lncRNA转录抑制怎么做?看看「CRISPRi 」这个基因下调的新技术-国内聚焦-资讯-生物在线

lncRNA转录抑制怎么做?看看「CRISPRi 」这个基因下调的新技术

作者:上海吉凯基因医学科技股份有限公司 2021-11-15T10:05 (访问量:4473)

基因功能缺失与获得是研究其功能的主流操作方法,前者主要通过干扰(RNAi)或敲除(CRISPR/cas系统)的方式实现。两大下调技术已经很成熟,并且运用广泛,但是针对诸多lncRNA的表达抑制,当前技术尚有欠缺。

长链非编码RNA(lncRNA)是当前研究热门的分子之一,反义寡核苷酸ASO可以实现lncRNA在细胞水平的敲低,但化学合成的ASO,并不能实现长期稳定的下调,而通过质粒或者病毒递送的RNAi只能实现部分lncRNA的敲低(主要因为其二级结构复杂,不编码,部分定位细胞核的特征)。

CRISPR/Cas9 系统为分子生物学的所有领域提供了革命性的基因组编辑工具。在长链非编码 RNA (lncRNA) 研究中,Cas9 核酸酶可以删除 lncRNA 基因或将 RNA 不稳定元件引入其基因座, 许多 lncRNA 源自双向启动子或与启动子或有义或反义基因体重叠。但在全基因组分析中,Goyal等人发现 15929 个 lncRNA 基因座中只有 38% 可以安全地进行 CRISPR 应用,而几乎三分之二的 lncRNA 在基因座有邻近或重叠基因,这就限制了其在细胞水平的稳定敲除< 学会lncRNA沉默的方法,从此lncRNA研究不发愁! >。


新型的基因表达抑制技术CRISPRi ,通过对Cas9蛋白的RuvC1和 HNH两个核酸酶活性区域突变,只保留由gRNA引导进入基因组的能力(称为dCas9-dead Cas9),并与 ZNF10 的 KRAB(Krüppel-associated box)结构域融合,dCas9 当被募集到基因启动子附近时会干扰转录起始或延伸,从而导致转录减少,形成了新型的基因下调技术。



Cho等人在cell上通过CRISPRi干预PVT1启动子的转录,并通过siRNA、ASO下调PVT1,证明了PVT1启动子影响MYC表达和细胞生长的,而非PVT1这个lncRNA 的功能,这就为研究启动子的功能提供一个有力的工具。LncRNA功能之一为其自身无功能,但其转录时,会影响其他基因的转录,称为顺式调节,CRISPRi不但可以实现启动子的转录抑制,同时也下调了lncRNA,可谓一石二鸟。



Liu等人使用CRISPRi文库来筛选人类胶质母细胞瘤 (GBM) 细胞中的 5689 个 lncRNA 基因座,得到33个使细胞对辐射敏感的lncRNA:


最终确定了lncGRS-1为神经胶质瘤特异性治疗靶点,并建立了一种通用方法来快速确定大量非编码基因组中的新治疗靶点,以增强放射治疗



已知 Pcsk9 蛋白的丢失会降低 LDL 胆固醇的血清水平。Matthew等人运用CRISPRi技术,将dCas9-KRAB系统插入小鼠ROSA26基因座,以及设计Pcsk9的靶向 gRNA在肝脏中抑制Pcsk9,成功抑制了编码基因Pcsk9的表达,并建立了低胆固醇水平的小鼠



Pcsk9-小鼠模型的建立,说明CRISPRi在动物实验的有效性,无论是编码基因还是lncRNA,CRISPRi均能实现表达抑制。


通过谷歌学术查询,CRISPRi的文献多集中于近两三年。传统的RNAi虽然使用、设计较为方便,但一般要求基因表达水平较高且定位胞浆;CRISPR/Cas9不要求基因高表达,但针对编码基因的KO形成杂乱的移码突变,很多科研者往往要构建单克隆细胞系,无疑加大了建系难度;

CRISPRi,由于在基因转录时抑制其表达,所以既不要求基因是高表达的,也不会形成杂乱的移码突变,在技术上尤其先进性,但也有技术缺陷,其一是要求抑制的基因在基因座不含有邻近基因,不然无法实现特异性;其二是CRISPR有潜在的脱靶性,当然,该缺陷前两种技术也有,所以在实验设计时,需设计双靶点同时实验,或者设计回复实验。

CRISPRi最大的应用价值还是在lncRNA上,lncRNA较难敲低及敲除,在转录之初就抑制其表达,无需关心lncRNA的表达水平、二级结构、细胞定位等情况,只需在其基因座上无邻近基因,即可进行设计并抑制且可以运用CRISPRi文库针对细胞所有的lncRNA进行高通量筛选,寻找靶标,助力功能性lncRNA的发现!

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