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新興基因編輯CRISPR/Cas9之最新應用

2019/01/03 @國際

新興基因編輯CRISPR/Cas9之最新應用

  新興基因編輯(gene editing)技術被譽為是現代生物科學上最大的突破。藉由基因編輯技術,科學家可精確地針對基因組上特定位置進行修改,將原本的遺傳訊息進行置換或剪切。該技術可應用在生物、醫學甚至是農業領域,幫助人們解決疾病、作物產量等問題。以CRISPR/Cas9發展的基因編輯技術最初源於細菌的免疫機制,科學家透過改造Cas9蛋白的功能,達到精準標定與編輯的目的。過去科學家利用改造後的單股RNA片段(稱作引導RNA (guide RNA, gRNA))與Cas9蛋白形成的複合體,對目標DNA序列進行定位,Cas9-gRNA複合體根據gRNA與目標DNA精確的結合,便可精準地作用在被定位的DNA位置。根據CRISPR/Cas9的定位機制,科學家可利用失去DNA內切酶功能的dCas9 (nuclease-null Cas9,或稱dead Cas9)與目標DNA交互作用的特性,透過抑制或促進目標基因上游轉錄因子,研究目標基因調控的詳細機轉過程。
  德拉瓦大學(University of Delaware)的研究團隊在gRNA的基礎上進行改造,將原始gRNA中設計的目標片段辨識區(Spacer)變成髮夾構型(hairpin-like structure),只有在gRNA片段中的toehold區域與其他外來短片段結合的情況下,才能解除髮夾構型,這時gRNA的Spacer才能識別目標DNA序列,並與目標DNA結合,當gRNA成功與目標DNA結合,便可啟動dCas9的酵素功能,達到dCas9調控目標DNA序列的目的。
  德拉瓦大學研究團隊所改造的gRNA稱作toehold-gated gRNA (thgRNA),其調控機制已在大腸桿菌的模式中受到證實。該項由美國國家科學基金會資助(National Science Foundation)的研究可望應用在未來基因表現調控上,使人們精準控制基因表現的強弱。相關研究已發表在<Nature Chemical Biology>。

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