lncRNA轉錄抑制怎么做?看看「CRISPRi 」這個基因下調的新技術-國內聚焦-資訊-生物在線

lncRNA轉錄抑制怎么做?看看「CRISPRi 」這個基因下調的新技術

作者:上海吉凱基因醫學科技股份有限公司 2021-11-15T10:05 (訪問量:11189)

基因功能缺失與獲得是研究其功能的主流操作方法,前者主要通過干擾(RNAi)或敲除(CRISPR/cas系統)的方式實現。兩大下調技術已經很成熟,并且運用廣泛,但是針對諸多lncRNA的表達抑制,當前技術尚有欠缺。

長鏈非編碼RNA(lncRNA)是當前研究熱門的分子之一,反義寡核苷酸ASO可以實現lncRNA在細胞水平的敲低,但化學合成的ASO,并不能實現長期穩定的下調,而通過質?;蛘卟《具f送的RNAi只能實現部分lncRNA的敲低(主要因為其二級結構復雜,不編碼,部分定位細胞核的特征)。

CRISPR/Cas9 系統為分子生物學的所有領域提供了革命性的基因組編輯工具。在長鏈非編碼 RNA (lncRNA) 研究中,Cas9 核酸酶可以刪除 lncRNA 基因或將 RNA 不穩定元件引入其基因座, 許多 lncRNA 源自雙向啟動子或與啟動子或有義或反義基因體重疊。但在全基因組分析中,Goyal等人發現 15929 個 lncRNA 基因座中只有 38% 可以安全地進行 CRISPR 應用,而幾乎三分之二的 lncRNA 在基因座有鄰近或重疊基因,這就限制了其在細胞水平的穩定敲除< 學會lncRNA沉默的方法,從此lncRNA研究不發愁! >。


新型的基因表達抑制技術CRISPRi ,通過對Cas9蛋白的RuvC1和 HNH兩個核酸酶活性區域突變,只保留由gRNA引導進入基因組的能力(稱為dCas9-dead Cas9),并與 ZNF10 的 KRAB(Krüppel-associated box)結構域融合,dCas9 當被募集到基因啟動子附近時會干擾轉錄起始或延伸,從而導致轉錄減少,形成了新型的基因下調技術。



Cho等人在cell上通過CRISPRi干預PVT1啟動子的轉錄,并通過siRNA、ASO下調PVT1,證明了PVT1啟動子影響MYC表達和細胞生長的,而非PVT1這個lncRNA 的功能,這就為研究啟動子的功能提供一個有力的工具。LncRNA功能之一為其自身無功能,但其轉錄時,會影響其他基因的轉錄,稱為順式調節,CRISPRi不但可以實現啟動子的轉錄抑制,同時也下調了lncRNA,可謂一石二鳥。



Liu等人使用CRISPRi文庫來篩選人類膠質母細胞瘤 (GBM) 細胞中的 5689 個 lncRNA 基因座,得到33個使細胞對輻射敏感的lncRNA:


最終確定了lncGRS-1為神經膠質瘤特異性治療靶點,并建立了一種通用方法來快速確定大量非編碼基因組中的新治療靶點,以增強放射治療



已知 Pcsk9 蛋白的丟失會降低 LDL 膽固醇的血清水平。Matthew等人運用CRISPRi技術,將dCas9-KRAB系統插入小鼠ROSA26基因座,以及設計Pcsk9的靶向 gRNA在肝臟中抑制Pcsk9,成功抑制了編碼基因Pcsk9的表達,并建立了低膽固醇水平的小鼠



Pcsk9-小鼠模型的建立,說明CRISPRi在動物實驗的有效性,無論是編碼基因還是lncRNA,CRISPRi均能實現表達抑制。


通過谷歌學術查詢,CRISPRi的文獻多集中于近兩三年。傳統的RNAi雖然使用、設計較為方便,但一般要求基因表達水平較高且定位胞漿;CRISPR/Cas9不要求基因高表達,但針對編碼基因的KO形成雜亂的移碼突變,很多科研者往往要構建單克隆細胞系,無疑加大了建系難度;

CRISPRi,由于在基因轉錄時抑制其表達,所以既不要求基因是高表達的,也不會形成雜亂的移碼突變,在技術上尤其先進性,但也有技術缺陷,其一是要求抑制的基因在基因座不含有鄰近基因,不然無法實現特異性;其二是CRISPR有潛在的脫靶性,當然,該缺陷前兩種技術也有,所以在實驗設計時,需設計雙靶點同時實驗,或者設計回復實驗。

CRISPRi最大的應用價值還是在lncRNA上,lncRNA較難敲低及敲除,在轉錄之初就抑制其表達,無需關心lncRNA的表達水平、二級結構、細胞定位等情況,只需在其基因座上無鄰近基因,即可進行設計并抑制。且可以運用CRISPRi文庫針對細胞所有的lncRNA進行高通量篩選,尋找靶標,助力功能性lncRNA的發現!

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