基因功能研究,尤其是在细胞系的基因功能研究,通常是从三板斧开始的——基因干扰、基因过表达、基因敲除。
三板斧挥出去,配合下游的转录谱分析、表型分析,基因功能的神秘面纱,往往就能解开一角。
如果表型不明显,文章不好发,基金不好写,那么找个的关联基因,来一套组合三板斧,往往就能解决问题。没什么是三板斧解决不了的,一套不行,那就再来一套。
基因干扰,作为三板斧的开路先锋,因为价格实惠、操作简单,而备受青睐。从化学合成RNA,到病毒包装shRNA,再到CRISPR-dCas9介导的CRISPRi,以及Cas13a介导的mRNA水平的敲除,各种基因干扰技术纷杂繁复,那么哪种技术更胜一筹,哪种技术更合文章审稿人和专家的口味?基因干扰应该怎么做?
目前,基因干扰方面应用最广泛最成熟的还是短发卡RNA(shRNA)介导的RNAi技术。过去十几年,RNAi一直是基因功能研究尤其是功能基因组学筛选的首选方法。但是CRISPR技术的横空出世,凭借着更低的脱靶效率,更高的干扰水平,尤其是乘着今年诺贝尔化学奖的东风,势必会冲击RNAi的王座,成为审稿人和专家眼中的新宠儿。
那么,CRISPRi与RNAi究竟有什么不同,在做方案设计或者基金申报撰写时,CRISPRi好在哪里?
CRISPRi技术基于一个没有核酸酶活性的dCas9蛋白,即通过将RuvC和NHN两个核酸酶结构域分别导入氨基酸突变D10A和H840A,使得Cas9蛋白失去切割DNA活性,但仍保留结合DNA的能力(Dead Cas9)。
图1. dCas9结构域
当dCas9被引导到某个基因的转录起始位点TSS(transcription start site)时,dCas9能够物理性阻碍RNA聚合酶的通过,导致基因沉默。为了进一步提高转录抑制的效率,dCas9融合了一个基因抑制结构域,如KRAB(krüppel-associated box)结构域,此外,dCas9也可以融合双抑制结构域KRAB-MeCP2,抑制效果更佳。
图2. CRISPRi工作原理
因此通常,CRISPRi拥有比RNAi更高的干扰效率和更低的脱靶风险,在基因干扰能力上显著优于传统的RNAi技术。
Yi Zheng et al.CRISPR interference-based specific and efficient gene inactivationin the brain.Nature Nueroscience. 2018
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