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Development:利用改进的CRISPR基因编辑平台研究人类发育

来源:生物谷 2016-12-11 18:05


2016年12月11日/生物谷BIOON/---在一项新的研究中,来自英国韦尔科姆基金会桑格研究所和剑桥大学的研究人员构建出一种更加高效的和可控的CRISPR基因组编辑平台:sOPTiKO。他们描述了这种免费获得的单步骤系统如何在体内每个细胞和每个发育步骤中发挥作用。这种新方法将有助科学家们开展发育生物学、组织再生和癌症研究。相关研究结果发表在2016年12月1日那期Development期刊上,论文标题为“Optimized inducible shRNA and CRISPR/Cas9 platforms for in vitro studies of human development using hPSCs”。

两种互补的方法被开发出来。sOPiTKO是一种通过破坏DNA关闭基因的敲除系统。sOPTiKD一种通过破坏RNA沉默基因作用的敲降系统。利用这两种方法,科学家们能够可诱导性地在任何一种细胞类型中和在细胞---从干细胞到完全分化的成体细胞---的任何发育阶段上关闭或沉默基因。这将允许全世界的科学家们快速地和准确地研究当这些细胞发育成肝脏、皮肤或心脏等组织时基因在这种变化中所发挥的作用,并且发现这如何促进健康和疾病产生。

人体含有大约37万亿个细胞,但是人类基因组仅含有大约2万个基因。因此,为了产生体内的每个组织和细胞类型,不同基因组合必须在器官或组织发育的不同时刻发挥作用。在细胞发育的特定时刻能够关闭基因将允许人们研究它们所起的作用。

论文作者、剑桥大学韦尔科姆基金会医学研究委员会剑桥干细胞研究所教授Ludovic Vallier说,“当一种细胞由成为干细胞发展为成为一种完全分化的成体细胞时,它当中的基因呈现出不同的作用。在之前,如果我们敲除一个基因,我们仅能够在第一步观察这会产生何种影响。通过允许这个基因在细胞发育期间发挥作用,然后在较晚的发育步骤利用sOPTiKO对它进行基因敲除,我们能够精确地研究它在那个阶段发挥的作用。”

sOPTiKO和sOPTIKD方法允许科学家们一次沉默一个以上基因的活性,因此如今就有可能通过一次敲降相关基因的整个家族的活性来研究它们的作用。

此外,这种免费获得的系统允许更加快速地和更加廉价地开展实验。sOPTiKO是高度灵活的,因此它能够用于体内的每个组织中而无需每次构建一种新的系统。sOPiTKD允许显著地提高效率:它能够用于一次敲降一个以上的基因。在之前,为了沉默三个基因的活性,研究人员不得不敲降一个基因,培养细胞系,然后对第二个基因而言,重复前面的步骤,最后对第三个基因而言,再次重复一次。如今,它能够仅需一个步骤就可实现这一点,从而将需要9个月的过程降低到仅需一到两个月的时间。

论文共同第一作者Alessandro Bertero博士说,“相对于其他的CRISPR编辑系统,使用OPTiKO/sOPTIKD的两个关键优势在于它是真正可诱导的,而且能够在几乎任何细胞类型中发挥作用。在过去,我们仅能够研究一种特定组织中的一个基因的功能。如今,我们能够同时敲除具有不同功能的多种细胞类型中的同一个基因。”(生物谷 Bioon.com)

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Optimized inducible shRNA and CRISPR/Cas9 platforms for in vitro studies of human development using hPSCs

Alessandro Bertero, Matthias Pawlowski, Daniel Ortmann, Kirsten Snijders, Loukia Yiangou, Miguel Cardoso de Brito, Stephanie Brown, William G. Bernard, James D. Cooper, Elisa Giacomelli, Laure Gambardella, Nicholas R. F. Hannan, Dharini Iyer, Fotios Sampaziotis, Felipe Serrano, Mariëlle C. F. Zonneveld, Sanjay Sinha, Mark Kotter, Ludovic Vallier

doi:10.1242/dev.138081

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