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靶向RNA效果比肩諾獎研究!

2017-11-23 來(lái)源:轉化醫學(xué)網(wǎng)  標簽: 掌上醫生 喝茶減肥 一天瘦一斤 安全減肥 cps聯(lián)盟 美容護膚
摘要:它能結合RNA,但不會(huì )進(jìn)行切割。研究人員們相信,在這些失活的Cas13a上添加熒光標記,就能追蹤RNA在細胞內的移動(dòng),這也有著(zhù)重要的應用價(jià)值。

   2017年10月5日,知名華人學(xué)者張鋒教授與他的團隊在《自然》雜志上在線(xiàn)刊登了一篇論文,介紹了CRISPR系統的新應用——靶向哺乳動(dòng)物細胞的RNA。這一應用能特異性抑制哺乳動(dòng)物細胞中的基因轉錄產(chǎn)物,效果與2006年的諾貝爾獎研究“RNA干擾”并無(wú)明顯區別。這一突破性的工具對基礎科研有著(zhù)重要意義。

 
  說(shuō)到CRISPR,許多人腦中的第一反應是CRISPR-Cas9基因編輯系統。的確,CRISPR技術(shù)改寫(xiě)了基因編輯的格局,但編輯DNA并不是它的全部作用。去年8月,張鋒教授的課題組曾在《科學(xué)》上發(fā)文,指出一種叫做Cas13a(當時(shí)被稱(chēng)為C2c2)的蛋白與CRISPR進(jìn)行組合,有望靶向RNA。今年4月,張鋒教授團隊的另一篇《科學(xué)》文章則表明,利用切割RNA的特性,CRISPR-Cas13a系統可以被改造成核酸檢測工具,靈敏度可高達單分子!
 
  ▲“報告基因”系統的原理示意圖(圖片來(lái)源:《自然》)
 
  研究人員們并沒(méi)有就此停下腳步。Cas13a對RNA的切割能力有望讓它成為基因研究中的重要工具,而我們需要確認的,是它在哺乳動(dòng)物細胞內有沒(méi)有應用的潛力。為了檢驗這個(gè)想法,研究人員們開(kāi)發(fā)了一種“報告基因”系統。它帶有編碼兩種熒光蛋白的基因,其中一條基因的RNA能被Cas13a識別和破壞,另一條則不受影響。如果Cas13a當真能在哺乳動(dòng)物細胞內切割RNA,那么我們應該能預計,前一種熒光蛋白的含量會(huì )變低,而后一種熒光蛋白的含量不會(huì )出現明顯變化。這正是研究人員所觀(guān)察到的結果。
 
  ▲在Cas13a的作用下,被靶向的熒光蛋白水平(藍色)顯著(zhù)下降,未被靶向的熒光蛋白水平(紅色)則沒(méi)有明顯變化(圖片來(lái)源:《自然》)
 
  隨后,研究人員們又探索了CRISPR-Cas13a系統對哺乳動(dòng)物細胞內源基因的切割活性。他們選擇了3條與癌癥有關(guān)的基因KRAS、CXCR4、以及PPIB,并針對它們設計了CRISPR-Cas13a編輯系統。與外源的熒光蛋白一致,這3條內源基因的表達顯著(zhù)下降。換句話(huà)說(shuō),這個(gè)編輯系統對哺乳動(dòng)物細胞的內源基因也同樣有效。
 
  更令人興奮的是,研究人員還比較了RNA干擾在這三條基因上的抑制能力。RNA干擾技術(shù)曾于2006年斬獲諾貝爾生理學(xué)或醫學(xué)獎,在基礎生物學(xué)或醫學(xué)研究中有著(zhù)極為廣泛的應用。而本項研究表明,RNA干擾與CRISPR-Cas13a對這三條基因表達的抑制能力非常接近。換句話(huà)說(shuō),后者的抑制效果達到了諾貝爾獎研究的水平。
 
  ▲CRISPR-Cas13a系統(淺藍)與RNA干擾(深藍)的效果非常接近(圖片來(lái)源:《自然》)
 
  “RNA干擾與Cas13a系統的效果很相似。在有些時(shí)候,Cas13a的效果還要更好一些,”羅切斯特大學(xué)(UniversityofRochester)的MitchellO’Connell教授對此贊譽(yù)有加:“在CRISPR技術(shù)誕生前,RNA干擾一直是調控基因表達的‘圣杯’。但使用Cas13a的一個(gè)好處在于,它的特異性更好。另外,它也不是哺乳動(dòng)物細胞內自然形成的系統,對轉錄后調控網(wǎng)絡(luò )的干擾風(fēng)險也更低。”
 
  在驗證了有效性之后,研究人員們同樣驗證了這套系統的安全性。先前,這支團隊發(fā)現Cas13a在細菌體內被激活后,會(huì )化身為非特異性的RNA酶,瘋狂地切開(kāi)遇到的所有RNA。這無(wú)疑是非常危險的。如果它在哺乳動(dòng)物細胞內也陷入瘋狂,就會(huì )破壞行使正常功能的RNA。嚴重時(shí),這甚至可能導致細胞死亡。這樣一來(lái),它的應用也就無(wú)從談起了。
 
  ▲在安全性上,CRISPR-Cas13a系統甚至要優(yōu)于RNA干擾(圖片來(lái)源:《自然》)
 
  幸運的是,研究人員們的擔憂(yōu)并沒(méi)有成為事實(shí)。Cas13a蛋白來(lái)源于一種叫做Leptotrichiawadei的微生物?;蛟S是哺乳動(dòng)物與它的演化關(guān)系過(guò)于遙遠,這些Cas13a蛋白在哺乳動(dòng)物細胞內非常安分守己,只切開(kāi)特異的RNA,不影響其他RNA。
 
  “這是本項工作的最大驚喜,”該論文的共同第一作者OmarAbudayyeh說(shuō)道:“我們沒(méi)有在哺乳動(dòng)物細胞或是植物細胞中檢測到任何Cas13a的額外活性。”
 
  在靶向哺乳動(dòng)物細胞內的RNA外,研究人員們還進(jìn)一步拓展了這一技術(shù)。首先,他們表明在水稻原生質(zhì)體(移除細胞壁的水稻細胞)中,CRISPR-Cas13a系統同樣能靶向RNA。這表明這款工具在植物中同樣有效;其次,他們還開(kāi)發(fā)了一種失去酶活的Cas13a蛋白。它能結合RNA,但不會(huì )進(jìn)行切割。研究人員們相信,在這些失活的Cas13a上添加熒光標記,就能追蹤RNA在細胞內的移動(dòng),這也有著(zhù)重要的應用價(jià)值。
 
  自CRISPR技術(shù)誕生以來(lái),張鋒教授的實(shí)驗室已經(jīng)帶給我們一個(gè)又一個(gè)驚喜。我們祝愿這名華人學(xué)者能走得更遠,為科學(xué)帶來(lái)更多CRISPR的應用。
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