Просмотр отдельных изменений

'[[Файл:Crispr.png|thumb|500px|right|Диаграмма, иллюстрирующая возможный механизм CRISPR.]] '''Короткие палиндромные [[Повторяющиеся последовательности ДНК|повторы]], регулярно расположенные группами''' ({{lang-en|CRISPR — Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats}}) — это прямые повторы, обнаруженные в ДНК многих [[бактерии|бактерий]] и [[археи|архей]]. Повторы имеют длину от 24 до 48 пар нуклеотидов. Повторы имеют бивалентную симметрию ({{lang-en|dyad symmetry}}), но, как правило, не являются истинными [[палиндром]]ами. Повторы отделены промежутками примерно одинаковой длины. Последовательности [[нуклеотид]]ов некоторых промежутков соответствуют последовательностям [[геном]]ов [[бактериофаг]]ов. В связи с этим было предположено и затем показано, что последовательности, разделяющие повторы, происходят из последовательностей геномов бактериофагов, и, соответственно, обеспечивают защиту клеток от инфекций.[[Файл:Phage.jpg|мини|справа|[[Электронная микроскопия|Электронная]] [[микрофотография]] множества бактериофагов, прикрепившихся к бактериальной [[Клеточная стенка|клеточной стенке]]]] В результате исследований механизма действия CRISPR было сделано предположение о том, что данная система прокариот является аналогом системы [[РНК-интерференция|РНК-интерференции]], представленной в клетках эукариот и обеспечивает бактериям и археям защиту от бактериофагов.<ref> Kira S. Makarova, Yuri I. Wolf and Eugene V. Koonin (2013) Comparative genomics of defense systems in archaea and bacteria. Nucl. Acids Res. 41(8): 4360-4377. doi: 10.1093/nar/gkt157</ref> == Роль в генетической регуляции эндогенных бактериальных генов == Патогенные и синантропные бактерии содержат большое количество белка Cas9 ({{lang-en|CRISPR-associated 9}}). Было показано, что система CRISPR / Cas может активно участвовать в регуляции эндогенных бактериальных генов, в частности, при взаимодействии бактерий с [[Эукариоты|эукариотическим организмом]] в котором они [[Паразитизм|паразитируют]]. Например, белок Cas9 из ''Francisella novicida'' использует уникальную, CRISPR / Cas-ассоциированную [[Некодирующие РНК|малую РНК]] (scaRNA) для подавления эндогенного [[Транскрипт (биология)|транскрипта]] [[мРНК]], кодирующего бактериальный [[Липопротеины|липопротеин]], что позволяет ей ослабить [[иммунный ответ]] хозяина и повысить ее вирулентность<ref>Sampson TR, Saroj SD, Llewellyn AC, Tzeng YL, Weiss DS.(2013). [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23584588?dopt=Abstract A CRISPR/Cas system mediates bacterial innate immune evasion and virulence]. Nature; 497(7448), 254-257. {{doi|10.1038/nature12048}}.</ref>. == Методы генной инженерии базирующиеся на системе CRISPR / Cas9 == Разработаны способы высокоизбирательного активирования<ref>Pablo Perez-Pinera et al.(2013) RNA-Guided Human Gene Activation by CRISPR/Cas9-Based Engineered Transcription Factors. Nature Methods 10, 973—976 doi:10.1038/nmeth.2600</ref> и ингибирования генов<ref>Lei S. Qi, Matthew H. Larson, Luke A. Gilbert, Jennifer A. Doudna, Jonathan S. Weissman, Adam P. Arkin, Wendell A. Lim.(2013) Repurposing CRISPR as an RNA-Guided Platform for Sequence-Specific Control of Gene Expression. Cell, 152 (5): 1173—1183 DOI:10.1016/j.cell.2013.02.022</ref> и генной инженерии базирующиеся на системе CRISPR / Cas9<ref>Cho, S.W., Kim, S., Kim, J.M., and Kim, J.