消息
巨噬细胞含有适合基因组编辑的 Mini-Cas 蛋白
巨噬细胞含有适合基因组编辑的微型 Cas 蛋白
伯克利新闻 | 罗伯特·桑德斯 | 16 年 2020 月 XNUMX 日
Roxanne Makasdjian 的加州大学伯克利分校视频
的DNA切割 蛋白质 核心 CRISPR-Cas9 及相关 基因组- 编辑工具最初来自 菌，但一种新发现的 CAS号 蛋白质显然是在 病毒 感染细菌。
在已知最大的细菌感染病毒中发现了新的 Cas 蛋白，称为 噬菌体，并且是迄今为止发现的最紧凑的工作 Cas 变体 - 是当今主力 Cas9 大小的一半。
更小更紧凑的 Cas 蛋白更容易转移到 细胞 去做 基因组编辑，因为它们可以装入小型运载工具中，其中包括一种最受欢迎的运载工具：停用的 病毒 被称为 腺相关病毒 (AAV)。 超紧凑型 Cas 蛋白还在 AAV 内部留出空间以容纳额外的货物。
作为迄今为止已知的最小的 Cas 蛋白之一，新发现的 CasΦ (Cas-phi) 比当前的基因组编辑工具具有优势，因为它们必须被传递到细胞中以操纵作物 基因 或治愈人类疾病。
加州大学伯克利分校和加州大学伯克利分校创新基因组学研究所的博士后研究员 Patrick Pausch 说：“腺病毒是传递基因编辑器的完美特洛伊木马：您可以轻松地对病毒进行编程，使其几乎可以到达身体的任何部位。” (IGI)，加州大学伯克利分校/加州大学旧金山分校联合研究小组致力于发现和研究农业和人类疾病基因组编辑的新工具。 “但你只能将一个非常小的 Cas9 装入这样的病毒中来传送它。 与 Cas9 相比，如果您有其他非常紧凑的 CRISPR-Cas 系统，那么它为您提供了足够的空间来容纳其他元素：融合到 Cas 蛋白的不同蛋白质、DNA 修复模板或其他调节 Cas 蛋白和控制基因的因素- 编辑结果。”
显然，这些“巨噬细胞”使用 CasΦ 蛋白——希腊字母 Φ 或 phi，用作噬菌体的简写——来诱使细菌对抗病毒，而不是自身。
“真正让我对专门研究这种蛋白质感兴趣的是，所有已知的 CRISPR-Cas 系统最初都是在细菌和 古 抵御病毒，但这是唯一一次首次发现全新类型的 CRISPR-Cas 系统，而且迄今为止仅在病毒基因组中发现，”IGI 的博士生 Basem Al-Shayeb 说。 “这让我们思考这种蛋白质可能有什么不同，随之而来的是我们在实验室中发现的许多有趣的特性。”
在这些特性中： CasΦ 进化为流线型，在一种蛋白质中结合了多种功能，因此它可以省去一半的 Cas9 蛋白质片段。 它在靶向 DNA 的特定区域方面与原始 Cas9 一样具有选择性 酶 来自细菌，同样有效，它适用于细菌、动物和植物细胞，使其成为一种有前途的、广泛适用的基因组编辑器。
“这项研究表明，这种病毒编码的 CRISPR-Cas 蛋白实际上非常擅长它的功能，但它要小得多，大约是 Cas9 的一半，”IGI 创始人 Jennifer Doudna 说，他是加州大学伯克利分校的分子和分子学教授。细胞生物学和化学以及霍华德休斯医学研究所研究员。 “这很重要，因为与我们在 Cas9 中发现的相比，它可能更容易将其输送到细胞中。 当我们考虑 CRISPR 未来将如何应用时，这确实是目前该领域最重要的瓶颈之一：交付。 我们认为这种非常小的病毒编码 CRISPR-Cas 系统可能是突破这一障碍的一种方法。”
Pausch 和 Al-Shayeb 是今天发表的一篇描述 CasΦ 的论文的第一作者 在杂志 科学。
Biggiephages 携带自己的 Cas 蛋白
CasΦ 蛋白于去年由 Al-Shayeb 在加州大学伯克利分校地球与行星科学与环境科学、政策和管理教授 Jill Banfield 的实验室中首次发现。 含有 CasΦ 的巨噬细胞属于他们称为 Biggiephage 的群体，在各种环境中都有发现，从春季水池和水饱和的森林地面到牛粪泻湖。
“我们用 宏基因组 测序以发现许多不同环境中的细菌、古细菌和病毒，然后探索它们的基因清单，以了解生物如何在其社区内独立和组合运作，”班菲尔德说。 “噬菌体上的 CRISPR-Cas 系统是病毒与其宿主之间相互作用的一个特别有趣的方面。”
虽然宏基因组学允许研究人员分离出编码 CasΦ 的基因，但它的序列只告诉他们它是 V 型家族中的一种 Cas 蛋白，尽管在进化上与其他 V 型 Cas 蛋白，如 Cas12a、CasX (Cas12e) 和 Cas14 相距甚远. 他们不知道它是否具有针对外来 DNA 的免疫系统的功能。 目前的研究表明，与 Cas9 类似，CasΦ 靶向并切割细菌细胞中的外源基因组，以及 双链 人胚胎肾细胞和植物细胞中的DNA 拟南芥（Arabidopsis thaliana）. 它还可以靶向比 Cas9 更广泛的 DNA 序列。
CasΦ 切割双链 DNA 的能力是一大优势。 所有其他紧凑型 Cas 蛋白优先切割单链 DNA。 因此，虽然它们可以巧妙地融入像 AAV 这样的紧凑型传递系统中，但在编辑细胞内的双链 DNA 时，它们的用处要小得多。
与 Cas9 的基因组编辑能力在 2012 年首次被认可之后的情况一样，优化 CasΦ 进行基因组编辑和发现设计的最佳规则还有很大的空间 指导RNA 以特定基因为目标，Pausch 说。
该论文的其他合著者是加州大学伯克利分校的 Ezra Bisom-Rapp、Connor Tsuchida、Brady Cress 和 Gavin Knott，以及加州大学洛杉矶分校的郑力和 Steven E. Jacobsen。 研究人员部分由美国国立卫生研究院 Paul G. Allen Frontiers Group 资助 体细胞的 细胞基因组编辑联盟 (U01AI142817-02) 和国家科学基金会 (DGE 1752814)。
相关信息
- 来自巨大噬菌体的 CRISPR-CasΦ 是一种超紧凑基因组编辑器 (科学)
- 巨大的以细菌为食的病毒缩小了生命与非生命之间的差距 （2月12，2020）
- 在一些世界上最小的微生物中发现的紧凑型 CRISPR 系统 （22年2016月XNUMX日）
媒体联络
安迪·默多克：andymurdock@berkeley.edu
