Engineering the RNA-guided Cascade complex for genome editing

设计用于基因组编辑的 RNA 引导级联复合体

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2015-04745
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.48万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2016-01-01 至 2017-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

For humans, it took thousands of generations to develop modern domesticated plants and animals. Since the time of Thomas Morgan, scientists have been seeking methods to directly manipulate genomes of different organisms and fix faulty human genes. Precise modifications of complex genomes have been one of the major goals for scientists working in basic and applied science. Molecular tools that are currently used for genome engineering include zinc finger nucleases (ZFNs) and transcription activator-like effector nucleases (TALENs). A major disadvantage of these protein-guided genome engineering systems is that the correction of each new target sequence requires laborious efforts to design a new nuclease that specifically recognizes this target sequence. Therefore, new technologies that are affordable, easy to use and efficient are still needed for the genetic engineering.        Recently, the microbial CRISPR/Cas system has rapidly emerged as an RNA-guided genome editing tool for robust and multiplexable genome engineering. In the CRISPR mechanism, short CRISPR RNAs (crRNAs) guide the CRISPR-associated protein complexes (Cascade) or nucleases (Cas9) to complementary DNA or RNA sequences promoting specific target binding and cleavage. Successful applications of several Cas9 nucleases for genome editing and regulation have already been demonstrated in bacteria, yeast, plants, and human cells. However, the application of the Cascade complex for genome editing remains to be explored. The long-term objective of this research is to understand the molecular mechanisms of activity of Cascade and to design novel RNA-guided systems for efficient genome editing. Using the purified Cascade proteins and their complexes, we will characterize their interaction with synthetic crRNAs and target DNAs. For sequence-specific DNA cleavage and genome editing, we will introduce a nuclease domain into the engineered Cascade complex. These studies will help to optimize the protein and RNA components of engineered Cascade complexes to facilitate their delivery and assembly in targeted cells. The specificity of target recognition and cleavage by engineered Cascade complexes will be characterized in vivo using Escherichia coli and yeast cells as model systems. Our work will promote the development of novel RNA-guided molecular tools for applications in genome editing, gene therapy and biotechnology.
对于人类来说,花了数千代人才发展出现代驯化的动植物。自托马斯·摩根时代以来,科学家们一直在寻找直接操纵不同生物体基因组和修复有缺陷的人类基因的方法。对复杂基因组的精确修饰一直是从事基础和应用科学工作的科学家的主要目标之一。目前用于基因组工程的分子工具包括锌指核酸酶(ZFN)和转录激活物样效应核酸酶(TALENS)。这些蛋白质引导的基因组工程系统的一个主要缺点是,纠正每个新的靶序列需要费力地设计出专门识别该靶序列的新的核酸酶。因此,基因工程仍然需要经济实惠、使用方便、效率高的新技术。 最近,微生物CRISPR/CAS系统迅速崛起,成为一种以RNA为导向的基因组编辑工具,用于强大和可多路复用的基因组工程。在CRISPR机制中,短CRISPR RNAs(CrRNAs)引导CRISPR相关蛋白复合体(Cascade)或核酸酶(Cas9)与互补的DNA或RNA序列结合,促进特定的靶标结合和切割。几种Cas9核酸酶在基因组编辑和调控中的成功应用已经在细菌、酵母、植物和人类细胞中得到证明。然而,级联复合体在基因组编辑中的应用仍有待探索。这项研究的长期目标是了解Cascade活性的分子机制,并设计新的RNA引导系统来进行高效的基因组编辑。使用纯化的级联蛋白及其复合体,我们将表征它们与合成的crRNAs和靶DNA的相互作用。对于序列特定的DNA切割和基因组编辑,我们将在工程级联复合体中引入一个核酸酶结构域。这些研究将有助于优化工程级联复合体的蛋白质和RNA成分,以促进它们在靶细胞中的传递和组装。我们将以大肠杆菌和酵母细胞为模型系统,在活体内表征工程级联复合体识别和切割靶标的特异性。我们的工作将促进新型RNA引导的分子工具的开发,应用于基因组编辑、基因治疗和生物技术。

项目成果

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  • 通讯作者:
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