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用CRISPR揭示非編碼RNA的秘密

閱讀:373發(fā)布時間:2015-7-21

非編碼RNA是指不編碼蛋白質(zhì)的RNA。真核生物的非編碼RNA廣泛參與了關(guān)鍵性細胞功能的調(diào)控。隨著測序技術(shù)的飛速發(fā)展,研究者們發(fā)現(xiàn)了越來越多的新型非編碼RNA,比如lncRNA、環(huán)狀RNApiRNA等等。非編碼RNA的豐度、保守性、結(jié)構(gòu)和功能多樣性,不僅豐富了我們的細胞生物學知識,還挑戰(zhàn)了我們一直以來對真核生物基因組的認識。

介紹了一個以CRISPR-Cas9為基礎的基因組靶向技術(shù),CRISPR-Display。細菌一直在與病毒或入侵核酸進行斗爭,為此它們演化出了多種防御機制,CRISPR/Cas適應性免疫系統(tǒng)就是其中之一。規(guī)律成簇的間隔短回文重復CRISPR與內(nèi)切酶Cas9的組合,可以在引導RNA的指引下,靶標并切割入侵者的遺傳物質(zhì)。

CRISP-Disp系統(tǒng)中,失去催化活性的dCas9作為可編程的DNA結(jié)合蛋白,其特異性由引導RNA決定,gRNA上融合有異源的效應結(jié)構(gòu)域。研究人員摸索出的gRNA-ncRNA融合方法,能將非編碼RNA帶到特定DNA位點,同時不影響dCas9的功能和活性。

對合成生物學研究者來說,CRISP-Disp的靈活性、模塊化和多重化特性是很有吸引力的。據(jù)介紹,CRISP-Disp系統(tǒng)可以容納約4.8 kbRNA結(jié)構(gòu)域,這相當于天然lncRNA的長度。除了lncRNA以外,研究人員還對各種天然和人工非編碼RNA進行了測試。研究表明,gRNA可以偶聯(lián)多個非編碼RNA結(jié)構(gòu)域,這些結(jié)構(gòu)域可以同時且獨立的起作用。用CRISP-Disp招募RNA-蛋白復合體到特定位點,可以設計出復雜的基因調(diào)控回路。

除了合成生物學應用,CRISP-Disp還是一個研究非編碼RNA功能的強大工具,包括近來備受關(guān)注的lncRNA。盡管人們?yōu)榱死斫?/span>lncRNA的功能和作用機制已經(jīng)做出了很多努力,但能夠全面靶標和分析lncRNA的平臺并不多,還有很多問題沒有得到解答。

還有一些非編碼RNA也涉及了基因表達的激活。舉例來說,在很多情況下基因表達需要增強子區(qū)域轉(zhuǎn)錄的RNA。然而,我們至今還不清楚eRNA究竟是如何起作用的,比如它可能改變DNA的拓撲結(jié)構(gòu),讓增強子和啟動子靠近。如果eRNA的激活功能是其序列的內(nèi)在特性,那么將它添加到CRISP-Disp系統(tǒng)中就可以活化位置的任何基因。但就目前的研究結(jié)果來看,eRNA并沒有在這個體系中起到強力的基因激活作用。這些結(jié)果支持了之前人們提出的假說,該假說認為eRNA可能是基因座特異性增強子復合體中的一個元件。


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