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光控CRISPR/Cas13系统靶向抑制TET3预防激素性股骨头坏死的研究

批准号:
82102639
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
赵杰
依托单位:
学科分类:
运动系统疾病研究新技术与新方法
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵杰

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
激素性股骨头坏死(SAOFH)是一种致残率极高的常见骨科疾病,缺乏有效预防方法。研究表明TET3在SAOFH发病起始发挥重要作用,但精准调控TET3预防SAOFH的具体方法尚不明确。申请人前期构建了一种光控CRISPR/Cas13系统,能够在RNA水平时空特异性调控生命活动,为预防SAOFH提供了新的思路。本项目拟在前期基础上,首先设计并优化新型光控CRISPR/Cas13 RNA敲低系统“PACK”,利用细胞及分子生物学技术,深入探究其RNA敲低效率、时空精准度、脱靶效应及生物安全性。进一步合成兼具高效基因转染效率和光转化性能的功能化上转换纳米颗粒,用于PACK体系的高效递送及远程激活,从而在体内外特异性敲低TET3表达,抑制激素致骨细胞凋亡并实现SAOFH的精准预防。本项目旨在阐明光控CRISPR/Cas13系统精准预防SAOFH的重要意义,有望为SAOFH的早期干预提供新方法。
英文摘要
Steroid-associated osteonecrosis of the femoral head (SAOFH) is a common orthopedic disease with a high rate of disability, but the effective prevention method is still lacking. It has been demonstrated that TET3 is a crucial pathogenic gene of SAOFH, however, the method of precisely targeting TET3 to prevent SAOFH is warranted. Technically, we engineered a photoactivatable CRISPR/Cas13 system, which enables the spatiotemporal control of biological process at RNA level, providing the possibility of early prevention SAOFH. This study intends to design and optimize a photoactivatable CRISPR/Cas13 RNA knockdown system (PACK) at first. The efficiency, spatiotemporal specificity, off targeting effects, and biocompatibility of the PACK system will be explored with cellular/molecular biology techniques. Furthermore, upconversion nanoparticles with high gene transfection and photoconversion efficiency will be prepared for delivery and remote manipulation of the PACK system. Specific knockdown of TET3 expression upon activation and its effects both in vivo and in vitro will be tested accordingly. This study aims to achieve specific inhibition of glucocorticoid-induced osteocyte apoptosis, which might shed a light on the precise prevention of SAOFH with photoactivatable CRISPR/Cas13 system.
激素性股骨头坏死(SAOFH)是一种致残率高、恢复困难的常见骨科疾病,目前缺乏有效的早期预防方法。研究表明,TET3基因的异常过表达在SAOFH的发病初始环节中起关键作用,但如何精准调控TET3表达以预防SAOFH尚缺乏系统研究。CRISPR/Cas13系统和光遗传技术作为基因编辑和时空特异性调控生命过程的强大工具,为SAOFH的精准干预提供了新的可能性。本项目旨在构建光控CRISPR/Cas13 RNA敲低系统(PACK),通过靶向抑制TET3表达,预防激素性股骨头坏死。项目首先设计并优化了光控CRISPR/Cas13 RNA敲低系统PACK,利用光敏蛋白CIBN和CRY2PHR的蓝光诱导二聚化特性,实现了Cas13d蛋白的时空特异性激活。验证了PACK系统在RNA敲低效率、时间-空间特异性和生物安全性方面的优越性。进一步,项目合成了功能化上转换纳米颗粒(PEI@UCNPs),用于PACK系统的高效递送和远程激活。PEI@UCNPs能够将具有深组织穿透性的近红外光转化为蓝光,从而在体内实现PACK系统的远程激活。在细胞和动物模型中,项目验证了PACK系统靶向抑制TET3表达的作用。结果显示,PACK系统能够显著抑制激素诱导的骨细胞凋亡,预防激素性股骨头坏死的发生。在本项目的支持下,共发表SCI论文6篇和中华系列论文1篇,涵盖了光控基因编辑系统的构建、纳米递送技术的优化以及骨科疾病的精准干预策略。项目成果为激素性股骨头坏死的早期预防提供了新的思路和方法,具有重要的临床应用前景。综上所述,本项目成功构建了光控CRISPR/Cas13 RNA敲低系统PACK,验证了其在预防激素性股骨头坏死中的重要作用。研究成果不仅拓展了光控基因编辑技术在骨科疾病中的应用场景,还为其他疾病的精准干预提供了新的技术平台和方法论支持。
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