最详细CRISPRCas9系统原理应用及发展PPT课件.ppt

3.2 sg-RNA：Cas介导基因修饰 * 中山大学生命科学学院 CRISPR-Cas9系统基因修饰理论与实战 1 基因表达研究方法 干扰基因表达（过表达或低表达），或者表达突变体并检测其相关生理功能，是基因功能研究中最重要的方式之一； 基因表达技术- 质粒转染，病毒转染等传统方法得到广泛运用，但同时其也存在缺点； 1 基因修饰的方法与各自优势 质粒- 瞬时转染 - 某些细胞效率偏低 - 表达结果不稳定，有内源表达的干扰； 质粒- 稳定细胞 - 表达结果不稳定，筛选效率不高，在重组插入基因组中可能干扰其它基因表达； 病毒- 瞬时感染 - 表达结果不稳定，质粒容易在细胞复制过程中丢失，随机插入基因组中可能会干扰其它基因表达； 新一代的基因编辑技术- 利用重组酶在基因组水平修饰基因，产生的遗传性质稳定，直接作用于内源，减少表达干扰，目前有成熟的技术如CRISPR/Cas9； DNA NHEJ and HDR DNA sequence disrupted NHEJ: Non-homologous end joining +donor DNA DNA sequence replaced HDR: homology directed repair DNA修复的机制与基因编辑原理 非同源性末端接合修复机制(Non-homologous end joining, NHEJ) 同源介导的修复机制(Homology-directed repair, HDR) * ZFN and TALEN ZFN与TALEN基因编辑原理 * I: Genome modification II: Genomic deletion Le C, F Ann R, David C, et al. 2013, Science, (6121):819-823. Genome Editing in Mammalian Cells 1 CRISPR-Cas概述 CRISPR-Cas：一种来源是细菌获得性免疫的由RNA指导Cas蛋白对靶向基因进行修饰的技术。 CRISPR-Cas主要由两部分组成： 识别 切割 1 CRISPR-Cas概述 1.1 CRISPR结构 CRISPR： （clustered regularly interspaced short palindromic repeats） CRISPR 是一个特殊的DNA重复序列家族, 广泛分布于细菌和古细菌基因组中。CRISPR 位点通常由短的高度保守的重复序列(repeats) 组成, 重复序列的长度通常 21~48 bp, 重复序列之间被 26~72 bp 间隔序列(spacer)隔开。CRISPR就是通过这些间隔序列（space）与靶基因进行识别。 1.1 CRISPR结构 1.2 Cas家族 Cas（CRISPR associated）： 存在于CRISPR位点附近，是一种双链DNA核酸酶，能在guide RNA引导下对靶位点进行切割。它与folk酶功能类似，但是它并不需要形成二聚体才能发挥作用。 2 CRISPR-Cas系统的发现 CRISPR-Cas是很多细菌和大部分古生菌的天然免疫系统，通过对入侵的病毒和核酸进行特异性的识别，利用Cas蛋白进行切割，从而达到对自身的免疫。 2 CRISPR-Cas系统的发现 2 CRISPR-Cas系统的发现 2 CRISPR-Cas系统的发现 CRISPR-Cas系统赋予原核细胞针对外源DNA特异性免疫, 而这种特异性是由间隔序列（spacer）决定的。在宿主防御噬菌体攻击中，针对自然界中庞大的噬菌体种群，细菌进化了CRISPR 介导的适应性免疫。这种免疫功能的发挥是由CRISPR 间隔序列的动态性变化，即通过增加或删除间隔序列（spacer）来实现的。 2 CRISPR-Cas系统靶向要求 最主要的要求： PAM（protospacer-adjacent motif）为NGG。 2 CRISPR-Cas系统靶向要求 在人类基因组中，平均每8bp就出现一个NGG PAM。 2 CRISPR-Cas系统靶向要求 3 CRISPR-Cas系统介导基因修饰 3.1 dual-RNA：Cas介导编辑模板替换 2013年1月29日在《nature biotechnology》上发表的《RNA-guided editing of bacterial genomes using CRISPR-Cas systems》一文中，作者利用CRISPR-Cas系统用设计好的DNA模板替换的相应基因来达到基因的定向修饰。 3.1 dual-RNA：Cas介导编辑模板替换