学家常用来阻止斑马鱼基因表达的合成分子。研究者说,吗啡啉诺每瓶售价约500美元,可以产生脱靶效果并引发免疫反应。

“这是一个游戏规则改变者,”他说米格尔Moreno-Mateos他是西班牙巴勃罗·德·奥拉维德大学分子生物学和生物化学工程的助理教授,也是这项研究的负责人之一。该方法已于2008年8月被介绍发展艾尔细胞

进一步的测试表明,CRISPR-Cas13d系统可以用于另外两种鱼类——青鳉和鳉鱼——以及老鼠的胚胎。该系统还可以抑制胚胎基因组转录的信使rna和存在于胚胎中的母体信使rna,它们控制生命早期阶段的发育,目前人们对它们的了解仍很有限2

研究人员说,这项技术可以帮助科学家探索基因和母体信使rna在早期发育中的作用。它也可以用来研究自闭症候选基因的影响。


引用:
  1. Kushawah G。et al。Dev细胞。Epub提前出版(2020年)PubMed
  2. 李M.T.et al。为基础。Rev. Cell Dev. Biol。30.581 - 613 (2014)PubMed