非病毒基因编辑CRISPR/Cas9递送载体的研究进展

基因编辑技术是指能对目标基因片段进行编辑,包括敲除、敲入等。近年来,基因编辑技术得到了很大的发展,包括规律成簇的间隔短回文重复序列(CRISPR)/CRISPR相关蛋白9(Cas9)在内的一系列基因编辑技术受到了广泛的关注。CRISPR/Cas9主要利用限制性内切酶,在蛋白或RNA的引导下,使目标位置的DNA双链断裂,在治疗基因表达异常引起的疾病方面表现出了巨大的潜力。应用这项技术进行基因编辑的关键点之一是,必须要将相关的蛋白或核酸高效地递送到细胞核中。相对于病毒载体,非病毒载体在安全性及规模化生产方面表现出了更高的优越性,是目前基因编辑递送载体发展的重点。本文对近期基因编辑CRISPR/Cas9非病毒递送载体的重要进展进行综述,介绍了非病毒载体的优势,在非病毒载体体系中,着重介绍脂质体和高分子载体在CRISPR/Cas9技术应用中的近期进展,并展望了非病毒CRISPR/Cas9递送载体在未来的发展方向。     

非病毒CRISPR/Cas9系统载体的研究进展

近年来,规律成簇的间隔短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats sequences, CRISPR)/CRISPR相关蛋白9(CRISPR associated protein 9, Cas9)基因编辑系统已经成为生物医学基础研究中最强大的技术之一.但是如何将CRISPR/Cas9系统高效地递送至靶器官或细胞仍是一个巨大的挑战.随着非病毒载体的快速发展,基于脂质体、聚合物、无机纳米粒子等化学方法的纳米载体已经显现出巨大的应用潜力.本文首先对CRISPR/Cas9系统在疾病建模和疾病治疗中的应用潜力以及其局限性进行了阐述,然后分析了以质粒DNA、mRNA或蛋白质形式递送CRISPR/Cas9系统的优缺点并详细概述了已经出现的非病毒载体,最后总结了当前非病毒载体在递送CRISPR/Cas9系统过程中面临的关键障碍,并提出了有望克服这些障碍的策略.     

化学调控CRISPR/Cas9基因编辑技术的研究进展

规律间隔成簇短回文重复序列及其相关蛋白9(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats(CRISPR)/CRISPR-associated protein 9, CRISPR/Cas9)基因编辑技术作为一项基因工程领域革新式的技术,为癌症、遗传性疾病及感染性疾病等多种重大疾病的治疗提供了极大的帮助.但如何在特定细胞和组织中实现时空调控的精准基因编辑,进而避免脱靶效应,依然是该技术在临床转化领域面临的重要挑战.近年来,通过化学分子和反应实现对CRISPR/Cas9活性的调控已经成为提升这项基因编辑技术效率的重要手段之一.本文综合评述了一些最近报道的化学调控CRISPR/Cas9基因编辑的方法,并对其在临床医学领域的应用前景进行了展望.     

CRISPR/Cas技术在核酸检测中的应用进展

CRISPR/Cas是大多数细菌及古细菌基于RNA的后天免疫系统。由CRISPR/Cas系统改造而成的CRISPR/Cas技术已成为一种强大的基因编辑工具,广泛应用于基因功能研究和基因修饰与治疗。除了作为基因编辑工具,Ⅱ类Cas蛋白具有的"附属切割"特性,已被开发成一种快速、低成本且高灵敏的核酸检测工具,在核酸分子诊断领域具有重要的应用潜力。该文总结了3种Ⅱ类Cas蛋白在核酸检测领域的代表性研究进展,并对CRISPR/Cas系统在该领域的应用前景进行了展望。     

基于小分子化学反应工具构建CRISPR-Cas9功能调控体系的研究进展

CRISPR技术是目前基因编辑领域的一大研究热点,已在疾病治疗、作物改良等领域得到广泛的应用,CRISPR-Cas9系统是其中研究最为深入的一种类型.如何降低Cas9/sgRNA复合物在细胞内作用的脱靶性是CRISPR-Cas9技术发展面临的主要挑战之一.利用光或活性小分子诱发的小分子化学反应工具构建CRISPRCas9功能调控体系,通过对sgRNA, Cas9或Cas9/sgRNA复合物的功能进行调控,可以在细胞乃至活体水平上一定程度实现对CRISPR-Cas9作用的时间或空间特异性的操纵,大大降低非特异性基因编辑作用发生的概率,同时小分子对原体系的干扰较小,因此小分子化学反应逐渐成为操纵CRISPR-Cas9体系的一种重要的研究工具.本文总结和介绍了小分子反应工具用于CRISPR-Cas9功能调控系统构建的主要研究进展,并对其未来的发展进行了展望.     

