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CRISPR是什么鬼?

实验万事屋  · 公众号  · 科研  · 2017-03-30 09:10

正文

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今天还是个低蜂的选题呢,可能有很多人都已经明白了。


嗯,什么是CRISPR?这问题是不是特别低蜂?但换个问法,请讲一下CRISPR的英文全称……估计就有点懵逼了。


讲CRISPR前我们先讲讲基因敲除的思路哈,基因敲除的话,最容易想到的大概是这么个玩意,呃,不是小蝌蚪:



这是设想的一种基因敲除的工具,首先要有一段可以识别序列的蛋白,来把这个东西导引到要操作的DNA区段上,然后要有外切酶区域,负责切断要操作的DNA。



大概就是上面这样的一个操作方式。所以用这种思路,设计出两种基因操作的工具,也就是Talen和ZFN这两种技术:



其中Talen是利用单个蛋白单元的Talen蛋白可以识别一个碱基来作为导引区域的。而ZFN是利用锌指蛋白(其实就是类似转录因子结合DNA启动子差不多原理)的一个单位可以识别三个碱基,来作为导引链的。他们都是使用FokI来进行酶切的。


好了,我们要说的是CRISPR,这玩意的全称是:clustered regularly interspaced short palindromic repeatsequences,也就是成簇的有规律地间隔交织的短回文重复序列。这玩意是古菌里发现的,大概是酱婶的:



其中,彩色的部分,就是CRISPR序列,其实这就是古细菌把外源的DNA切吧切吧,装载到自己DNA里,用来作为防御噬菌体的。



为啥叫CRISPR?因为古菌把这些外源的DNA片段,切完之后的短片段(short),整齐(regularly)地怼在一起(clustered),这些外源的短片段把回文(palindromic)重复(repeat)序列间隔(interspaced)开。为啥要有回文序列,呃,回文序列就是反向互补的,因为它需要转录后的RNA形成一个Stem loop(茎环结构),这样才能让RNA结合到Cas9上。



这几个凑在一起,就叫CRISPR序列……这段转录后呢,被称为是pre-crRNA。



在这一长段序列转录后,会出现主要的Cas9蛋白(我这里就只讲常用的CRISPR的II型了哈),前面转录出来tracrRNA,就是有一部分能和crRNA反向互补的RNA。在tracrRNA的帮助下,pre-crRNA被切成了小段的crRNA,然后就可以用了。



一旦噬菌体把一些不可名状的东西插入到古菌体内,然后把遗传物质DNA整到里面的时候。CRISPR就要行动了。



靶序列也不是没要求的,首先要有一段原间隔序列,其实就是和crRNA上外源序列同原的部分,然后在3`末端,需要有三个碱基的序列,这个序列叫PAM(不要在意是什么全名了),只要知道这个序列一般是NGG(有时候NAG也行,但是效果没那么好)就可以了,有这个PAM,靶序列才能打开。



crRNA和tracrRNA结合后,整合倒Cas9上,通过crRNA上的导引序列,把有外切酶活性的Cas9导引到了外源DNA上。Cas9通过PAM序列把靶序列轻轻打开,这时候,crRNA才能插入到里面,和靶序列进行灵与肉的交缠,啧啧啧,我都写不下去了……


接着通过Cas9的外切酶活性,把外源DNA给切断……


…华丽丽的分割线…


李莫愁博士:我们再回过来看这个:



是不是觉得CRISPR/Cas9也符合这样的功能呢,于是,就通过这个建立了CRISPR这种工具,由于crRNA外加tracrRNA这种设定太麻烦,于是他们索性吧crRNA和tracrRNA就连了起来,这种RNA被称为sgRNA(single guide RNA)。这相对于Talen和ZFN设计起来就简单多了,那俩都要用不同的蛋白单元组合后才能进行。好了,今天就先策到这里吧……


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