CRISPR基因編輯技術

《CRISPR基因編輯技術》由山東大學、北京大學、清華大學、浙江大學、四川大學、中國科學院生物物理研究所、中國醫學科學院、中國農業科學院等高校和科研院所的一線專家聯合編寫，系統介紹CRISPR這一基因編輯技術的發展史、研究進展、結構組成、表觀編輯、脱靶效應、脱靶檢測方法、實驗方案、實驗模型和遞送系統，以及該技術在微生物學、免疫學、疾病治療和傳染病核酸檢測中的應用。全書論述扼要，匯入了不少典型的實驗方案，體現了該技術的進展及再多個領域的應用，實用性強。

《CRISPR基因編輯技術》可供生命科學、基礎醫學、藥學、農學等領域的研究生和其他研究人員參閲。 ^[1] 

第1章　CRISPR-Cas系統概述 001

1.1　引言 002

1.2　CRISPR-Cas分類 003

1.3　2類CRISPR-Cas系統 004

1.4　CRISPR-Cas系統的遞送方法 005

1.5　CRISPR-Cas系統的非基因組編輯方法 005

1.5.1　用CRISPR-Cas13和rCas9靶向RNA 005

1.5.2　CRISPRa/CRISPRi、表觀遺傳修飾和標記 006

1.6　CRISPR-Cas商業化現狀 007

1.7　結語 007

參考文獻 008

第2章　基因編輯技術史話 011

2.1　引言 012

2.2　基因編輯技術的歷史先河：基因打靶技術 012

2.3　曇花一現：鋅指核酸酶技術和類轉錄激活因子效應物核酸酶技術 015

2.4　革命時代的來臨：CRISPR技術 018

2.5　結語 021

參考文獻 022

第3章　基於CRISPR-Cas系統的基因編輯技術的進展 025

3.1　引言 026

3.2　基因編輯技術的發展 026

3.3　CRISPR-Cas系統的多樣性、分類與演變 028

3.3.1　CRISPR-Cas系統分類及作用原理 028

3.3.2　CRISPR-Cas系統的源起和進化 029

3.4　CRISPR-Cas系統的應用進展 031

3.4.1　在細菌及古菌中的應用 031

3.4.2　在真菌中的應用 032

3.4.3　在植物細胞中的應用 033

3.4.4　在動物細胞中的應用 034

3.5　CRISPR-Cas系統的前瞻性應用 035

3.6　結語 037

參考文獻 037

第4章　CRISPR-Cas9的結構和作用機制 043

4.1　引言 044

4.2　CRISPR-Cas9生物學 044

4.3　Cas9酶 046

4.3.1　Apo酶的雙葉結構 046

4.3.2　HNH和RuvC核酸酶結構域 047

4.4　CRISPR-Cas9效應複合物的組裝 047

4.4.1　sgRNA結合後的構象重排 048

4.4.2　Cas9與sgRNA的相互作用 048

4.4.3　預排序種子RNA以及Cas9與PAM的相互作用 049

4.5　目標搜索與識別 049

4.5.1　RNA-DNA異源雙鏈 050

4.5.2　PAM識別 051 ^[1] 

4.5.3　局部DNA熔解和R環形成 051

4.5.4　Cas9誘導的DNA彎曲 053

4.6　靶標切割 053

4.6.1　解偶聯的DNA結合和切割事件 054

4.6.2　通過HNH-RuvC通訊進行DNA協同切割 054

4.6.3　非靶DNA鏈在HNH重定位中的關鍵作用 055

4.7　CRISPR-Cas9介導的DNA靶向和切割模型 056

4.8　Cas9直系同源物的結構 056

4.9　結語 057

參考文獻 058

第5章　CRISPR介導的表觀遺傳學編輯 063

5.1　引言 064

5.2　針對組蛋白的表觀修飾 065

5.2.1　轉錄激活 065

5.2.2　轉錄抑制 066

5.2.3　目前的侷限性 067

5.2.4　克服當前侷限性 069

5.3　針對DNA的表觀修飾研究 070

5.3.1　DNA甲基化 070

5.3.2　DNA去甲基化 071

5.3.3　使用CRISPR介導的方法探測新的DNA表觀遺傳修飾 072

5.3.4　m5dC衍生物的氧化 072

5.3.5　N6-甲基脱氧腺苷的發現 072

5.3.6　發現新的DNA表觀遺傳修飾 073

5.4　針對非編碼RNA的表觀遺傳學功能 074

5.5　化學和光誘導基因組表觀編輯 075

5.6　表觀基因組編輯與病理和醫療 076

5.7　超越CRISPR-Cas9 077

5.8　結語 078

參考文獻 080

第6章　CRISPR-Cas9的脱靶效應 089

6.1　引言 090

6.2　最小化CRISPR-Cas9系統脱靶效應的策略 091

6.2.1　改善sgRNA-Cas9複合物的有效濃度和sgRNA-Cas9複合物遞送 091

6.2.2　sgRNA分子的合理設計 093

6.2.3　新的Cas9變體的合理工程設計 094

6.2.4　Cas9直系同源物 095

6.2.5　Ⅱ類Cas9直系同源物 096

6.3　CRISPR-Cas9系統中脱靶效應的檢測方法 098

6.3.1　預測的脱靶位點檢測 099

6.3.2　WGS 099

6.3.3　ChIP-seq 099

6.3.4　IDLV捕獲 100

6.3.5　BLESS 100

6.3.6　GUIDE-seq 101

6.3.7　LAM-HTGTS 101

6.3.8　Digenome-seq 102

6.3.9　SITE-seq 102

6.3.10　CIRCLE-seq 103

6.3.11　GOTI 103

6.3.12　PEM-seq 104

6.3.13　DISCOVER-seq 104

6.4　結語 105

參考文獻 105

第7章　CRISPR-Cas9的實驗模型 112

7.1　引言 113

7.2　細胞模型 114

7.3　動物模型 118

7.3.1　鼠 118

7.3.2　果蠅 120

7.3.3　斑馬魚 121

7.3.4　豬 123

7.3.5　其他動物模型 123 ^[1] 

