在可定制的基因组时代发现药物:Crispr革命的影响

2014年7月8日

CRISPR / CAS9系统允许前所未有的轻松和进入基因组版,在设计和开发筛选试验时提供药物发现的研究人员创造性和精确的控制。 CRISPR / CAS9的应用刺激了合作,导致各种领域的关键进展,从被遗忘和罕见的疾病到癌症和基因治疗,并且有可能改变药物发现的全景。

ECIT_DNA_CRISPR9。

难以预测的Crispr探索

在发现以来不到两年以来,Crispr / Cas9在生物医学的各个领域释放了一个狂热的研究,具有对人类健康的重要意义。然而,作为基因组的精确编辑系统的CRAC / CAS9发现是一个漫长而曲折的路径。截至20世纪80年代,阿斯托纳塔博士和大阪大学的同事在日本,观察了在基因组中的重复 大肠杆菌。 ,但他们没有理解他们的生物学功能的手段[1]。直到2007年菲利普·霍维特博士和他的Danisk团队,现在杜邦,法国杜邦,偶然发现这些基因组区域的作用,而寻求保护细菌的因素,这些因素受到病毒感染酸奶的影响。他们发现,具有重复的基因组区段(与病毒DNA一致的周围序列)的细菌更好地适应存活感染,作为原始形式的先天免疫[2]。这种影响很大:这种系统允许DNA到特定序列,如果可以为该基因组的可编程版本重复使用,这是生物医学研究的目标长期可能是非常有价值的。唯一缺失的是识别负责连接和切割DNA的酶。这一难题的这一拼图于2012年8月抵达,这归功于詹尼弗·迪诺纳博士博士的洲际协作,来自加州大学伯克利大学,从UMEA大学(瑞典),他们揭示了这一点Cas9内切核酸酶的能力在靶向单个RNA分子时将DNA切入特定位点[3]。通过RNA经营的系统诱导双链DNA破损,来自世界各地的科学家开始以前所未有的轻松,特异性和效率来编辑基因组,其中提供了在发现毒品中发生的重要进展的样本。

什么是caspr?

CRISPR(集群定期间隙的短语重复)是指纳入您想要攻击的DNA的细菌基因组的基因座。 CAS9核酸酶(CRISPR相关蛋白质9)是由小RNA编程的内切核酸酶以分割DNA。自鉴定以来,研究人员已经制造了改性的Cas9酶形式,以允许几种定制应用:1)创建遗传敲除(与非同源末端联合),2)选择性地替代特定碱基对(通过同源性指导的修复) ,3)基因调节(通过融合域融合),4)基因组修饰(通过融合DNA改性剂或染色质)和5)获得特定遗传基因座的图像的能力(通过融合荧光蛋白质)[4]。

到目前为止,如何将CRISPR / CAS9应用于生物医学创新?

CRISPR / CAS9系统最有趣的应用是通过功能基因组婴儿组织鉴定新的治疗靶标。两个实例是鉴定炭疽和白喉中毒的必需人类基因的屏幕[5]以及抗癌药物抗性所必需的基因 [6, 7]。 CRISPR还被用来验证通过分析药物抗性肿瘤的高性能测序产生的假设[8]。 CRISR / CAS9提供的基因组编辑选项将为复杂的化学基因组学研究开门,例如同时筛选敲除,准时突变体和对人类疾病模型的同一目标的过表达。这将导致有趣的计算机挑战,从而从大规模的数据收集工作中吸取教训。目标和机械研究的验证具有特异性灭活基因或研究手术突变的效果,癌症研究特别重要的目标,这种技术可以应用于一系列细胞系组织特异性癌症[9]。

CRISPR / CAS9可用于在基因替代疗法和细胞中修饰基因组。最近,研究人员将CRISPR / CAS9注入FAH的成人小鼠突变体的肝脏,并且能够在这种人类遗传性酪氨酸血症症的这种模型中逆转表型[10],提供Crispr / Cas9潜力的诱惑视图,作为通过成年基因组工程直接治疗。

除了人类细胞外,CRISPR / CAS9允许研究人员对迄今为止难以相干的基因进入生物。最近,研究人员将Crispr / Cas9应用于人类疟疾的寄生虫 p.falciparum。,揭示新的目标和抵抗药物的机制[11]。

最后,Crick / Cas9在细菌中的作用仍然是激烈调查的主题。随着我们深化了系统的自然功能,我们可以识别利用的新可能性。例如,目前正在调查CRISR的作用,适应多种耐药细菌和抗结核抗性[12, 13]。

合作如何改善CRISPR的应用,以发现药物?

CRISPR / CAS9对竞争对手的遗传调制技术(如ZFN,TALEN和RNAi)的许多优势赋予生物医学研究的巨大应用潜力。然而,它仍然很快,仍然存在令人口切的效果和Cas9的不需要的效果和效果。因此,重要的是,科学界继续合作理解和解决这些可能的问题。 CRISPR / CAS9准备加速新疾病模型的生产和基因功能的快速鉴定,为高性能筛选,验证目标和药物开发的新机遇,并要求各种遗传学家的贡献化学生物学家。在短期内经过的短期,自首次介绍作为生物医学研究的工具以来,Crispr / Cas9已经迷住了科学家的想象力,其潜力巨大,这使得难以询问还有其他地方等待着我们。

 

 

  1. Ishino,Y.等人, IAK基因的核苷酸序列,负责大肠杆菌中碱性磷酸盐同工酶转化的序列,以及鉴定基因产物。 J菌,1987年。 169(12):p。 5429-33。
  2. Barrangou,R.等人, CRISPR提供针对原核生物病毒的获得性抗性。 科学,2007年。 315(5819):p。 1709-12。
  3. jinek,m。和其他人, 一种可编程双RNA引导的DNA内切核酸酶,适应性细菌免疫。 科学,2012年。 337(6096):p。 816-21。
  4. 桑德,J.D.和J.K. joung, CRISPR-CAS系统编辑,调节和靶向基因组。 Nat Biotechnol,2014。 32(4):p。 347-55。
  5. 周,Y.等人。, 用于人类功能基因组学的CRISPR / CAS9库的高通量筛选 细胞大自然,2014年。 509(7501):p。 487-91。
  6. Shalem,O.等。, 敲除Crisp-Cas9的克拉巴多以人体细胞的基因组规模。 科学,2014年。 343(6166):p。 84-7
  7. 王,T.等人, 使用CRISPR-CAS9系统的人体细胞中的遗传筛。 科学,2014年。 343(6166):p。 80-4。
  8. Kasap,C.,O.元素和下午卡普尔, 药品植物:基于基于基因组和CRISPR-CAS9分析药物目标的方法。 Nat Chem Biol, 2014.
  9. 狂野,J.L.和w.f. Bodmer, 癌细胞系列用于药物发现和发展。 癌症res,2014。 74(9):p。 2377-84。
  10. 尹,H.等。, 成人小鼠中CAS9的基因组校正疾病的突变和表型。 Nat Biotechnol,2014。 32(6):p。 551-3。
  11. ghorbal,m。等。, 使用CRISPR-CAS9系统在人类疟疾寄生虫疟原虫中编辑的基因组。 Nat Biotechnol,2014。
  12. 刘,F.等人, 结核分枝杆菌临床分离株的比较基因组分析。 BMC基因组学,2014。 15(1 p。 469。
  13. 帕尔默,K.L.和M.S. Gilmore, 多药肠肠肠缺乏CRISPR-CAS。 MBIO,2010年。 1(4).

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