TOLO智库 | RNA介导的CRISPR内肽酶系统(CASP)能用于核酸检测吗?

学术   2024-11-08 16:07   江苏  
本期学习一篇来自张锋教授实验室的工作,2022年底发表在Science上,鉴定了一种新型CRISPR系统,是受RNA激活的内肽酶系统。和之前熟悉的CRISPR介导的微生物免疫机制不同,这里Cas蛋白不再是一个感受入侵核酸的核酸内切酶,而是被激活的内肽酶Csx29,降解Csx30,释放CASP-sigma因子,进而启动调控转录以帮助宿主更好地应对外来胁迫。
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研究内容


全文比较长,数据比较多,我们这里挑几张关键的图解读一下。上图展示了Csx29,Csx30,CASP-sigma以及Type III的Cas7-11在基因组上的排列顺序,作者这里主要研究DiCASP系统。其中,Cas7-11和Csx29形成复合物,感受target RNA,并且特异切割Csx30蛋白。

我们跳过结构部分接着看Csx30的功能。该蛋白与CASP-σ形成复合物,并且抑制该σ的转录功能;而当Csx30被切断后,σ因子得以释放,从而能够启动下游基因的转录,提升宿主的免疫能力,以应对外来的胁迫(详见下面的示意图)。

这里跳过大量体内体外的实验部分,直接进入我们今天的主题。还是比较关心CASP能否用于靶标核酸检测,因为该系统也是特异识别靶标RNA,然后激活Csx29内肽酶,裂解靶标蛋白Csx30。也就是说,这里也存在着特异靶标序列依赖型的protease输出,因此,理论上也是可以用于诊断的。果不其然,作者这里也早就想到这一点了。


这里的CASP核酸检测系统采用了FAM标记的Csx30蛋白(即reporter),通过RNA介导的Csx29激活,导致Csx30的断裂,荧光信号的输出。在免扩增的情况下,该系统的检测灵敏度可达250fM,已经是很好了。同时,作者也开发了体内的报告系统,用于监测体内靶标RNA的转录情况。

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点评

这篇工作鉴定了一套全新的CRISPR系统,是可编程RNA介导的CRISPR内肽酶系统(CASP),虽然形式上与传统的CRISPR系统不同,但CASP也是与宿主的免疫息息相关的。CASP在免疫和治疗上的潜力不展开探讨,这里重点分析一下其在诊断方面的应用前景。

1. 既然跟CRISPR技术相关的诊断系统,CASP理论上也归属于CRISPR诊断大类。

2. 虽然在免扩增的条件下,CASP的灵敏度还不错,然而,这里的reporter是个蛋白质,生产和标记,在成本上和便捷性上都不占优势,能否转成短肽直接合成?感兴趣的同学可以考虑一下,如果证明多肽也可以被激活的CASP切割的话,那么又可以将CASP诊断的应用向前推进一步。‍‍‍‍‍‍

3. 而且这里的CRISPR系统是Type III类,由多个蛋白组成Cas7-11,并且与Csx29形成一个有功能的复合物。这个复合物能否进一步简化?或者想办法换成一个大的融合蛋白?

实际应用的话,还得算性价比,比较便捷性,如果上面这几点突破不了的话,CASP很难真正投入实际应用的。


参考文献:

[1] Strecker J, Demircioglu FE, Li D, Faure G, Wilkinson ME, Gootenberg JS, Abudayyeh OO, Nishimasu H, Macrae RK, Zhang F. RNA-activated protein cleavage with a CRISPR-associated endopeptidase. Science. 2022 Nov 25;378(6622):874-881. doi: 10.1126/science.add7450. Epub 2022 Nov 3. PMID: 36423276; PMCID: PMC10028731.


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吐露港生物科技致力于提供基于CRISPR诊断技术的生命科学整体解决方案!公司首次鉴定Cas12蛋白具备高效的ssDNA反式切割活性,并自主研发了名为HOLMES的CRISPR诊断系统。公司目前正联合行业伙伴积极推动CRISPR诊断的产业化!
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