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CRISPR-Cas 系統(tǒng)最早在大腸埃希菌中發(fā)現(xiàn)。其功能是用來抵御噬菌體的感染,捕獲來源于噬菌體的間隔序列整合到自身基因組中,以獲得外源抵抗力 。CRISPR-Cas 系統(tǒng)能使基因組免于噬菌體、病毒等的破壞與宿主 Cas 蛋白的獲取抗噬菌體能力有關(guān)。
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CRISPR-Cas 系統(tǒng)最早在大腸埃希菌中發(fā)現(xiàn)。其功能是用來抵御噬菌體的感染,捕獲來源于噬菌體的間隔序列整合到自身基因組中,以獲得外源抵抗力 。CRISPR-Cas 系統(tǒng)能使基因組免于噬菌體、病毒等的破壞與宿主 Cas 蛋白的獲取抗噬菌體能力有關(guān)。
CRISPR 是多種古菌及細(xì)菌處理外來 DNA 侵襲的一種天然免疫系統(tǒng),利用 Cas 蛋白酶進(jìn)行切割,達(dá)到自身免疫的效果的工具。CRISPR-Cas 基因座由一系列編碼 Cas 蛋白的基因和一個(gè) CRISPR 重復(fù)間隔序列組成。典型的 CRISPR 重復(fù)間隔序列由一段前導(dǎo)序列、一系列短的高度保守的正向重復(fù)序列和間隔序列依序排列組成。2015 年 Makarova 實(shí)驗(yàn)室根據(jù) RNA 與 Cas9 蛋白的分類提出了新的分類系統(tǒng),把 CRISPR 系統(tǒng)細(xì)分為五種。
目前被最為廣泛應(yīng)用的 CRISPR 系統(tǒng)是CRISPR-Cas9 系統(tǒng),在構(gòu)建基因編輯動(dòng)物中應(yīng)用廣泛,可直接對(duì)胚胎進(jìn)行編輯。通過利用 CRISPR-Cas9 技術(shù)造成的 DSB 細(xì)胞的修復(fù)機(jī)制將不同的功能的結(jié)構(gòu)域融合到 dCas9 核酸酶上,可以實(shí)現(xiàn)基因敲入和敲除、基因的抑制和激活,以及表觀基因編輯等多個(gè)維度的生物學(xué)過程。CRISPR-Cas9 技術(shù)廣泛應(yīng)用于腫瘤研究、疾病模型、抗病育種、基因功能研究等方面。
在 CRISPR-Cas 基因編輯技術(shù)中,CRISPR-Cas9 基因座由反式激活 crRNA(trans-activating crRNA,tracrRNA)基因、Cas 蛋白基因、CRISPR 序列組成。Cas編碼的蛋白包括 Cas1-Cas10 具有核酸內(nèi)切酶活性,Cas9 蛋白包括 HNH 與 RuvC 兩個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域,HNH 結(jié)構(gòu)域負(fù)責(zé)切割與crRNA互補(bǔ)配對(duì)的靶 DNA鏈,而 RuvC活性中心負(fù)責(zé)切割非互補(bǔ)鏈。
根據(jù)設(shè)計(jì)方案,將Cas9 mRNA、特異性sgRNA顯微注射到 C57BL/6J 小鼠的受精卵中,移植入代孕鼠體內(nèi),生產(chǎn)出首建鼠(Founder,F(xiàn)0),構(gòu)成全身敲除小鼠(Konck out,KO)?;?qū)as9 mRNA、sgRNA與目的片段通過顯微注射的方式,構(gòu)成外源基因插入的首建鼠,后續(xù)進(jìn)行測序、基因型鑒定等方式驗(yàn)證構(gòu)建成功,交付客戶。
基因編輯鼠包括:轉(zhuǎn)基因(transgenic)、基因敲入(knock in)、基因敲除(knock out)和基因點(diǎn)突變(point mutation)鼠。繁育的鼠是雜合子(同一位點(diǎn)上的兩個(gè)等位基因不相同的基因型個(gè)體)還是純合子(同一位點(diǎn)上的兩個(gè)等位基因相同的基因型個(gè)體)這就需要我們通過基因型鑒定來確定。常見的基因型鑒定方法包括直接PCR、RT-PCR和測序等。這里主要介紹最常用的直接PCR鑒定法。提取鼠的基因組DNA,通過PCR擴(kuò)增DNA,利用DNA電泳根據(jù)條帶大小和條帶數(shù)量差異區(qū)分基因型。
實(shí)驗(yàn)分組包括:
WT Control:用野生型鼠組織或DNA作為對(duì)照,協(xié)助判斷基因型及PCR體系是否合適。
Blank Control:不含有任何組織/DNA的對(duì)照組,用來質(zhì)控PCR體系是否發(fā)生污染。
Internal Positive Control:內(nèi)部對(duì)照,引物通常擴(kuò)增與目的基因無關(guān)的基因組DNA區(qū)域,用來判斷 PCR 體系和模板質(zhì)量是否合適。
Sample:目標(biāo)小鼠組織或DNA,鑒定基因編輯是否成功。
①鼠尾DNA提?。菏褂玫鞍酌窴對(duì)組織進(jìn)行消化,快速釋放基因組DNA。
②PCR擴(kuò)增:配制特異性引物體系,加入DNA聚合酶,通過PCR反應(yīng)擴(kuò)增出目的DNA片段。
③瓊脂糖凝膠電泳:PCR反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳,根據(jù)條帶大小和位置判斷野生型、雜合子和純合子,點(diǎn)突變鼠只能通過測序的方法進(jìn)行鑒定。
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