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中山大学等开发RNA编辑新工具
发布时间:2016-06-01]  阅读次数:511次

来源:分析测试百科网

  CRISPR-Cas9系统使用一段引导RNA(其与Cas9蛋白结合起来才能发挥作用)来靶定一段DNA,并裂解双链DNA。这一现象提出了一个问题:由一个Dicer结合RNA元件和一段反义RNA组成的一种人造小RNA(asRNA,是否也能用来诱导Dicer处理和降解一段特定的RNA呢?

  为此,5月25日在国际肿瘤期刊《Oncotarget》发表的一项研究中,来自中山大学、深圳大学第一附属医院、汕头大学等处的研究人员开发出一种新的方法——命名为DICERi,用于基因沉默或RNA编辑。中山大学生命科学学院的张勇教授、深圳大学第一附属医院的Weiren Huang和Zhiming Cai是这篇论文的共同通讯作者。

  作为细菌和古生菌的适应性免疫防御,CRISPR/Cas9系统已经成为一种常规和强大的工具,用于基因组编辑,特别是II型细菌CRISPR/Cas9系统。CRISPR位点是由一系列的重复序列组成,被“间隔区”序列分开。“间隔区”序列与噬菌体的基因组以及其他易变的遗传元件相匹配。重复间隔阵列被转录并处理以生成一段小crRNA,来识别靶序列。重复间隔区阵列两侧的元件是编码Cas9的CRISPR/Cas9基因,即使用crRNA来引导靶位点裂解的一段双链DNA核酸内切酶。

  在靶位点下游的一段序列基序——称为protospacer-adjacent motif (PAM),对于裂解是至关重要的。CrRNA到Cas9的装载,也需要一段小的tracrRNA,它被反转录成crRNA前体和RNase III。现在,科学家们已经成功地将crRNA与tracrRNA融合,来产生小的引导RNA,以简化这个系统。

  RNA干扰(RNAi)已经对我们关于“遗传信息表达的调控机制”的观点,提出了挑战。它表明,在真核生物中,蛋白质和RNA分子都能调控基因的表达。首先,在细胞核中,Drosha将一段50-70nt的茎环前体(pre-miRNA)从一段初级转录物(pri-miRNA)上切除。然后,细胞核转运受体exportin-5,将pre-miRNA运输到细胞质中。随后,pre-miRNA被Dicer裂解,从而生成了一段短的19-23nt的复式结构,在3’端具有2nt的悬突,5’末端被磷酸化。在短的复式结构被加载到一个多元核酸酶RISC上之后,一条链被释放和降解,另一条链仍然被切断为一段引导序列,来指导RISC破坏互补性的信使RNA(mRNA)。

  受到CRISPR/Cas9系统的角色模型的启发,该研究小组想知道,是否我们能够引入一段人造的小RNA(asRNA,由Dicer结合RNA元件和一段反义RNA组成),来诱导Dicer处理和降解一段特定的RNA,就如同CRISPR/Cas9系统中用引导RNA来诱导Cas9裂解靶序列。

  该研究小组开发出一种新方法,使用一段低聚物RNA作为一个蛋白质结合RNA元件,来诱导Dicer降解靶RNA。首先,他们选择MALAT-1作为靶基因,并构建了一个asRNA表达载体。然后,他们测量了这些装置对表达水平和表型变化的影响,例如细胞增殖、细胞迁移和细胞凋亡。

  研究结果表明,与阴性对照相比,这种新方法能显著抑制靶基因的表达水平以及功能。接下来,该研究小组共转染了靶定Dicer的shRNA和对抗MALAT-1的asRNA,以确认抑制作用是由Dcier诱导的。DNA编辑或RNA编辑都已经广泛用于生物学和治疗学目的。它们能够特异性地激活或抑制DNA或RNA,以调节基因网络。相关阅读:RNA编辑技术治疗严重罕见病;Cancer Research:RNA编辑与食管癌;曹雪涛院士亮点推荐Science文章:重要的RNA编辑。

  在这项研究中,研究人员重新改造了Dcier,并向RNA编辑添加了另一个成员。不同实验方法的结果证实,这种假设是正确的。然而,进一步的工作——比如改善反义RNA和靶RNA之间的特定结合,应该能够使这种新方法更具有适用性。

  总而言之,这种新的方法是用于RNA编辑的一种新型、有效的工具,可能对于指导和重新连接基因网络,具有广泛的用途。


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