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文檔簡介
基因編輯技術(shù)CRISPR/Cas91可編輯ppt1987年,日本大阪大學(OsakaUniversity)在對一種細菌編碼的堿性磷酸酶基因進行研究時,發(fā)現(xiàn)在這個基因編碼區(qū)域的附近存在一小段不同尋常的DNA片段,但一直不清楚功能。后來的研究發(fā)現(xiàn),這種重復序列廣泛存在于細菌和古細菌中。2002年才正式命名為成簇的規(guī)律間隔性短回文重復序列CRISPR(Clusteredregulatoryinterspacedshortpalindromicrepeats).2013年之后,研究者們在《science》和《nature》等國際著名雜志上發(fā)表多篇文章介紹CRISPR/Cas9系統(tǒng),并且已成功在人類、小鼠、斑馬魚等物種上實現(xiàn)精準的基因修飾。1.CRISPR/Cas系統(tǒng)概述2可編輯ppt已測序的接近90%的古細菌和40%的細菌的基因組或是質(zhì)粒中至少存在CRISPR
基因座。根據(jù)Cas基因核心元件序列的不用,CRISPR/Cas免疫體統(tǒng)分為3中類型:Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。Ⅰ型和Ⅲ型CRISPR/Cas免疫系統(tǒng)需要多個Cas蛋白形成復合體切割DNA雙鏈,而Ⅱ型CRISPR/Cas9免疫系統(tǒng)只需要一個Cas9蛋白來切割DNA雙鏈,目前Ⅱ型系統(tǒng)是被改造的最成功的人工核酸內(nèi)切酶。1.CRISPR/Cas系統(tǒng)概述1.1CRISPR的分布與分類:3可編輯pptCRISPR/Cas系統(tǒng)是很多細菌和大部分古細菌的天然免疫系統(tǒng),通過對入侵的病毒和核酸進行特異性的識別,利用Cas蛋白進行切割,從而達到對自身的免疫。1.2CRISPR系統(tǒng)獲得:1.CRISPR/Cas系統(tǒng)概述4可編輯ppt2.CRISPR/Cas系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1CRISPR/Cas主要由兩部分組成:5可編輯ppt2.2CRISPR結(jié)構(gòu):CRISPR是一種特殊的DNA重復序列家族,廣泛分布于細菌和古細菌基因組中。CRISPR位點通常由短的高度保守的重復序列(repeats)組成,重復序列的長度通常為21--48bp,重復序列之間被26--72bp間隔序列(spacer)隔開。CIRSPR通過這些間隔序列(spacer)與靶基因進行識別。2.CRISPR/Cas系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6可編輯ppt2.3Cas家族:Cas(CRISPRassociated)存在于CRISPR位點附近,是一種雙鏈DNA核酸酶,能在guideRNA引導下對靶位點進行切割。它與fokI酶功能類似,但是它并不需要形成二聚體才能發(fā)揮作用。2.CRISPR/Cas系統(tǒng)結(jié)構(gòu)7可編輯pptCRISPR基因座的表達(包括轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后的成熟加工)當該噬菌體再次入侵細菌時,CRISPR簇首先轉(zhuǎn)錄為長的crRNA前體,然后逐步加工成小的成熟的crRNA.CRISPR/Cas系統(tǒng)活性的發(fā)揮或外源遺傳物質(zhì)的干擾crRNA結(jié)合相關(guān)的Cas蛋白后,形成crRNA-Cas蛋白復合體,通過堿基互補配對精確地與目標DNA相結(jié)合,隨后Cas蛋白對目標DNA進行斷裂和降解。3.CRISPR/Cas9系統(tǒng)作用機制8可編輯ppt4.CRISPR/Cas9系統(tǒng)TypeⅡ因其簡單性及可操作性,被改造成有力的基因工程工具--CRISPR/Cas9?,F(xiàn)在廣泛使用的CRISPR/Cas9系統(tǒng)來源于釀膿鏈球菌。TypeII系統(tǒng)具有以下特點:在CRISPR/Cas基因座上游會表達tracrRNA;tracrRNA會參與crRNA的加工,這個工程亦需要RNaseIII的參與;tracrRNA會與crRNA形成二聚體指導Cas對雙鏈DNA的切割。9可編輯pptCas9是一種核酸內(nèi)切酶,其具有:RuvC和HNH兩個內(nèi)切酶活性中心Jinek等發(fā)現(xiàn)Cas9在細菌和試管里對雙鏈DNA具有強烈的切割能力,但是這種切割能力需要的crRNA和tracrRNA介導。4.CRISPR/Cas9系統(tǒng)10可編輯pptJinek等創(chuàng)造性的把crRNA和部分tracrRNA融合成一條嵌合的RNA鏈,使其同時具有crRNA和tracrRNA的特性,隨后的切割實驗表明,這條嵌合的RNA同樣可以引導Cas9切割目標DNA。現(xiàn)在普遍使用的都是crRNA和全長tracrRNA融合體,簡稱sgRNA(singleguideRNA)4.CRISPR/Cas9系統(tǒng)11可編輯ppt4.CRISPR/Cas9系統(tǒng)釀膿鏈球菌12可編輯ppt4.CRISPR/Cas9系統(tǒng)13可編輯pptCRISPRDesignTool:/E-CRISPR:ZiFiT:/Cas9Design:http://cas9./index.jspCas-OFFinder:/cas-offinder/CCTop:http://crispr.cos.uni-heidelberg.de/4.CRISPR/Cas9系統(tǒng)gRNA在線設(shè)計工具:14可編輯ppt4.CRISPR/Cas9系統(tǒng)15可編輯ppt基因敲除或者敲入;基因修復;基因調(diào)控;文庫篩選。4.CRISPR/Cas9系統(tǒng)CRISPR/Cas作用:16可編輯ppt5.CRISPR/Cas9脫靶效應2013年,研究者們發(fā)表多篇文章介紹CRISPR/Cas9系統(tǒng),但CRISPR/Cas9目前仍存在一個很嚴重且無法避免的問題,即潛在的脫靶效應不可消除。CRISPR/Cas9與靶位點識別的特異性主要依賴于gRNA與靠近PAM處10-12bp堿基的配對,而其余遠離PAM處8-10bp堿基的錯配對靶位點的識別影響不大。Cas9蛋白不具特異性17可編輯ppt沈彬,20156.降低脫靶效應Cas9切口酶通過點突變的方法,使Cas9只有單鏈切割活性,類似于切口酶18可編輯pptYuHisanoetal.20146.降低脫靶效應添加同源臂(homologyarm,HR)19可編輯pptNicolasWyvekensetal.2015FoKI-dCas96.降低脫靶效應20可編輯pptFengZhangetal.20156.降低脫靶效應CRISPR/Cpf1系統(tǒng)Cpf1系統(tǒng)更簡單一些,它只需要一條RNA。Cpf1酶也比標準SpCas9要小,使得它更易于傳送至細胞和組織內(nèi)。Cpf1以一種不同于Cas9的方式切割DNA。Cas9切割留下“平端”(bluntends)。Cpf1復合物生成的兩條鏈切口是偏移的,在裸露端留下了短懸端(overhang)。這預計有助于精確插入。Cpf1切口遠離識別位點。Cpf1IsaSingleRNA-GuidedEndonucleaseofaClass2CRISPR
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