-S (2013) Targeted genome engineering in human cells with the Cas9 RNA-guided endonuclease. Nat. Biotechnol. doi:10.1038/nbt.2507</ref><ref>Cong, L., Ran, F.A., Cox, D., et al. (2013) Multiplex genome engineering using CRISPR/Cas systems. Science 339, 819—823</ref><ref>Hwang, W.Y., Fu, Y., Reyon, D., et al. and Joung, J.K. (2013) Efficient genome editing in zebrafish using a CRISPR-Cas system. Nat. Biotechnol. ,doi:10.1038/nbt.2501</ref><ref>Jiang, W., Bikard, D., Cox, D., Zhang, F., and Marraffini, L.A. (2013) RNA-guided editing of bacterial genomes using CRISPR-Cas systems. Nat. Biotechnol. ,doi:10.1038/nbt.2508</ref><ref>Jinek, M., East, A., Cheng, A., Lin, S., Ma, E., and Doudna, J. (2013) RNA-programmed genome editing in human cells. eLife 2, e00471. http://dx.doi.org/10.7554/eLife.00471.001</ref><ref>Mali, P., Yang, L., Esvelt, K.M., et al. and Church, G.M. (2013) RNA-guided human genome engineering via Cas9. Science. 339, 823—826.</ref><ref>Wang, H; Yang H, Shivalila CS, Dawlaty MM, Cheng AW, Zhang F, Jaenisch R. (2013) One-Step Generation of Mice Carrying Mutations in Multiple Genes by CRISPR/Cas-Mediated Genome Engineering. Cell 153 (4): 910-8. doi:10.1016/j.cell.2013.04.025.</ref><ref>Houa, Z; Zhangb,Y; Propsona, N; Howdena, S; Chua, L; Sontheimerb, E; and Thomson, J. (2013) Efficient genome engineering in human pluripotent stem cells using Cas9 from Neisseria meningitidis. PNAS. doi:10.1073/pnas.1313587110</ref>. Используемый для редактирования генома в эукариотических клетках этим методом фермент Cas9 ({{lang-en|CRISPR-associated 9}}), известный также как Csn1<ref>Makarova KS, Haft DH, Barrangou R, Brouns SJ, Charpentier E, et al. (2011) Evolution and classification of the CRISPR-Cas systems. Nat Rev Microbiol 9: 467—477. doi: 10.1038/nrmicro2577</ref>, получают либо из ''[[Streptococcus pyogenes]]'', либо из ''[[Streptococcus thermophilus]]'', либо из ''[[Neisseria meningitidis]]''<ref>Hou, Z., Zhang, Y., Propson, N. E.,et al. & Thomson, J. A. (2013). Efficient genome engineering in human pluripotent stem cells using Cas9 from Neisseria meningitidis. PNAS, 110(39), 15644-15649 doi: 10.1073/pnas.1313587110</ref><ref>Ines Fonfara, Anaïs Le Rhun, Krzysztof Chylinski, Kira Makarova, Anne-Laure Lécrivain, Janek Bzdrenga, Eugene V. Koonin, Emmanuelle Charpentier (2013) Phylogeny of Cas9 determines functional exchangeability of dual-RNA and Cas9 among orthologous type II CRISPR-Cas systems. Nucleic Acids Research</ref>. Помимо фермента Cas9 система CRISPR-Cas9 состоит еще из двух направляющих РНК, известных как crRNA и [[:en:Trans-activating crRNA|tracrRNA]].<ref>Karvelis, T., Gasiunas, G., Miksys, A., Barrangou, R., Horvath, P., & Siksnys, V. (2013). crRNA and tracrRNA guide Cas9-mediated DNA interference in Streptococcus thermophilus. RNA biology, 10(5), 20-19</ref> С целью упрощения манипуляций с [[Клонирование (биология)|клонированием]] [[лентивирусы|лентивирусных]] или [[ретровирусы|ретровирусных]] [[Вектор (биология)|векторов]] доставки, эти две РНК объединяют в одну цельную РНК – так называемый «all-in-one CRISPR-Cas9 cloning vector».