基于CRISPR/Cas的生物传感平台在分子诊断中的应用

簇状规则间隔短回文重复序列(CRISPR)和CRISPR相关蛋白(Cas)不仅在基因工程领域炙手可热,而且正发展成为核酸精准检测领域的新利器.得益于Cas蛋白对核酸序列的特异性识别以及部分Cas蛋白的附属切割活性,Ⅱ类CRISPR/Cas系统在体外诊断及现场即时检测领域独具优势.该综述简要介绍了CRISPR/Cas系统...     

光控CRISPR技术的研究进展

成簇规则间隔短回文重复序列和成簇规则间隔短回文重复序列相关(CRISPR-Cas)系统提供了用于可编程基因组编辑的多功能工具. CRISPR与光遗传学及光化学生物学技术的结合产生了很多新的成果. 光激活的CRISPR-Cas系统能够在空间和时间上更好地调控RNA引导的核酸酶的活性. 近年来, 科学家结合CRISPR和多种光学技术, 开发出了一系列光激活的CRISPR工具. 这些工具让研究人员能够在空间、 时间和基因组坐标上进行高分辨率的生命活动研究. 本文概述了CRISPR系统、 基因编辑技术、 光遗传学和光化学生物学的研究进展, 并对光诱导的CRISPR技术的发展进行了展望.     

CRISPR纳米递送研究获进展

正近日,中科院国家纳米科学中心研究员蒋兴宇、郑文富带领的课题组发表了非病毒纳米载体递送的研究成果。他们开发了一系列非病毒的纳米载体,这些非病毒纳米载体可高效递送CRISPR/Cas9系统到体内,为拓展这一强大基因编辑技术在生命科学和临床领域的应用提供了新途径。相关成果近日发表于德国《应用化学》。     

CRISPR-Cas基因编辑技术在微生物组工程中的应用

微生物组工程是对复杂微生物群落进行改造,在基因组、代谢组及群落生态结构等多个层次上实现微生物组的精准调控.成簇规律间隔短回文序列(CRISPR)及其相关蛋白(CRISPR-Cas)系统是近期发展迅速的高效基因编辑工具.本文回顾了微生物组工程领域CRISPR-Cas系统的重要研究工作,重点关注CRISPR-Cas系统在微生物组的基因编辑和生态调控方面的应用.针对CRISPR-Cas系统在微生物组工程领域的应用挑战,本文从外源DNA递送方式和基因表达调控元件两个方面总结了微生物组工程的关键辅助方法与发展趋势,展望了微生物组工程领域所面临的挑战与机遇.     

基于CRISPR/Cas技术的传染性病原精准便携化检测系统

以核酸为检测靶向的分子诊断方法是传染性病原体检测的金标准,但将其应用于便携化或现场快速诊断时仍存在多种限制和挑战,如特异性差、操作繁琐和便携化难等。规律间隔成簇短回文重复序列（CRISPR）/CRISPR相关蛋白（Cas）-荧光检测方法有望大幅提升核酸识别的特异性和信噪比。本研究开发了环介导等温扩增（LAMP）-CRISPR/Cas-便携化灰度读取仪检测系统。在CRISPR RNA (crRNA)存在下,利用CRISPR/Cas12a体系实现了对自主设计的甲型和乙型流感病毒核酸LAMP扩增反应体系的精准荧光检测,验证了CRISPR/Cas体系的高选择性和通用性。配套自主开发的便携化灰度读取仪,可同时实现荧光信号的低成本采集和高可靠性可视化判读,检测结束后直接输出样品的阳/阴性结果。利用本检测系统对实际样本进行了分析,验证了其可靠性和实用性,证明了本系统能够实现流感病毒的高灵敏、高特异性便携化分析。     

