基因表达与调控

CRISPR 在基因表达与调控中的应用

CRISPR 在基因表达与调控中的应用

从转录控制到表观遗传与转录后调控
CRISPR 赋能的基因表达与调控研究

基因表达程序转录调控的关键特征。(Bradner et al., 2017)
(A)主转录因子形成相互连接的自我调控环路;(B)增强子招募共激活因子与 RNAPII 并产生 eRNA;(C)由 CTCF 与 Cohesin 界定的绝缘邻域;(D)超级增强子集中转录输出;(E)信号通路(LIF/TGF-beta/Wnt)汇集于主转录因子;(F)关键调控因子的泛素-蛋白酶体降解;(G)组蛋白修饰的 writer、eraser 与 reader;(H)DNA 甲基化调控增强子活性与绝缘邻域。该图阐释了癌细胞所利用的转录依赖性。

解码控制基因表达的调控网络

基因表达受到转录因子、表观遗传修饰、顺式调控元件与非编码 RNA 的复杂协同调控,这些层次共同决定了基因在何时、何处、以何种强度被激活。

这些调控层次的失调与肿瘤、发育障碍、免疫疾病和代谢性疾病密切相关。因此,理解基因调控的功能逻辑已成为现代生物学与医学的核心议题。

CRISPR 技术——尤其是基于核酸酶失活型 Cas9(dCas9)的 CRISPR 激活(CRISPRa)与 CRISPR 干扰(CRISPRi)——能够对内源基因表达进行精准、可逆的调控,彻底改变了研究者探索基因调控网络的方式。

CRISPR 技术正在从以下方面变革基因表达研究:

CRISPR 技术变革基因表达研究的四大能力
· 转录调控:通过 CRISPRa/CRISPRi 精准激活或抑制内源基因表达。
· 表观基因组编辑:在特定位点靶向操控 DNA 甲基化与组蛋白修饰系统。
· 增强子与调控元件筛选:在全基因组范围内对顺式调控区域进行功能性拆解。
· 非编码 RNA 研究:探究 lncRNA、miRNA 及转录后调控机制。

艾迪基因为基因表达与调控研究提供整合式 CRISPR 解决方案,覆盖从调控元件筛选、表观基因组工程到功能验证的完整项目链条。

应用一:转录调控与转录因子功能
系统性鉴定基因表达的调控因子

转录因子及其协同调控因子通过结合特定 DNA 序列控制基因活性,主导细胞身份、发育过程与疾病发生。CRISPR 筛选与 CRISPRa/i 策略可对这些调控因子进行系统性鉴定与功能解析。

面向转录调控因子的全基因组 CRISPR 筛选
· 鉴定控制特定基因表达程序的转录因子
· 发现协同激活因子与协同抑制因子
· 基因调控网络的功能图谱绘制
CRISPRa/CRISPRi 功能研究
· 内源位点上可调控强度的基因激活与抑制
· 转录因子剂量效应的拆解
· 转录层级调控关系研究
基于报告系统的转录检测
· 内源基因报告系统构建
· 启动子活性与应答元件分析
· 高通量转录读出
主要应用
· 转录因子功能分析
· 基因调控网络图谱绘制
· 基于 CRISPRa/i 的基因扰动
· 基于报告系统的转录研究
艾迪基因解决方案
· CRISPRa/i 筛选文库
· 内源基因标签敲入
· sgRNA 设计与优化
· 调控基因的功能验证
应用二:表观基因组编辑与染色质调控
在特定位点精准改写表观遗传标记

包括 DNA 甲基化、组蛋白乙酰化与甲基化在内的表观遗传修饰,在不改变 DNA 序列的前提下塑造染色质开放程度与基因活性。基于 CRISPR 的表观基因组编辑可在目标位点定点添加或移除特定表观标记,从而探究其功能后果。

靶向 DNA 甲基化编辑
· dCas9-DNMT3A/3L 实现位点特异性甲基化
· dCas9-TET1 实现靶向去甲基化
· 甲基化依赖的基因沉默分析
组蛋白修饰编辑
· dCas9-p300 介导组蛋白乙酰化
· dCas9-KRAB 构建抑制性染色质状态
· 修饰依赖型基因调控研究
染色质重塑与开放性调控
· 染色质重塑因子的功能分析
· 开放调控区域的图谱绘制
· 染色质状态与基因表达的关联分析
主要应用
· 表观基因组工程
· DNA 甲基化功能研究
· 组蛋白修饰分析
· 染色质重塑研究
艾迪基因解决方案
· 表观编辑工具递送
· dCas9-效应器模型构建
· 染色质分析支持
· 位点特异性表观验证
应用三:增强子与调控元件筛选
对非编码基因组开展功能性拆解