<ref name="Malina">Malina, A., Mills, J. R., Cencic, R., et al. & Pelletier, J. (2013). Repurposing CRISPR/Cas9 for in situ functional assays. Genes & development, 27(23), 2602-2614. Genes & Dev. . 27:2602-2614 doi:10.1101/gad.227132.113</ref> Это позволяет облегчить конструирование и клонирование серии векторов доставки отличающихся только по пришитой к tracrRNA цепочке "гидРНК", узнающей [[Комплементарность (биология)#Комплементарность нуклеиновых кислот|комплементарную]] ей, последовательность ДНК выбранную в геноме по заказу исследователя<ref>Heintze, J., Luft, C., & Ketteler, R. (2014).[http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3791873/ A CRISPR CASe for high-throughput silencing]. Frontiers in genetics, 4. 193 doi: 10.3389/fgene.2013.00193</ref>. Модификация ДНК-связывающего [[Домен белка|домена]] Cas9 и его слияние c различными регуляторными доменами позволяет получить, избирательно направляемые на нужные участки генома с помощью РНК-гидов, искусственные [[факторы транскрипции]] (crisprTF) и эффекторы<ref>Kearns, N. A., Genga, R. M., Enuameh, M. S.,et al. & Maehr, R. (2014). Cas9 effector-mediated regulation of transcription and differentiation in human pluripotent stem cells. Development, 141(1), 219-223.</ref>, искусственные [[эндонуклеазы рестрикции]]<ref>John P Guilinger, David B Thompson & David R Liu (2014). Fusion of catalytically inactive Cas9 to FokI nuclease improves the specificity of genome modification. Nature Biotechnology, {{doi|10.1038/nbt.2909}}</ref><ref>Shengdar Q Tsai, Nicolas Wyvekens, Cyd Khayter, et al., & J Keith Joung (2014). Dimeric CRISPR RNA-guided FokI nucleases for highly specific genome editing. Nature Biotechnology, {{doi|10.1038/nbt.2908}}</ref>, [[Сайленсер|репрессоры]], а также ферменты, модифицирующие [[Эпигенетика|эпигеном]], такие как ДНК-метилазы и деметилазы. Кроме того найдены аналоги Cas9, которые способны расщеплять вместо ДНК молекулы РНК, что позволит редактировать или избирательно подавлять активность [[микроРНК]]<ref>Hale, C. R., Zhao, P., Olson, S.,et al. & Terns, M. P. (2009). RNA-guided RNA cleavage by a CRISPR RNA-Cas protein complex. Cell, 139(5), 945-956, doi: 10.1016/j.cell.2009.07.040</ref>. Метод сайт-селективного редактирования генома с помощью фермента, узнающего необходимую последовательность цепи ДНК «по наводке» [[Комплементарность (биология)|комплементарного]] ей РНК «гида», обещает революционные перемены в исследованиях и лечении целого ряда заболеваний, от рака и неизлечимых вирусных болезней до наследственных генетических расстройств вроде серповидноклеточной анемии и синдрома Дауна<ref>Yin, H., Xue, W., Chen, S., Bogorad, R. L., Benedetti, E., Grompe, M., ... & Anderson, D. G. (2014). Genome editing with Cas9 in adult mice corrects a disease mutation and phenotype. Nature Biotechnology. {{doi|10.1038/nbt.2884}}</ref>. Он позволил удешевить, упростить и ускорить разработку генномодифицированных микроорганизмов<ref>Jiang, W., Bikard, D., Cox, D., Zhang, F. & Marraffini, L.A.(2013) RNA-guided editing of bacterial genomes using CRISPR-Cas systems. Nat. Biotechnol. 