CRISPR/Cas9基因组编辑的研究进展生物校本课程要点▷『基因编辑技术』▷『CRISPR/Cas的研究进程』▷『CRISPR/Cas的结构、分类及作用机制』▷『CRISPR/Cas在基因治疗中的应用』▷『存在问题和展望』第一部分『基因编辑技术』基因编辑技术1基因编辑技术是通过人为操作引起特定基因的插入、缺失或替换等，对基因组进行精确修饰和定向编辑的一种技术。①▷Cre-LoxP重组酶系统：Cre重组酶是一种具有催化活性的单体蛋白,它与限制酶功能相似，能识别特异的DNA序列，即loxP位点，使loxP位点间的基因序列被删除或重组。基因编辑技术1②▷RNA干扰：大片段双链RNA小分子干扰RNA二聚体酶DicerRNA+沉默诱导复合体RISC配对影响翻译基因编辑技术1▷锌指核酸酶（ZFNs）▷转录激活因子样效应物核酸酶（TALENs）基于特制的DNA-结合特异性的蛋白质系统，通过束缚核酸内切酶的催化区域，调节DNA结合蛋白，引起特定位点的靶向双链DNA断链。③人工内切核酸酶技术ZFNsTALENs将识别特异DNA序列的TALEN与内切核酸酶FokI偶联,可构建成剪切特异DNA序列的内切酶TALENs基因编辑技术1▷规律成簇间隔短回文重复序列（CRISPR/Cas）：通过一小段与靶向DNA碱基互补配对的RNAs及其引导Cas蛋白，引起DNA位点特异性靶向双链DNA断链，产生靶基因修饰。③人工内切核酸酶技术第二部分『研究进程』CRISPR/Cas的研究进程21987年2000年2002年日本Ishino在大肠杆菌碱性磷酸酶基因附近第一次发现CRISPR串联重复序列。Mojica发现这种串联重复序列在原核细胞中广泛存在。科学家正式命名CRISPR和Cas基因。2005年发现CRISPR中的间隔序列来源于外源基因，并推测其可能与细菌和古生菌的获得性免疫相关。CRISPR/Cas的研究进程22007年2008年2009年Barrangou首次实验证实CRISPR系统的获得性免疫作用。Brouns发现间隔序列可以转录形成crRNAs，具有指导Cas蛋白靶向干扰的作用。Marraffini发现CRISPR/Cas系统系统的作用靶点是DNA。Hale发现III型B亚型的CRISPR-Cas系统还可以靶向性切割RNA。2011年Deltcheva发现II型CRISPR-Cas系统中另一个重要组分tracrRNA，它与crRNA结合形成二元复合体，指导Cas9蛋白的定点剪切。Sapranauskas证实II型CRISPR-Cas系统可以异源性地表达在其它物种。CRISPR/Cas的研究进程22012年2013年2014年珍妮弗·杜德娜和艾曼纽·夏邦杰首次体外证实Cas9蛋白可以与靶DNA特定位点结合并行使剪切作用。获2015年生命科学突破奖。CRISPR-Cas系统首次被成功应用于真核细胞的基因编辑。解析Cas9蛋白的晶体结构。2015年全新基因编辑系统CRISPR/Cpf1。CRISPR/Cas的研究进程22016年12月CRISPR/Cas重大进展梳理1.Nature：发现两种新的CRISPR系统：CasX和CasY系统2.Cell：首次发现CRISPR/Cas9基因编辑的“关闭开关”3.Cell：发现两种新的抗CRISPR蛋白：AcrIIA2和AcrIIA4，能阻断来自酿脓链球菌的Cas9酶活性4.NatGenet：利用CRISPR鉴定出潜在的HIV治疗靶标5.Science：利用CRISPRi鉴定出细胞生长所需的499个lncRNA6.NatMethods：开发出自我编辑的CRISPR条形码7.Cell：将CRISPR和单细胞RNA测序结合在一起分析基因功能……第三部分『CRISPR/Cas结构、分类及作用机制』CRISPR/Cas的结构3CRISPR（Clusteredregularlyinterspacedshortpalindromicrepeats），被称为规律成簇间隔短回文重复序列，实际上就是一种基因编辑器，是细菌用以保护自身对抗病毒的一个系统，也是一种对付攻击者的基因武器。CRISPR/Cas的结构3Cas基因主要编码核酸酶和DNA解旋酶等切割修饰核酸的相关的Cas蛋白。前导序列保守的重复序列区长度为21～48bp含有回文序列，可形成发夹结构。间隔区由俘获的外源DNA组成，类似免疫记忆。富含AT长度为300～500bpCRISPR/Cas的分类3间隔区俘获外援DNACRISPR/Cas的分类3CRISPR/Cas9的作用机制3PAM：（protospaceradjacentmotif）间隔相邻基序，该序列由NGG3个碱基组成，位于DNA结合区域上游并且紧邻结合区域处。帮助crRNA识别和获取靶位点片段;在干扰过程中帮助该核糖核蛋白复合物区分自身的DNA和外援入侵的DNA。CRISPR/Cas9的作用机制3PAM：（protospaceradjacentmotif）间隔相邻基序，该序列由NGG3个碱基组成，位于DNA结合区域上游并...
