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CRISPR再升级,活细胞内实时看到基因编辑变化

作者: Quality酷乐志   点击次数:    发布时间: 2019-09-09 13:19

  来源:学术经纬

  在顶尖学术期刊《科学》最新上线的一批论文中,斯坦福大学生物工程系亓磊(Stanley Qi)教授领衔的研究团队,带来了基因编辑技术的一项新成果。他们开发了一项名为CRISPR LiveFISH的多功能成像方法,可以实现在活细胞中实时观测基因组编辑的动态变化。

  作为CRISPR基因编辑技术的一位先锋,亓磊教授过去已在这个领域取得了一系列突破。有人打比方说,如果把CRISPR/Cas系统比作基因剪刀,那么亓磊团队的成果把剪刀升级为了“瑞士军刀”。这套多功能工具箱中包括了精准关闭或开启特定基因表达的基因沉默技术CRISPRi、基因激活技术CRISPRa,对基因组结构进行三维重组操作的CRISPR-GO,等等。

▲研究负责人亓磊教授是CRISPR基因编辑技术的一位先锋(图片来源:斯坦福医学院官网)▲研究负责人亓磊教授是CRISPR基因编辑技术的一位先锋(图片来源:斯坦福医学院官网)

  而这次新增的工具,CRISPR活细胞荧光原位杂交(CRISPR LiveFISH)技术,可以实时研究活细胞中的各种染色体功能。

  具体来说,研究者将核酸酶沉默的dCas9分子和向导RNA分别带上荧光蛋白和荧光染料,并将两者组装,靶向并标记活细胞中的基因组序列。

 ▲在活细胞中进行基因组成像和细胞遗传学检测的LiveFISH示意图(图片来源:参考资料[1]) ▲在活细胞中进行基因组成像和细胞遗传学检测的LiveFISH示意图(图片来源:参考资料[1])

  应用这种新技术,研究人员可以准确地检测染色体疾病。例如有一种叫Patau综合征的疾病,患者的13号染色体比常人多了一条。而在患者的单个羊水细胞中,LiveFISH可以清晰地显示出3个荧光信号,表明染色体数量的异常。

  此外,LiveFISH可以实时监测CRISPR-Cas9引起的DNA双链断裂动态变化。在基因组的特定位置,研究人员通过观察DNA双链断裂处的荧光信号,可以知道该处正在活跃地反复进行基因修复,并且这一动态过程可持续数小时。

  研究人员还在细胞内同时引入了两组基因编辑的荧光复合物,分别靶向两条染色体上的不同基因。同时追踪两个位点的信号,根据观察到的距离变化,研究人员猜测这是基因编辑引起的染色体易位。分子克隆的结果验证确实如此。

  此外,结合Cas9和Cas13系统,研究人员还展示了LiveFISH可以同时观测活细胞中的基因组DNA和RNA转录。

 ▲在细胞内同时观察DNA(gLacO)和RNA转录(gMS2)的变化(图片来源:参考资料[1]) ▲在细胞内同时观察DNA(gLacO)和RNA转录(gMS2)的变化(图片来源:参考资料[1])
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