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一种新的Cas9能够靶向基因组中将近一半的位点

发布时间:2018-11-02 15:53 |  点击次数:

基因组编辑系统CRISPR-Cas9已成为医学研究中的一种非常重要的工具,并且最终可能在农业、生物能源和食品安全等领域产生重大影响。

CRISPR-Cas9可通过短的RNA片段(即向导RNA, gRNA)引导到基因组上的不同位点,在那里,一种称为Cas9的DNA切割酶随后进行所需的编辑。然而,尽管这种基因编辑工具取得了相当大的成功,但是它在基因组上能够访问的位点数量仍然是有限的。这是因为CRISPR-Cas9需要一种称为前间隔序列邻近基序(protospacer adjacent motif, PAM)的特定DNA序列存在于基因组上的靶位点两侧,从而允许它识别靶位点。

比如,作为一种最广泛使用的Cas9酶,来自酿脓链球菌(Streptococcus pyogenes)的Cas9(SpCas9)的PAM序列为5′-NGG-3′。在这种PAM序列中,两个连续的碱基G的存在显著地限制了SpCas9能够靶向的位点数量,仅占基因组上的大约9.9%的位点。到目前为止,只有少数CRISPR酶具有最低的PAM要求,这意味着它们能够靶向更广泛的位点。

 

如今,在一项新的研究中,来自美国麻省理工学院的研究人员发现一种Cas9酶能够靶向基因组中几乎一半的位点,从而显著了拓宽它的潜在使用。相关研究结果发表在2018年10月24日的期刊上,论文标题为“Minimal PAM specificity of a highly similar SpCas9 ortholog”。

为了开发一种更通用的CRISPR-Cas9系统,这些研究人员执行计算算法来对细菌序列进行生物信息学检索,以确定是否存在任何类似于SpCas9但对PAM的限制性较低的酶。为了开展这种检索,他们开发出一种称为SPAMALOT(Search for PAMs by Alignment of Targets, 通过比对靶标搜索PAM)的数据分析软件工具。

这揭示了一些有趣的可能的酶,但没有取得成功。因此,他们随后在实验室中构建了CRISPR/Cas9的合成版本,以评估其性能。

他们最终发现他们寻找的一种最成功的酶为来自犬链球菌(Streptococcus canis)的Cas9(ScCas9),它与已经广泛使用的SpCas9酶非常相似。ScCas9看起来与SpCas9几乎完全相同,但是它能够靶向SpCas9不能够靶向的靶DNA序列。ScCas9的PAM序列为5′-NNGTT-3′。在这种PAM序列中,仅存在一个碱基G,这就允许ScCas9要比SpCas9靶向基因组中更多的位点:占基因组中将近一半的位点。