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利用紧凑型巴氏链球菌 Cas9 在体内进行多功能且高效的基因组编辑。

Versatile and efficient in vivo genome editing with compact Streptococcus pasteurianus Cas9.

机构信息

Key Laboratory of Zoonosis Research, Ministry of Education, College of Animal Science, Jilin University, Changchun 130062, China.

The Precise Medicine Center, Shenyang Medical College, Shenyang 110000, China.

出版信息

Mol Ther. 2022 Jan 5;30(1):256-267. doi: 10.1016/j.ymthe.2021.06.013. Epub 2021 Jun 24.

DOI:10.1016/j.ymthe.2021.06.013
PMID:34174445
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8753289/
Abstract

Compact CRISPR-Cas9 systems that can be packaged into an adeno-associated virus (AAV) show promise for gene therapy. However, the requirement of protospacer adjacent motifs (PAMs) restricts the target scope. To expand this repertoire, we revisited and optimized a small Cas9 ortholog derived from Streptococcus pasteurianus (SpaCas9) for efficient genome editing in vivo. We found that SpaCas9 enables potent targeting of 5'-NNGYRA-3' PAMs, which are distinct from those recognized by currently used small Cas9s; the Spa-cytosine base editor (CBE) and Spa-adenine base editor (ABE) systems efficiently generated robust C-to-T and A-to-G conversions both in vitro and in vivo. In addition, by exploiting natural variation in the PAM-interacting domain, we engineered three SpaCas9 variants to further expand the targeting scope of compact Cas9 systems. Moreover, mutant mice with efficient disruption of the Tyr gene were successfully generated by microinjection of SpaCas9 mRNA and the corresponding single guide RNA (sgRNA) into zygotes. Notably, all-in-one AAV delivery of SpaCas9 targeting the Pcsk9 gene in adult mouse liver produced efficient genome-editing events and reduced its serum cholesterol. Thus, with distinct PAMs and a small size, SpaCas9 will broaden the CRISPR-Cas9 toolsets for efficient gene modifications and therapeutic applications.

摘要

可包装到腺相关病毒 (AAV) 中的紧凑型 CRISPR-Cas9 系统在基因治疗方面显示出了前景。然而,原间隔基序 (PAM) 的要求限制了靶标范围。为了扩大这个范围,我们重新研究并优化了源自巴氏链球菌 (SpaCas9) 的一种小 Cas9 同源物,以在体内实现高效的基因组编辑。我们发现 SpaCas9 能够有效地靶向 5'-NNGYRA-3' PAMs,这些 PAMs与目前使用的小 Cas9 识别的 PAMs 不同;Spa 胞嘧啶碱基编辑器 (CBE) 和 Spa 腺嘌呤碱基编辑器 (ABE) 系统在体外和体内都能有效地产生强大的 C 到 T 和 A 到 G 转换。此外,通过利用 PAM 相互作用结构域的自然变异,我们设计了三种 SpaCas9 变体,以进一步扩大紧凑型 Cas9 系统的靶向范围。此外,通过将 SpaCas9 mRNA 和相应的单指导 RNA (sgRNA) 显微注射到受精卵中,成功地产生了 Tyr 基因高效敲除的突变型小鼠。值得注意的是,将靶向 Pcsk9 基因的 SpaCas9 通过一体式 AAV 递送至成年小鼠肝脏中,可产生高效的基因组编辑事件,并降低其血清胆固醇。因此,SpaCas9 具有独特的 PAMs 和较小的尺寸,将拓宽 CRISPR-Cas9 工具集,以实现高效的基因修饰和治疗应用。

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