上海科技大學免化所發現首個CRISPR-Cas9的天然多肽抑制劑

2021-01-09 科教頭條

上海科技大學免疫化學研究所大分子藥物遞呈實驗室劉佳副研究員與功能篩選實驗室馬培翔副研究員合作，發現了首個能以變構方式抑制CRISPR-Cas9活性、來源於絲狀噬菌體的天然多肽G8PPD。該研究成果以《Allosteric inhibition of CRISPR-Cas9 by bacteriophage-derived peptides》為題，於近期在國際知名學術期刊Genome Biology上在線發表。

作為新興技術，CRISPR-Cas9在人類疾病治療中具有廣泛的應用前景。臨床方案中，CRISPR-Cas9通常為組成型表達，而過度的Cas9核酸酶積累會導致其脫靶效應升高，成為治療中的安全隱患。此前已經發現了來源於噬菌體自身的、與細菌CRISPR系統具有「軍備競賽」性質的抗CRISPR蛋白（Anti-CRISPR proteins, Acrs）。實驗證明，這些Acr蛋白能通過時像調控增加CRISPR-Cas9靶向的特異性。同時，高通量篩選也鑑定了一系列具有CRISPR-Cas9抑制活性的小分子化合物。本研究發現的絲狀噬菌體多肽，有別於此前報導的CRISPR-Cas9系統的小分子和蛋白質抑制劑，能通過變構調節來抑制Cas9活性，因此在已知的CRISPR-Cas9抑制劑中顯得尤為獨特。

在該研究中，研究人員首先意外發現M13噬菌體本身能夠抑制SpyCas9核酸酶的體外切割活性；隨後進一步研究發現，噬菌體對SpyCas9活性的抑制來源於噬菌體的主要外殼蛋白G8P的周質結構域（periplasmic domain），即G8PPD。體外切割顯示，G8PPD多肽只能抑制apo形式的SpyCas9（無DNA和sgRNA），而這種抑制並非是通過與sgRNA的直接競爭實現。後續的質譜和突變分析表明，G8PPD與SpyCas9的結合位點在PAM interacting（PI）結構域，遠離sgRNA及DNA結合位點，故此G8PPD很可能是通過變構調節來實現對SpyCas9的抑制。與體外實驗一致，G8PPD在人細胞中對SpyCas9活性的抑制需要在Cas9/sgRNA轉染前提前進行過表達；而G8PPD與Cas9/sgRNA同時轉染時，可通過對SpyCas9的時像調控提升其在人細胞中的特異性，這為開發用於精準基因編輯的新一代CRISPR-Cas抑制劑提供了思路。

上海科技大學免疫化學研究所為第一完成單位，博士研究生崔炎濡和大分子藥物遞呈實驗室工程師王少傑為共同第一作者，劉佳副研究員與馬培翔副研究員為共同通訊作者。該項工作得到了國家自然科學基金的支持，上海科技大學免疫化學研究所抗體化學實驗室、分析化學平臺和高通量篩選平臺對本項研究提供了大力支持。

圖1. M13噬菌體和噬菌體衍生的G8PPD多肽可抑制SpyCas9的體外切割

a, M13噬菌體對SpyCas9的劑量依賴性抑制作用。b, M13噬菌體不抑制組裝的Cas9/sgRNA RNP的體外活性。c, M13噬菌體主要外殼蛋白G8P的結構域示意圖。d. G8PPD對SpyCas9的劑量依賴性抑制作用。e. G8PPD不抑制組裝的Cas9/sgRNA RNP的體外活性。