7.4　植物 125

7.5　真菌 127

7.6　細菌 129

7.7　結語 133

參考文獻 133

第8章　納米材料遞送CRISPR-Cas系統 136

8.1　引言 137

8.2　納米材料概述 137

8.2.1　納米材料定義及特性 137

8.2.2　納米材料的分類 138

8.2.3　納米材料的應用 138

8.3　基因療法簡介 139

8.4　納米材料遞載CRISPR-Cas系統的生物應用 140

8.4.1　二維納米材料遞送CRISPR-Cas系統的生物應用 140

8.4.2　貴金屬及自組裝納米材料遞載CRISPR-Cas系統的生物應用 143

8.4.3　其他納米材料遞載CRISPR-Cas系統的生物應用 145

8.5　結語 146

參考文獻 147

第9章　全基因組CRISPR-Cas9基因敲除和轉錄激活篩選的實驗方案 149

9.1　引言 150

9.2　實驗設計 151

9.2.1　篩選方法 151

9.2.2　sgRNA文庫的設計和選擇 151

9.2.3　構建和遞送sgRNA文庫的方法 152

9.2.4　選擇sgRNA 153

9.3　材料 155

9.3.1　試劑 155

9.3.2　耗材及設備 160

9.3.3　試劑製備 162

9.3.4　材料準備 164

9.3.5　步驟 164

9.4　結語 189

參考文獻 189

第10章　細菌中的CRISPR-Cas系統及其功能 191

10.1　引言 192

10.2　細菌中CRISPR的分佈 193

10.3　CRISPR-Cas系統在細菌研究中的應用 194

10.3.1　對細菌基因組進行編輯 194

10.3.2　參與細菌基因的表達調控 195

10.3.3　與細菌生物膜、毒力和細菌耐藥的關係 196

10.3.4　參與細菌與宿主的相互作用 196

10.3.5　與細菌分型的關係 197

10.3.6　基於CRISPR系統的細菌進化分析 198

10.3.7　與核酸檢測的關係 198

10.4　CRISPR-Cas系統的應用可能帶來的倫理問題及有害影響 200

10.5　結語 201

參考文獻 201

第11章　CRISPR-Cas技術在抵抗病原微生物感染中的應用 206

11.1　引言 207

11.2　CRISPR-Cas9基因編輯系統在病毒相關疾病治療中的應用 207

11.3　CRISPR-Cas9基因編輯系統在細菌和真菌中的應用 208

11.4　結語 209

參考文獻 209

第12章　CRISPR-Cas9在免疫學研究中的應用 211

12.1　引言 212

12.2　CRISPR-Cas9在免疫相關疾病發病機制研究中的應用 212

12.2.1　造血系統惡性腫瘤疾病機制及動物模型研究 212

12.2.2　CRISPR-Cas9全基因組篩選用於研究複雜生命過程 213

12.3　CRISPR-Cas9在免疫相關疾病治療中的應用 214

12.3.1　腫瘤免疫治療 214

12.3.2　治療HIV感染 215

12.4　結語 217

參考文獻 218

第13章　CRISPR-Cas系統在核酸檢測中的應用 220

13.1　引言 221

13.2　基於CRISPR-Cas系統的核酸檢測分類 222

13.2.1　基於Cas9系統的核酸檢測 222

13.2.2　基於CRISPR-Cas12和Cas14系統的DNA檢測 223

13.2.3　基於CRISPR-Cas13系統的RNA檢測 225

13.3　CRISPR-Cas核酸檢測系統的優勢及侷限性 227

13.4　結語 227

參考文獻 228

第14章　CRISPR-Cas9在疾病治療中的應用 229

14.1　引言 230

14.2　CRISPR-Cas9系統在癌症生物學中的潛在應用 230

14.3　CRISPR-Cas9在遺傳性疾病中的作用 231

14.4　CRISPR-Cas9在病毒性疾病中的作用 232

14.5　CRISPR-Cas9在神經系統疾病中的作用 234

14.6　CRISPR-Cas9在過敏和免疫疾病中的作用 234

14.7　結語 235

參考文獻 236

第15章　CRISPR-Cas在傳染病檢測和治療中的應用 237

15.1　引言 238

15.2　CRISPR-Cas生物學 238

15.2.1　獲取間隔序列 239

15.2.2　crRNA生成 239

15.2.3　干擾 240

15.3　CRISPR-Cas9技術概述 242

15.3.1　CRISPR-Cas9基因工程 242

15.3.2　sgRNA文庫用於篩選基因型-表型 242

15.3.3　使用失活的Cas9調節基因轉錄 242

15.4　在傳染病中的應用 243

15.4.1　瞭解宿主與病原體的相互作用 243

15.4.2　在傳染病診斷中的應用 244

15.4.3　CRISPR-Cas在治療中的應用 246

15.5　結語 249

參考文獻 251 ^[1]