基因编辑在线粒体疾病中的应用

线粒体作为细胞的能量工厂,在维持细胞能量代谢与人类生命活动中发挥着至关重要的作用.线粒体基因组的突变会导致一系列线粒体遗传代谢疾病的发生,严重威胁人类生命健康,发展靶向线粒体的基因编辑手段对于线粒体疾病的治疗具有重要意义.近年来,以限制性核酸酶、锌指核酸酶、转录激活因子样效应核酸酶、规律成簇的间隔短回文重复序列(CRISPR)以及碱基编辑器为代表的一系列基因编辑方法迅速发展.本文综合评述了基因编辑工具应用于哺乳动物细胞的线粒体DNA的研究进展、不足和发展方向,以期为线粒体疾病治疗技术的开发提供参考.     

RNA生物标志物体外检测方法研究进展

RNA生物标志物主要包括编码蛋白的mRNA和非编码蛋白的microRNA (miRNA)、环状RNA (circula rRNA, circRNA)及长链非编码RNA (lncRNA)等.RNA生物标志物种类多,生物信息量丰富,相比DNA更能动态反映细胞生物学功能和调控过程,因此,RNA生物标志物的定量检测和表达分析对于细胞功能研究、疾病的诊断和治疗及预后监测等具有重要意义.本文重点介绍了常见RNA生物标志物mRNA、miRNA、circRNA和lncRNA体外检测方法的原理及研究进展,并对RNA生物标志物检测面临的挑战及发展趋势进行了展望.     

苯乙酸对肝癌细胞系SMMC-7721的增殖抑制作用及与RNA编辑酶ADAR1表达的相关性

为探讨苯乙酸(PA)对肝癌细胞系SMMC-7721的增殖抑制作用及其与RNA编辑酶ADAR1表达的相关性, 应用细胞计数及MTT法检测了不同浓度(0.5, 1.0, 2.0和4.0 mmol/L)PA对肝癌细胞系SMMC-7721的增殖抑制作用, 通过流式细胞术(FCM)分析了各细胞周期的细胞百分比, 应用半定量逆转录-聚合酶链式反应(RT-PCR)及免疫印迹杂交分析使用不同浓度(0.5, 1.0, 2.0 mmol/L)PA作用后肝癌细胞系SMMC-7721中RNA编辑酶ADAR1 mRNA及蛋白表达的变化. 结果表明, 肝癌细胞系SMMC-7721经不同浓度PA作用后, 增殖抑制率随作用时间延长及PA浓度增加而明显提高(P<0.05), 但2.0和4.0 mmol/L PA作用72 h后组间差异比较无统计学意义(P>0.05). 肝癌细胞系SMMC-7721中RNA编辑酶ADAR1 mRNA及蛋白表达随PA浓度增加而明显降低(P<0.05). 通过沉默SMMC-7721细胞中ADAR1的表达发现, ADAR1表达下调可有效抑制肝癌细胞增殖. 结果表明, PA可阻抑肝癌细胞系SMMC-7721细胞增殖, 且存在时间及剂量的依赖性, 作用机制与PA下调ADAR1表达相关.     

CRISPR-Cas System for RNA Detection and Imaging

The system of clustered regularly interspaced short palindromic repeats(CRISPR)and CRISPR-associated endonucleases(Cas)have been widely used in gene editing,disease treatment,molecular diagnosis and chromosome imaging.On account of the programmable target recognition of CRISPR-Cas system and the specific targeting function toward RNA of type Ⅵ class Ⅱ Cas proteins,CRISPR-Cas system has been deployed as RNA recognition and detection tools,exhibiting promising application potentials in the field of RNA detection and imaging.In this review,we summarize the latest research progresses as well as development prospects of CRISPR-Cas system in RNA diagnosis and live cell RNA imaging.     

