CRISPR-CAS9大事记 - 听听大牛们的头脑风暴,学学生信

CRISPR-CAS9技术的火热和应用前景无需多提,为了了解这个领域,我们梳理了下CRISPR的发展历程,做个学习和记录。有疏漏和不足之处,还请指正。

1987: 大肠杆菌中报道CRISPR重复序列 (当时还不叫CRISPR)。这是长29 bp,间隔32 bp5个高度同源的序列组成。当时其它原核生物中未找到同源序列,重要性未知。(日本1)

2002: CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats)术语用于描述细菌和古细菌中长度在21 ~ 37 bp,中间间隔相等大小非重复序列的重复序列簇。4个CRISPR相关的基因 (cas基因)因位于CRISPR位点临近而鉴定出来并因此命名,表明这两者之间存在功能关系。类似我们在用STRING寻找蛋白-蛋白互作网络中提到基于基因组位置的相关性。发现的cas4基因有RecB核酸外切功能域。 (荷兰 2)

2005: CRISPR间隔序列发现与外源DNA匹配。CRISP在更多原核基因组发现,cas家族蛋白鉴定出7个。间隔序列发现与其它基因尤其是来自于噬菌体和其它染色体外元件的序列同源。S. thermophilus (嗜热链球菌)对噬菌体的敏感性与CRISPR位点出间隔序列的多少有关。作者认为间隔序列是对染色体外元件侵染的记录,通过编码反义RNA提供对噬菌体或外源DNA侵染的细胞免疫。(法国3)

2006: CRISPR首次提出可以作为细菌的适应性免疫系统。Koonin EV等把cas基因根据蛋白序列归类为25个不同的家族。比较基因组学分析把CRISP-Cas系统 (CAAS)对抗入侵的噬菌体和质粒类比与真核生物中的RNA干扰。虽然序列相差较大,但两个系统的同工酶有很好的对应关系。但作者认为这一系统在进化上是不稳定的,因为及其相近的原核生物直接序列都相差较大。(美国4)

2007: 比2005年的研究再进一步,证实了其推论。发现病毒侵染后细菌整合来自于噬菌体基因组的序列作为新的间隔序列。移除或增加特殊的间隔序列改变了细菌的噬菌体抗性。(美国5)

2009: CRISPR RNA-cas切割入侵RNA首次报导。该实验室还发现新进加入的间隔序列在细菌中转录丰度最高。(美国6)

2010: 与2007年的结论无异。(加拿大7)

2011: repeat/spacer来源的crRNA的前体重复序列互补的24-nt反式tracrRNA促进crRNA的成熟和发挥作用,对抗入侵者。 (瑞典8)

2012: 发现Cas9可以在crRNA与靶DNA互补配对结合的条件下作为内切酶诱导DNA双链断裂,提出RNA控制的基因组编辑。HNH功能域切割互补链,RuvC-样功能域切割非互补链。(美国9)

2013: 短RNA介导CRISPR/Cas9用于编辑人和小鼠细胞的基因。(美国10,华人张锋)。同年,CRISPR/Cas9应用于植物基因编辑。(美国11,英国12)

2014: Cas9与guide RNA和target DNA复合体的晶体结构。5’-NGG-3’ protospacer adjacent motif (PAM) 依赖的靶DNA的解链和RNA-DNA复合体的形成。(日本13,瑞士14)。

2015: 在人三原核合子(移植前胚胎)中,应用CRISPR/Cas9有效编辑内源性beta-globin基因,并且发现脱靶现象。(中国15)

2016: CRISPR/Cas9编辑的作物不被认为是转基因作物,一是缺少外源DNA,二是不好区分。(Nature news16)

2016: NIH批准第一个CRISPR基因编辑临床试验,编辑T细胞治疗癌症。(Nature news17)

2017: 哺乳动物中CRISPR/Cas13编辑RNA (美国18)和不需要DNA切割的高敏感低脱靶腺嘌呤碱基编辑器 (adenine base editors, ABEs) (美国19)。这两个都是华人的工作,第二篇的作者David Liu入选2017年Nature十大人物。

2018: 人血清中发现Cas9蛋白抗体。最常用Cas9同源蛋白来自于金黄色葡萄球菌和化脓链球菌。这两种菌在人群中有较高的感染频率,79%的捐赠人和65%的捐赠人有金黄色葡萄球菌和化脓链球菌的抗体。 (美国20)

https://timelines.issarice.com/wiki/Timeline_of_CRISPR

这只是比较粗浅的总结,还有很多重要的研究没有囊入。比如CRISPR/Cas9介导的基因激活、染色体修饰的改变等。

更多关于CRISPR/CAS9的总结和发展趋势还需要那些活跃在一线,真真正正做技术的牛人们来解答。但牛人太忙,偶尔见一面,也只是找我们寻求服务。现在有了一个他们向大家作报告的机会。

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References

参考文献与上文顺序一致

  1. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC213968/
  2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11952905
  3. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16079334
  4. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16545108
  5. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17379808
  6. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19945378
  7. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21048762
  8. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21455174
  9. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22745249
  10. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23287718
  11. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23929339
  12. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23929340
  13. <www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24529477>
  14. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25079318
  15. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25894090
  16. http://www.nature.com/news/gene-edited-crispr-mushroom-escapes-us-regulation-1.19754
  17. http://www.nature.com/news/first-crispr-clinical-trial-gets-green-light-from-us-panel-1.20137
  18. http://science.sciencemag.org/content/358/6366/1019
  19. https://www.nature.com/articles/nature24644
  20. https://www.biorxiv.org/content/early/2018/01/05/243345
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积微,月不胜日,时不胜月,岁不胜时。凡人好敖慢小事,大事至,然后兴之务之。如是,则常不胜夫敦比于小事者矣!何也?小事之至也数,其悬日也博,其为积也大。大事之至也希,其悬日也浅,其为积也小。故善日者王,善时者霸,补漏者危,大荒者亡!故,王者敬日,霸者敬时,仅存之国危而后戚之。亡国至亡而后知亡,至死而后知死,亡国之祸败,不可胜悔也。霸者之善著也,可以时托也。王者之功名,不可胜日志也。财物货宝以大为重,政教功名者反是,能积微者速成。诗曰:德如毛,民鲜能克举之。此之谓也。

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