CRISPR/Cas 系統

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Diagram of the possible mechanism for CRISPR.[1]

CRISPR/Cas系統,為目前發現存在於大多數細菌與所有的古菌中的一種後天免疫系統[2],以消滅外來的質體或者噬菌體[3][4],并在自身基因组中留下外来基因片段作为“记忆”[5]。全名為常間回文重複序列叢集/常間回文重複序列叢集關聯蛋白系統(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated proteins)。

目前已發現三種不同類型的 CRISPR/Cas系統,存在于大约40%和90%已测序的真细菌古细菌[6][7]。其中第二型的組成較為簡單,以Cas9蛋白>以及嚮導RNA(gRNA)為核心的組成。

由於其對DNA干擾(DNAi)的特性(参见RNAi),目前被積極地應用於遺傳工程中,作為基因體剪輯工具,與鋅指核酸酶(ZFN)及類轉錄活化因子核酸酶(TALEN)同樣利用非同源性末端接合(NHEJ)的機制,於基因體中產生去氧核醣核酸的雙股斷裂以利剪輯。二型CRISPR/Cas並經由遺傳工程的改造應用於哺乳類細胞及斑馬魚的基因體剪輯[8][9]。其設計簡單以及操作容易的特性為最大的優點。未來將可應用在各種不同的模式生物當中。

发现历史[编辑]

我们今天称为CRISPR的基因组重复丛集,即原核生物拟核DNA链中的丛生重复序列,在1987关于E. coli的一份研究报告中被首次描述[10]。2000年,相似的重复序列在其它真细菌和古细菌中被发现并被命名为短间隔重复序列(Short Regularly Spaced Repeats,SRSR)。[11]2002年SRSR被重命名为CRISPR。其中一部分基因编码的蛋白为核酸酶解旋酶。。这些关联蛋白(CAS, CRISPR-associated proteins)与CRISPR组成了CRISPR/CAS系统。[12]

參考文獻[编辑]

  1. ^ Horvath P, Barrangou R. CRISPR/Cas, the immune system of bacteria and archaea. Science. 2010.January, 327 (5962): 167–70. doi:10.1126/science.1179555. PMID 20056882. 
  2. ^ Westra ER, Swarts DC, Staals RH, Jore MM, Brouns SJ, van der Oost J. The CRISPRs, they are a-changin': how prokaryotes generate adaptive immunity. Annu Rev Genet. 2012, 46: 311–339. PMID 23145983. 
  3. ^ Barrangou R, Fremaux C, Deveau H, et al.. CRISPR provides acquired resistance against viruses in prokaryotes. Science. 2007.March, 315 (5819): 1709–12. doi:10.1126/science.1138140. PMID 17379808. 
  4. ^ Marraffini LA, Sontheimer EJ. CRISPR Interference Limits Horizontal Gene Transfer in Staphylococci by Targeting DNA. Science. 2008.December, 322 (5909): 1843–5. doi:10.1126/science.1165771. PMC 2695655. PMID 19095942. 
  5. ^ Marraffini LA, Sontheimer EJ. CRISPR interference: RNA-directed adaptive immunity in bacteria and archaea. Nat Rev Genet. 2010.February, 11 (3): 181–190. doi:10.1038/nrg2749. PMC 2928866. PMID 20125085. 
  6. ^ 71/79 Archaea, 463/1008 Bacteria CRISPRdb, Date: 19.6.2010
  7. ^ Grissa I, Vergnaud G, Pourcel C. The CRISPRdb database and tools to display CRISPRs and to generate dictionaries of spacers and repeats. BMC Bioinformatics. 2007, 8: 172. doi:10.1186/1471-2105-8-172. PMC 1892036. PMID 17521438. 
  8. ^ Mali P, Yang L, Esvelt KM, Aach J, Guell M, Dicarlo JE, Norville JE, Church GM. RNA-Guided Human Genome Engineering via Cas9. Science. 2013. PMID 23287722. 
  9. ^ Hwang WY, Fu Y, Reyon D, Maeder ML, Tsai SQ, Sander JD, Peterson RT, Yeh JR, Joung JK. Efficient genome editing in zebrafish using a CRISPR-Cas system. Nat Biotechnol. 2013. doi:10.1038/nbt.2501. PMID 23360964. 
  10. ^ Ishino Y, Shinagawa H, Makino K, Amemura M, Nakata A. Nucleotide sequence of the iap gene, responsible for alkaline phosphatase isozyme conversion in Escherichia coli, and identification of the gene product. J Bacteriol. 1987, 169 (12): 5429–33. PMC 213968. PMID 3316184. 
  11. ^ Mojica FJM, Díez-Villaseñor C, Soria E, Juez G. Biological significance of a family of regularly spaced repeats in the genomes of Archaea, Bacteria and mitochondria. Mol Microbiol. 2000, 36 (1): 244–6. doi:10.1046/j.1365-2958.2000.01838.x. PMID 10760181. 
  12. ^ Jansen R, Embden JD, Gaastra W, Schouls LM. Identification of genes that are associated with DNA repeats in prokaryotes. Mol Microbiol. 2002, 43 (6): 1565–75. doi:10.1046/j.1365-2958.2002.02839.x. PMID 11952905.