來源：上海科技大學 上海科技大學免疫化學研究所

相關焦點

  • 中大研多肽抑制劑治小腦萎縮症
    香港中文大學生命科學學院科研團隊，成功研發首個由胺基酸肽合成的「P3多肽抑制劑」，有效抑制神經細胞退化，延遲六種類型的小腦萎縮症及亨廷頓症等罕見疾病的發病年齡。該抑制劑由蛋白質中13個胺基酸肽合成，較其他抑制劑毒性小，有望成為正式藥物。　　小腦萎縮症屬於一種小腦細胞逐漸死亡的遺傳病，一般於20至40多歲發病，患者會逐漸步履不穩、說話不清、吞咽困難等，最終完全失去身體協調能力。
  • 意想不到的突變,CRISPR-Cas9的應用仍然是任重道遠
    CRISPR和DNA片段據美國「物理學組織」網站報導，當地時間美國「物理學組織」網站報導，來自哥倫比亞大學弗朗西斯克裡克研究所和美國俄勒岡健康與科學大學的三個獨立研究團隊發現，CRISPR-Cas9基因編輯系統可能導致基因組的意外突變。
  • CRISPR-Cas9應用依舊任重道遠
    CRISPR和DNA片段當地時間6月29日，美國「物理學組織」網站報導，來自英國弗朗西斯克裡克研究所、美國哥倫比亞大學和美國俄勒岡健康與科學大學的三個獨立研究團隊在測試利用CRISPR-Cas9基因編輯系統改變人類胚胎遺傳缺陷的可能性時發現，
  • 【重磅消息】MIT和哈佛共建CRISPR-Cas9全球專利技術共享平臺丨醫...
    今天是2017年7月22日　　農曆六月二十九　　醫麥客：今天是個特別的日子—上海在燃燒　　2017年7月22日/醫麥客 eMedClub/--2012年，一種名為「CRISPR/Cas9」的DNA編輯技術橫空出世。
  • 發現一種廣譜的CRISPR/Cas9抑制劑
    CRISPR/Cas系統是目前發現存在於大多數細菌與所有的古菌中的一種免疫系統，被用來識別和摧毀抗噬菌體和其他病原體入侵的防禦系統。科學家們已發現他們能夠利用CRISPR降解病毒RNA的天然能力，並且使用CRISPR系統從幾乎任何一種有機體中移除不想要的基因。目前已在細菌中發現三類CRISPR/Cas系統，I型和III型系統需要眾多蛋白的參與。II型系統就簡單得多了，一個Cas9核酸酶利用嚮導RNA（gRNA）就可以完成識別和切割靶雙鏈DNA，因此II型系統也被稱作CRISPR/Cas9系統。
  • 首個CRISPR-Cas9小分子抑制劑已找到
    在日前發表於最新一期《細胞》雜誌上的論文中，一篇關於CRISPR-Cas9小分子抑制劑的研究吸引了業內的廣泛關注。為了尋找到更有效，更安全的SpCas9抑制劑，研究人員們決定篩選出一款小分子藥物，填補這一領域的空白。研究中，科學家們對CRISPR-Cas9的活性進行了高通量的評估，以測試哪些小分子藥物能夠有效抑制其活性。為此，他們搭建了兩套體系。第一套體系能夠監測SpCas9蛋白能否與螢光標記的DNA結合，第二套體系則能自動評估螢光發生的變化（表明SpCas9完成了對DNA的剪切）。
  • Gene KO Mediated by CRISPR-Cas9 System (Cas9-2hitKO)
    更為重要的是，Ryan願意無償分享cas9系統的全套載體，還可以抽空指導大家實驗。小白們快加入實驗小白微信群和Ryan學習技術吧!What is the CRISPR-Cas9 system?To achieve higher knockout efficiency, vector carrying one cas9 protein and two guide RNA expressing cassettes is generated.
  • 【綜述】治療性CRISPR/cas9技術研究進展
    上海生化細胞所的李勁松研究員首次報導用 Crispr/cas9 技術修復小鼠胚胎中引起疾病的突變基因。他們矯正了小鼠白內障顯性突變基因 Crygc。他們將 Cas9的信使 RNA 和靶向 Crygc 基因的 sgRNA 同時注射到受精卵中，修復時以同源染色體上正常的基因做模板，進行同源重組修復，最後矯正了的小鼠的白內障[13]。
  • 2019國自然熱門寵兒——CRISPR/Cas9技術
    早在2013年，基因編輯 CRISPR/Cas9 技術就被《科學》列為年度十大科技進展之一，是發展最為迅猛的基因編輯技術，CRISPR/Cas9技術的優勢已經顯而易見，它不僅同時靶向多個靶點，切割效率高，而且設計簡單，簡明的鹼基互補設計原則，識別不受基因組甲基化影響，適應面廣。
  • 深研院化生學院李子剛/尹豐課題組利用穩定多肽在表觀遺傳學抑制劑...