31, 233–239</ref>, растений<ref>Wenzhi Jiang, Huanbin Zhou, Honghao Bi, Michael Fromm, Bing Yang, and Donald P. Weeks (2013)Demonstration of CRISPR/Cas9/sgRNA-mediated targeted gene modification in Arabidopsis, tobacco, sorghum and rice. Nucl. Acids Res. (2013) 41 (20): e188 doi:10.1093/nar/gkt780</ref><ref>Khaoula Belhaj, Angela Chaparro-Garcia, Sophien Kamoun and Vladimir Nekrasov (2013) [http://www.plantmethods.com/content/9/1/39?utm_campaign=25_11_13_plantmethods_Article_Mailing_BMCUp_genetics&utm_content=7390020636&utm_medium=BMCemail&utm_source=Emailvision Plant genome editing made easy: targeted mutagenesis in model and crop plants using the CRISPR/Cas system] Plant Methods , 9:39 doi:10.1186/1746-4811-9-39</ref> и домашнего скота, а также поможет разработке генной терапии наследственных заболеваний у человеческих эмбрионов<ref>Giedrius Gasiunas, Virginijus Siksnys (2013) [http://www.cell.com/trends/microbiology//retrieve/pii/S0966842X13001789?_returnURL=http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0966842X13001789?showall=true#Summary RNA-dependent DNA endonuclease Cas9 of the CRISPR system: Holy Grail of genome editing?] Trends in Microbiology, 21(11), 562—567, doi: 10.1016/j.tim.2013.09.001</ref><ref>Uri Ben-David (2013) [http://www.molcelltherapies.com/content/1/1/3 Flowing through the CRISPR-CAScade: Will genome editing boost cell therapies?] Molecular and Cellular Therapies 2013, 1:3 doi:10.1186/2052-8426-1-3</ref>. == Методы исследования базирующиеся на системе CRISPR / Cas9 == Прикрепив к белку Cas9 дефектному по эндонуклеазной активности [[Зелёный флуоресцентный белок]] EGFP можно получить инструмент для визуализации [[геном]]ных последовательностей в живых клетках млекопитающих и визуального определения длины [[теломеры|теломер]] [[хромосома|хромосомы]], а также отслеживать динамику генных [[локус]]ов в течение [[клеточный цикл|клеточного цикла]].<ref>Baohui Chen, Luke A. Gilbert, Beth A. Cimini, et al. & Lei S. Qi, Bo Huang (December 2013) Dynamic Imaging of Genomic Loci in Living Human Cells by an Optimized CRISPR/Cas System. 155(7), 1479–1491 doi: 10.1016/j.cell.2013.12.001</ref> == Примечания == {{примечания}} == Литература == # Sampson, T. R. and Weiss, D. S. (2014), Exploiting CRISPR/Cas systems for biotechnology. Bioessays, 36: 34–38. {{doi|10.1002/bies.201300135}} # Sander, J. D.; Joung, J. K. (2014). CRISPR-Cas systems for editing, regulating and targeting genomes. Nature Biotechnology. {{doi|10.1038/nbt.2842}}. {{PMID|24584096}}. # Kevin Mayer (2014). [http://genengnews.com/insight-and-intelligence/crispr-fast-easy-and-increasingly-accurate/77900114/ CRISPR—Fast, Easy … and Increasingly Accurate] Genetic Engineering & Biotechnology News. # Terns, R. M.; Terns, M. P. (2014). CRISPR-based technologies: Prokaryotic defense weapons repurposed. Trends in Genetics, 30 (3): 111. {{doi|10.1016/j.tig.2014.01.003}}. {{PMID|24555991}}. # Edze R. Westra, Angus Buckling & Peter C. Fineran (2014). CRISPR–Cas systems: beyond adaptive immunity. Nature Reviews Microbiology. {{doi|10.1038/nrmicro3241}} # {{cite journal | author=Rodolphe Barrangou| title=Cas9 Targeting and the CRISPR Revolution | journal=SCIENCE| year=2014 | pages=707-708 | volume=344 | issue=6185|pmid=| doi=10.1126/science.1252964 }} # {{cite journal | author=ELIZABETH PENNISI | title=[http://diyhpl.us/~nmz787/pdf/The_CRISPR_Craze.pdf The CRISPR Craze]| journal=SCIENCE| year=2013 | pages=834-836 | volume=341 | issue= |pmid=| doi= }} # {{cite journal | author=Jeffry D Sander & J Keith Joung| title=[http://www.nature.com/nbt/journal/vaop/ncurrent/full/nbt.2842.html CRISPR-Cas systems for editing, regulating and targeting genomes.]