CRISPR/Cas9 系統的防禦機制

2021-01-09 騰訊網

CRISPR/Cas9 是目前研究的最多也是應用最成熟的基因編輯工具。下面小編以 CRISPR/Cas9 為例，介紹一下 CRISPR/Cas9 系統的防禦機制。

1、外源 DNA 捕獲

當病毒首次入侵宿主細菌並將 DNA 組注入細胞內部後，Cas1 和 Cas2 蛋白將掃描這段外源 DNA，識別 DNA 中的原間隔序列臨近基序（protospacer adjacent motif，PAM），並截取原間隔序列（protospacer）整合到 CRISPR 序列前導區的 下遊，隨後 DNA 進行修復。

2、crRNA 合成

CRISPR 基因組由三個部分組成：tracrRNA 基因、Cas 基因、CRISPR 重複序列和間隔區序列。當病毒再次入侵時，這些三部分被轉錄為 tracrRNA，Cas 蛋白和 pre-crRNA。

tracrRNA 具有發卡結構，pre-crRNA 是由整個 CRISPR 序列轉錄而成的大型 RNA 分子。隨後，tracrRNA、pre-crRNA 和 Cas9 形成複合物，並且由 RNase III 在重複序列處切割將 pre-crRNA 加工成 crRNA，從而形成由 crRNA 引導的 crRNA：tracrRNA：Cas9 核酸內切酶複合物。

3、靶向幹擾

隨後，Cas9/RNA 複合物隨機掃描細胞中的 DNA，首先尋找合適的 PAM，識別出 PAM 序列後，如果被掃描的 DNA 序列與 crRNA 靶序列匹配，則 Cas9/RNA 複合體將從 PAM 序列後的前 10~12 個核苷酸解開 DNA 形成 R-Loop。隨後，Cas9 的 HNH 核酸酶活性將切割 crRNA 互補的 DNA 鏈，而 RuvC 活性將切割非靶鏈，從而沉默外源 DNA。

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