    該論文報導了課題組成功研發靶向組蛋白去乙醯化酶（HDAC）的穩定多肽抑制劑。相比於已上市的藥物SAHA，該多肽抑制劑表現出更好的體內抗腫瘤效果以及顯著提高的安全治療窗口。通過化學手段穩定多肽的二級結構，從而提高其生物學活性是構建靶向蛋白-蛋白相互作用調控分子的重要手段之一。
  • 【科技前沿】上科大饒子和等團隊解析植物和真菌的乙醯羥基酸合成...
    2020年7月8日，上海科技大學免疫化學研究所特聘教授饒子和院士與昆士蘭大學教授兼免化所訪問教授Luke Guddat
  • ...突破:清華陳曄光團隊等首次開發出靶向β-catenin的PROTAC多肽,…
    以下文章來源於BioWorld ，作者BioWorld BioWorld解讀前沿科學進展，報導趣味研究發現，普及生命科學知識摘要：近日，清華大學陳曄光教授團隊和上海大學胡宏崗教授團隊合作，首次報導了靶向降解β-catenin
  • 香港中文大學Michael K. Chan團隊報導一種新型可抑制α-突觸核蛋白聚集的多肽抑制劑
    香港中文大學生命科學學院Michael K.
  • PNAS:構建出提高CRISPR-Cas9基因編輯精確度的新變體---SaCas9-HF
    2019年10月13日訊/生物谷BIOON/---在一項新的研究中，來自中國香港城市大學的研究人員開發出基因編輯技術CRISPR-Cas9的一種新變體，它有潛力在人類基因治療期間提高基因編輯的精確度。相比於野生型CRISPR-Cas9，這種新變體降低了DNA中出現的意外變化，這表明它可能在需要高精確度的基因療法中發揮作用。
  • 重要研究成果聚焦多肽藥物分子研究領域新進展!
    泛素連接酶的天然存在的蛋白質，當細胞不再需要這些蛋白時，其就能被標記進行破壞。【4】ACS Nano：研究人員設計多肽治療COVID-19doi：10.1021/acsnano.0c02857全球各地的科學家都在緊鑼密鼓地尋找SARS-CoV-2的抑制劑。SARS-CoV-2是造成COVID-19大流行的新型冠狀病毒。
  • 高通量多肽陣列技術發展—博肽健諾威成功案例
    該公司擁有自己獨有的多肽陣列分析技術平臺，包括PEP-OVERLAP（用於探測蛋白結合表位多肽陣列）和PEP-HIT（通過專有的軟體系統和高通量表位多肽庫篩選系統尋找能夠與靶有效結合的多肽候選物），成功地發現了SARS病毒的全部表位原,以及設計了可以和多種靶蛋白有效結合的多肽分子，其中包括愛滋病病毒複製過程中關鍵性的逆轉錄酶（RT）的抑制劑，並且運用該技術平臺研究中藥/天然藥物的藥理作用及作用機理。
  • 「多肽設計」靶向AF9和ENL YEATS結構域的高效特異性多肽抑制劑設計
    Soc.在線發表題為 「Selective Targeting of AF9 YEATS Domain by Cyclopeptide Inhibitors with Preorganized Conformation」 的研究論文，報導了首個針對AF9 YEATS結構域具備高達38倍選擇性（相對ENL YEATS結構域）的環肽抑制劑，首次實現了在細胞內特異靶向內源AF9蛋白，為進一步探究二者功能異同提供了有力的研究工具
  • 5 分鐘學會 cas9 基因敲除——原來設計方案如此簡單
    這是一種見於 crRNA 分子的短核苷酸基序，可以被 Cas9 蛋白特異性識別並切割的 20 個 nt。 而 PAM 序列的特徵為 NGG（其中 N 為任意核苷酸）找敲除目的基因的外顯子根據目的基因選擇待敲除靶基因位點找出敲除目的基因的外顯子。
  • 科學家解析首個激活狀態甲醯化多肽受體FPR2的信號轉導機制
    為解決這一科學問題，中國科學院上海藥物研究所徐華強課題組與美國匹茲堡大學Cheng Zhang課題組合作，依託美國溫安洛研究所（Van Andel Institute）的冷凍電鏡平臺，解析了促炎多肽配體WKYMVm激活下FPR2-Gi信號複合物的冷凍電鏡結構（3.17A），並結合計算機模擬方法闡釋了FPR2的激活機制，提出了FPRs受體家族識別甲醯化多肽配體潛在的保守識別模式
  • 上海科技大學免疫化學研究所研製出 富含天然產物的新一代DNA編碼...
    近日，上海科技大學免疫化學研究所Richard Lerner教授和楊光教授研究團隊合作，研製出富含天然產物的新一代DNA編碼化合物庫（DNA-Encoded Library, DEL），以《Functionality-Independent DNA Encoding of Complex Natural Products》為題發表在國際頂級化學期刊Angewandte