| journal=Nature Biotechnology| year=2014 | pages= | volume= | issue= |pmid=| doi=10.1038/nbt.2842}} # [http://www.genengnews.com/gen-articles/video-genesis-precision-genome-editing-with-crispr-and-raav/5214/ VIDEO: GENESIS™ Precision Genome Editing with CRISPR and rAAV] # {{cite journal | author=Timothy R. Sampson and David S. Weiss| title=[http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3983513/ CRISPR-Cas systems: new players in gene regulation and bacterial physiology] | journal=Front Cell Infect Microbiol. | year=2014 | pages=37 | volume=4 | pmid=3983513 | doi=10.3389/fcimb.2014.00037}} # {{cite journal | author=Pourcel C, Salvignol G, Vergnaud G | title=CRISPR elements in ''Yersinia pestis'' acquire new repeats by preferential uptake of bacteriophage DNA, and provide additional tools for evolutionary studies | journal=Microbiology | year=2005 | pages=653 | volume=151 | pmid=15758212 | doi=10.1099/mic.0.27437-0}} # {{cite journal | author=Haft DH, Selengut J, Mongodin EF, Nelson KE | title=A guild of 45 CRISPR-associated (Cas) protein families and multiple CRISPR/Cas subtypes exist in prokaryotic genomes | journal=PLoS Comput Biol. | year=2005 | pages=e60 | volume=1 | issue=6 | pmid=16292354 | doi=10.1371/journal.pcbi.0010060}} # {{cite journal | author=Makarova KS, Grishin NV, Shabalina SA, Wolf YI, Koonin EV | title=A putative RNA-interference-based immune system in prokaryotes: computational analysis of the predicted enzymatic machinery, functional analogies with eukaryotic RNAi, and hypothetical mechanisms of action | journal=Biol Direct. | year=2006 | pages=7 | volume=1 | pmid=16545108 | doi=10.1186/1745-6150-1-7}} # {{cite journal | author=Barrangou R, Fremaux C, Deveau H, Richards M, Boyaval P, Moineau S, Romero DA, Horvath P. | title=CRISPR provides acquired resistance against viruses in prokaryotes | journal=Science | year=2007 | pages=1709 | volume=315 | issue=5819 | pmid=17379808 | doi=10.1126/science.1138140}} # {{cite journal | author=Sorek R, Kunin V, Hugenholtz P | title=CRISPR - a widespread system that provides acquired resistance against phages in bacteria and archaea | journal=[[Nat Rev Microbiol]] | year=2007 | pmid=18157154 | doi=10.1038/nrmicro1793 | volume=6 | pages=181}} # {{cite journal | author=Andersson AF, Banfield JF | title=Virus population dynamics and acquired virus resistance in natural microbial communities | journal=Science | year=2008 | pmid=18497291 | doi=10.1126/science.1157358 | volume=320 | pages=1047}} # {{cite journal | author=Brouns SJJ, Jore MM, Lundgren M, Westra ER, Slijkhuis RJH, Snijders APL, Dickman MJ, Makarova KS, Koonin EV, Van der Oost J | title=Small CRISPR RNAs Guide Antiviral Defense in Prokaryotes | journal=Science | year=2008 | pmid=18703739 | doi=10.1126/science.1159689 | volume=321 | pages=960}} == Ссылки == * [http://crispr.u-psud.fr/index.php?page=about CRISPRs web server] — онлайн база по CRISPR // Institut de Génétique et Microbiologie, [[Университет Париж-юг XI|Université Paris-Sud]] [[Категория:Молекулярно-генетические процессы]] [[Категория:Генетическая инженерия]] [[Категория:Методы молекулярной биологии]]'