病原微生物的核酸检测分析研究进展

2019年12月,全球爆发新型冠状病毒肺炎疫情(COVID-19),使生物安全面临着巨大危机。病原微生物的快速、准确、低成本检测是保障生物安全的重要组成元素之一,是疫情预防、控制和诊断的关键。本综述介绍了核酸测序技术、等温扩增技术和基因编辑技术(CRISPR/Cas)于便携式一体化设备中的应用,为研发"低成本,高效率,结果可视化"集成式检测方法提供了可能性,旨在为病原微生物的有效防控提供保障。     

基因密码子扩展技术在生物医药领域的应用

自然界中的蛋白质由20种天然氨基酸组成.基因密码子扩展技术利用无义密码子实现蛋白质中非编码蛋白氨基酸(noncanonical amino acids, ncAAs)的定点引入.目前,该技术已在不同物种的体蛋白中插入了几百种ncAAs,其应用已经扩展到了生物医药领域.一方面其定点引入生物正交化学官能团的特性,已在蛋白与抗体制药领域展现出了强大的应用潜力;另一方面其实现对无义密码子的通读调控,拓展了由合成生物学引领的新一代生物医药的应用和发展.本文重点总结了近年来基于基因密码子扩展技术所开发的各类蛋白抗体及细胞类药物,以及基于这一技术引领的新型生物治疗方法.     

N4-乙酰胞苷RNA检测技术的研究进展

细胞中的mRNA和非编码RNA包含着大量的表观化学修饰.在这些修饰中, N⁴-乙酰胞苷(ac4C)是较为独特的一种,在真核生物和原核生物的tRNA, rRNA和mRNA中均有发现.研究表明, ac4C RNA可能具有多种生物学功能,包括调节蛋白的翻译过程、影响RNA的稳定性及改变RNA-蛋白相互作用等.但当前对其修饰路径的研究还不成熟,催化ac4C RNA形成的乙酰转移酶目前仅有NAT10被鉴定出来.不仅如此,目前对ac4C RNA进行检测和测序的技术手段还相当局限.本文综合评述了ac4C RNA的分布以及在基因表达调控中的作用和机制,重点介绍了ac4C RNA的检测技术,并对ac4C RNA当前研究中的不足和机遇进行了总结和展望.     

含氟高分子基因载体

阳离子高分子被广泛应用为非病毒类基因载体,但这类高分子材料的转染效率与细胞毒性之间通常存在"恶性"关联,即获得高转染效率时往往会伴随严重的细胞毒性.如何制备兼具高效、低毒特点的高分子载体是成功实施基因治疗的关键.含氟高分子是一类具有独特理化性质的高分子,能够在低电荷密度条件下与核酸形成稳定的复合物,从而实现高效、低毒的基因转染.含氟功能基团可帮助阳离子高分子改善复合物稳定性、细胞内吞、内涵体逃逸、胞内核酸释放等多个环节,从而赋予了含氟高分子在基因递送过程中的氟效应.该专论系统地总结了含氟高分子基因载体的研究,介绍了含氟高分子的基因递送性能、作用机理以及在基因治疗、基因编辑中的应用,并对含氟高分子载体的未来发展进行了展望.     

外源N6-甲基腺嘌呤掺入对细胞mRNA表达的影响(英文)

N⁶-甲基腺嘌呤(m⁶A)是一种真核细胞中最广泛存在且可逆的内源mRNA修饰,它在决定RNA命运中起着至关重要的作用.本文发现外源m⁶A可以通过补救合成途径掺入到细胞mRNA,并评估了外源m⁶A掺入mRNA后所产生的生物学效应.首先,发现用m⁶A核苷处理HeLa细胞会显著改变细胞的形态和活力;然后,合成了同位素标记的d₃-m⁶A(N⁶-甲基-d₃-腺苷),并采用质谱法检测了不同处理时间下细胞mRNA中d₃-m⁶A的掺入率;随后,使用RNA测序(RNA-seq)研究外源m⁶A掺入的生物学效应.结果表明,掺入外源m⁶A后的细胞有数千个基因产生差异表达,并且这些差异表达的基因在核糖体生物发生、 mRNA代谢过程和细胞形态发生分化等途径中显著富集.研究结果表明,外源m⁶A可以通过代谢途径掺入...     

合成生物学展望

近年来,合成生物学快速发展成为一个新兴交叉学科领域,研究重点逐渐由基因线路、简单元件和模块的设计构建转向设计与构建复杂的人工生物系统.本文阐述了合成生物学与化学工程学科的内在联系,并从基因组的人工设计合成与编辑、人工细胞的设计合成、人工合成多细胞体系及其应用等方面展望了未来合成生物学的发展趋势.