Genome Biology |中科院微生物所邱金龍課題組通過轉錄激活調節染色質構象進而提高CRISPR/Cas9的編輯效率!

2021-02-28 植物生物技術Pbj

CRISPR/CAS9系統已被廣泛成功地應用於多種真核生物的基因組工程,為基因治療和植物育種提供強有力的工具。然而,在動物和植物細胞中,不同基因座的編輯效率差異很大。染色質上某些位點的低CRISPR/CAS9編輯效率限制了限制了其進一步應用。

真核基因組DNA包裹在組蛋白周圍,進一步壓縮形成高階染色質結構[5],這可能阻礙CAS9與其靶點的結合。哺乳動物細胞內催化活性抑制CAS9(DCAS9)結合位點的全基因組圖譜顯示,它們在開放染色質區域富集。此外,在人體細胞的染色質開放區域,CRISPR/CAS9誘導的插入和缺失的產生率更高。體外和體內實驗表明,染色質的基本單位核小體抑制了CAS9的DNA結合和剪切活性。與此一致的是,與HEK293T、HELA和人成纖維細胞的異色區相比,CAS9介導的基因編輯在常染色區更高效。有趣的是,染色質結構對CRISPR/CAS9的非靶向活性有更顯著的抑制作用。相反,染色質的可及性並沒有影響斑馬魚的CRISPR/CAS9活性。染色質的可及性是否影響植物細胞中CAS9的編輯尚不清楚。

Proxy-CRISPR策略使用一個額外的無催化活性spCAS9(dead SpCas9)在靶標近端位置綁定。使得靶標位置可以結合FnCAS9、CjCAS9、NcCAS9和FnCpf1,從而提高了編輯效率。然而,這種方法需要兩種不同的crispr/cas系統共同表達,必然會增加載體的大小和體內應用的難度。最近,一種稱為Crispr-Chrom的方法,其中將CAS9與染色質調節肽(chromatin-modulating peptides, CMPs)融合,大大提高了cas9的編輯效率,特別是在難處理部位。CMP是內源性蛋白質的截短形式,目前尚不清楚其過表達是否具有顯性負向效應。

近日,中科院微生物所邱金龍和中科院遺傳所高彩霞的研究團隊在Genome Biology在線發表了研究報告《Modulating chromatin accessibility by transactivation and targeting proximal dsgRNAs enhances Cas9 editing efficiencyin vivo》。文章提供了一系列證據表明CAS9的編輯效率與水稻細胞染色質可及性相關。隨後,研究者將合成轉錄激活結構域融合到CAS9,產生CAS9-TV。這種融合顯著提高了開放染色質和封閉染色質區域CAS9介導的基因組編輯效率。並且,將CAS9-TV和一個在標靶位點近端匹配的dead sgRNA(dsgRNA)結合,能夠進一步提高編輯效率高達幾倍。

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