基因编辑
CRISPR-Cas 系统最早在大肠埃希菌中发现。其功能是用来抵御噬菌体的感染,捕获来源于噬菌体的间隔序列整合到自身基因组中,以获得外源抵抗力 。CRISPR-Cas 系统能使基因组免于噬菌体、病毒等的破坏与宿主 Cas 蛋白的获取抗噬菌体能力有关。
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CRISPR-Cas 系统最早在大肠埃希菌中发现。其功能是用来抵御噬菌体的感染,捕获来源于噬菌体的间隔序列整合到自身基因组中,以获得外源抵抗力 。CRISPR-Cas 系统能使基因组免于噬菌体、病毒等的破坏与宿主 Cas 蛋白的获取抗噬菌体能力有关。
CRISPR 是多种古菌及细菌处理外来 DNA 侵袭的一种天然免疫系统,利用 Cas 蛋白酶进行切割,达到自身免疫的效果的工具。CRISPR-Cas 基因座由一系列编码 Cas 蛋白的基因和一个 CRISPR 重复间隔序列组成。典型的 CRISPR 重复间隔序列由一段前导序列、一系列短的高度保守的正向重复序列和间隔序列依序排列组成。2015 年 Makarova 实验室根据 RNA 与 Cas9 蛋白的分类提出了新的分类系统,把 CRISPR 系统细分为五种。
目前被最为广泛应用的 CRISPR 系统是CRISPR-Cas9 系统,在构建基因编辑动物中应用广泛,可直接对胚胎进行编辑。通过利用 CRISPR-Cas9 技术造成的 DSB 细胞的修复机制将不同的功能的结构域融合到 dCas9 核酸酶上,可以实现基因敲入和敲除、基因的抑制和激活,以及表观基因编辑等多个维度的生物学过程。CRISPR-Cas9 技术广泛应用于肿瘤研究、疾病模型、抗病育种、基因功能研究等方面。
在 CRISPR-Cas 基因编辑技术中,CRISPR-Cas9 基因座由反式激活 crRNA(trans-activating crRNA,tracrRNA)基因、Cas 蛋白基因、CRISPR 序列组成。Cas编码的蛋白包括 Cas1-Cas10 具有核酸内切酶活性,Cas9 蛋白包括 HNH 与 RuvC 两个不同的结构域,HNH 结构域负责切割与crRNA互补配对的靶 DNA链,而 RuvC活性中心负责切割非互补链。


根据设计方案,将Cas9 mRNA、特异性sgRNA显微注射到 C57BL/6J 小鼠的受精卵中,移植入代孕鼠体内,生产出首建鼠(Founder,F0),构成全身敲除小鼠(Konck out,KO)。或将Cas9 mRNA、sgRNA与目的片段通过显微注射的方式,构成外源基因插入的首建鼠,后续进行测序、基因型鉴定等方式验证构建成功,交付客户。
基因编辑鼠包括:转基因(transgenic)、基因敲入(knock in)、基因敲除(knock out)和基因点突变(point mutation)鼠。繁育的鼠是杂合子(同一位点上的两个等位基因不相同的基因型个体)还是纯合子(同一位点上的两个等位基因相同的基因型个体)这就需要我们通过基因型鉴定来确定。常见的基因型鉴定方法包括直接PCR、RT-PCR和测序等。这里主要介绍最常用的直接PCR鉴定法。提取鼠的基因组DNA,通过PCR扩增DNA,利用DNA电泳根据条带大小和条带数量差异区分基因型。
实验分组包括:
WT Control:用野生型鼠组织或DNA作为对照,协助判断基因型及PCR体系是否合适。
Blank Control:不含有任何组织/DNA的对照组,用来质控PCR体系是否发生污染。
Internal Positive Control:内部对照,引物通常扩增与目的基因无关的基因组DNA区域,用来判断 PCR 体系和模板质量是否合适。
Sample:目标小鼠组织或DNA,鉴定基因编辑是否成功。
①鼠尾DNA提取:使用蛋白酶K对组织进行消化,快速释放基因组DNA。
②PCR扩增:配制特异性引物体系,加入DNA聚合酶,通过PCR反应扩增出目的DNA片段。
③琼脂糖凝胶电泳:PCR反应产物进行琼脂糖凝胶电泳,根据条带大小和位置判断野生型、杂合子和纯合子,点突变鼠只能通过测序的方法进行鉴定。
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