增强子、启动子及其他顺式调控元件决定基因的表达模式,而这些区域内的遗传变异与人类疾病高度相关。CRISPR 可对调控元件进行精准扰动,从而在天然基因组背景下解析其功能。

增强子功能筛选
· 基于 CRISPRi 的增强子扰动
· 疾病相关增强子的鉴定
· 增强子与靶基因的关联解析
启动子与调控元件拆解
· 启动子缺失与突变分析
· 绝缘子与边界元件研究
· 基于 CRISPR-tiling 的调控元件定位
调控变异建模
· 引入疾病相关调控变异
· 同基因型调控变异细胞模型
· 基因型与基因表达的关联分析
主要应用
· 增强子功能定位
· 启动子活性分析
· 调控变异建模
· 非编码基因组解析
艾迪基因解决方案
· CRISPRi 增强子筛选
· sgRNA tiling 文库设计
· 调控变异敲入
· 基因表达读出分析
应用四:非编码 RNA 与转录后调控
揭示非编码基因组的功能

包括 microRNA、长链非编码 RNA(lncRNA)及其他调控性转录本在内的非编码 RNA,在转录后层面控制基因表达,并与多种疾病相关。CRISPR 提供了操控这些调控分子、阐明其功能的工具集。

miRNA 功能研究
· miRNA 敲除与敲除筛选
· 靶标验证与通路分析
· 基于 miRNA 的治疗靶点发现
lncRNA 功能与机制
· lncRNA 启动子缺失与转录扰动
· lncRNA–蛋白质相互作用研究
· lncRNA 依赖的基因调控分析
转录后调控研究
· RNA 结合蛋白功能筛选
· mRNA 稳定性与翻译研究
· 可变剪接调控研究
主要应用
· 非编码 RNA 功能分析
· miRNA/lncRNA 靶点发现
· RNA 加工过程研究
· 转录后调控研究
艾迪基因解决方案
· 非编码 RNA 敲除模型
· 面向 RNA 调控因子的 CRISPR 筛选
· 内源基因标签敲入
· RNA 功能表型检测
面向基因表达与调控研究的整合式 CRISPR 工作流

艾迪基因支持完整的 CRISPR 研究流程:

研究领域 关键科学问题 CRISPR 策略 艾迪基因支持
转录调控 哪些因子控制基因表达程序? CRISPRa/i、筛选 转录因子筛选文库、报告系统
表观基因组与染色质 表观标记如何调控基因? 表观编辑、dCas9 表观编辑工具模型
增强子与启动子 哪些调控元件驱动表达? CRISPRi tiling、敲入 Tiling 文库、变异模型
非编码 RNA 非编码 RNA 如何调控基因表达? 敲除、启动子缺失 非编码 RNA 模型、功能检测
为何选择 艾迪基因开展基因表达与调控 CRISPR 研究?

全链路基因组工程解决方案 —— 艾迪基因提供可靠的 CRISPR 解决方案,支持从研究构想到验证模型的完整基因调控研究。

平台优势
先进的基因编辑平台
包括 FLASH-KO™、FLASH 递送平台、Bingo™ 先导编辑、Flash-KI 精准敲入平台,满足多样化基因改造需求
专有 sgRNA 设计算法
自有 sgRNA 设计算法,持续优化靶向效率并降低脱靶风险,确保稳定可靠的编辑表现
CRISPRa/CRISPRi 与表观基因组编辑
具备 CRISPRa/CRISPRi 与表观基因组编辑能力,可实现对基因表达与表观遗传状态的精准调控
丰富的项目经验
累计完成 3,000+ 基因编辑 CRO 项目,覆盖 400+ 种细胞类型,在细胞基因组工程领域积累深厚专业经验
内源标签敲入与报告模型
内源标签敲入与报告模型构建专长,支持蛋白定位、动态追踪及功能验证研究
快速执行与灵活定制
项目执行周期短,定制化方案灵活,可在保证质量的前提下加速交付
以 CRISPR 之力,加速基因表达与调控研究新发现

从转录调控与表观基因组编辑,到增强子图谱绘制与非编码 RNA 研究,艾迪基因以精准的 CRISPR 工具赋能研究者,共同破译基因组调控密码、加速机制层面的科学发现。

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