吴强 2016-12-21 0 2 作为杨振宁和丘成桐的石溪校友,吴强教授也曾在冷泉港这一座科学圣地里经历过 6 个月的无数次失败。之后数十年的不懈努力,终于成就了这一位上海交通大学特聘教授、博士生导师、973 项目首席科学家、上海浦江学者。

吴强教授长期致力于研究神经系统、药物代谢系统和肿瘤基因家族的表达调控和在体功能。善于用比较生物医学手段,开发分子遗传学新技术新方法。

生物 360 精选了吴强教授在 2015-2016 年发表的 3 篇文章,翻译摘要以供读者更好的了解其工作成果。由于编辑个人翻译水平有限,如有错误感谢您的指正。

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Guo, Y., Q. Xu, D. Canzio, J. Shou, J. Li, D.U. Gorkin, I. Jung, H. Wu, Y. Zhai, Y. Tang, Y. Lu, Y. Wu, Z. Jia, W. Li, M.Q. Zhang, B. Ren, A.R. Krainer, T. Maniatis, Wu Q. (2015). CRISPR inversion of CTCF sites alters genome topology and enhancer/promoter function. Cell 162: 900-910.doi:10.1016/j.cell.2015.07.038. CELL Hottest Article. Research Highlighted in Cell, 162, 703–705; Nature Reviews Molecular Cell Biology 16, 578–579.(注:开源 paper 可下载)

CRISP 的 CTCF 位点倒置后改变基因组拓扑和增强子 / 启动子功能

摘要: CTCF 和与之相关的黏连蛋白复合体在绝缘体功能和哺乳动物基因组的高阶染色质组织中发挥核心作用。最近的研究确定了 CTCF 结合位点(CBS)和染色质环之间的相互关系。为了研究 CTCF 结合位点(CBS)和染色质环之间相互关系的功能意义,我们结合了基于 CRISPR / Cas9 的基因组 DNA 片段编辑和染色体构象捕获实验,使用原钙粘蛋白(Pcdh)和β- 珠蛋白作为模型基因,来揭示 CTCF 结合位点(CBS)的定位和相对位置决定了在哺乳动物基因组中长距离染色质环的特异性。 原钙粘蛋白(Pcdh)增强子内的 CBS 元件的倒置,远端增强子和靶启动子之间的染色质环拓扑重新配置,并改变了基因表达模式。因此,尽管增强子可以在报告基因中以非方向依赖性方式发挥作用,但在天然染色体中,一些定向的增强子携带 CTCF 结合位点(CBS),能够决定染色质结构域的拓扑结构和增强子 / 启动子的特异性。这些发现揭示了:线性基因组序列怎样编码复杂的 3D 染色体结构。

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Huang, H. and Wu, Q. (2016). CRISPR Double Cutting through the Labyrinthine Architecture of 3D Genomes. J Genet Genomics. 43: 273-288. Invited Review.(注:开源 paper 可下载)

CRISPR 双切复杂的 3D 基因组

摘要: 基因组在细胞核分裂间期中被组成有序地结构和分层拓扑结构。在每个染色体的离散区域内,拓扑相关结构域(TAD)参与不同核过程,如在基因调节中起重要作用。在由相对构成性边界分开的拓扑相关结构域(TAD)的内部,远端元件通过特异性染色质—环接触,如长距离增强子—启动子相互作用来调节它们的靶基因。高通量测序的研究已经揭示了数百万潜在的 DNA 调控元件,事实上这些调控元件比它们仅仅调控约 20,000 个基因丰富得多。最近出现的 CRISPR-Cas9 基因组编辑技术已经能够进行高效、精确的基因组编辑,基因组的表观遗传学操作。CRISPR 具有多路复用的信号通路和高通量的基因编辑能力,这促进了基因调控元件的发现和切割。这这篇文章中,我们描述了 CRISPR 在基因组,表观基因组和 3D 基因组编辑方面的应用,这些应用专注于 Cas9 和一对 sgRNAs 的 CRISPR DNA 片段编辑,从而来研究染色质拓扑相关结构域(TAD)的拓扑折叠和基因调控。

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Li J, Shou J,Guo Y, Tang Y, Wu Y, Jia Z, Zhai Y, Chen Z, Xu Q, Wu, Q. (2015). Efficient inversions and duplications of mammalian regulatory DNA elements and gene clusters by CRISPR/Cas9. J. Mol. Cell. Biol. 7: 284-298. Cover Article.(注:开源 paper 可下载)

通过 CRISPR / Cas9 调节哺乳动物 DNA 元件和基因簇的有效倒位和重复

摘要: 人类基因组包含数百万的 DNA 调控元件和大量的基因簇,其中大多数并没有经过实验测试研究。规律成簇间隔短回文重复序列(CRISPR)/ CRISPR 相关核酸酶 9(Cas9),由合成的单链向导 RNA(sgRNA)参与在几乎任何生物体中并起到精确导向的基因组编辑法。在此我们报道了,目标 DNA 片段倒置和重复通过 CRISPR 与一对向导 sgRNAs 在人类和小鼠基因组中很容易实现。尤其是,我们发现,在培养的人类细胞和小鼠细胞中,可以产生大小从几十 bp 到几百 kb 的 DNA 片段的有效精确的反转。此外,CRISPR 通过两个同源染色体(染色单体)上 Cas9 诱导的双链断裂(DSB)之间的等位基因反式重组,可以产生 DNA 片段重复和缺失。还有,可检测到 Cas9 与四种 sgRNA 诱导的原钙粘蛋白(Pcdh)基因簇的组合倒位和重复的连接。在小鼠中,我们通过 CRISPR 获得精确倒位、重复和可变大小的 DNA 片段缺失的等位基因。有趣的是,我们发现有效的染色体倒位是通过短的反向重复序列的微同源序列介导末端相连(MMEJ)产生的。我们第一次显示 DNA 片段倒位可以通过小鼠的种系传播。最后,我们将这种 CRISPR 方法应用于 Pcdhɑ簇的调控元件中,并在 Pcdhγ簇成员的调节中发现了新的作用。这种简单而有效的方法应用于研究操控哺乳动物基因组的数百万 DNA 调控元件以及大量的基因簇。

如您对吴强教授的研究非常关注,请您关注即将在 2017 年 3 月 24、25 日在上海举办的 “基因编辑专题研讨会”。吴强教授将在会议上就他的研究同各位做深入探讨。

拓展阅读:

【学者笔谈】吴强:教会学生做科研

《细胞》发表上海较大三维基因组结构和基因调控研究结果

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1. Huang, H. and Wu, Q. (2016). CRISPR Double Cutting through the Labyrinthine Architecture of 3D Genomes. J Genet Genomics. 43: 273-288. Invited Review.

2. Guo, Y., Q. Xu, D. Canzio, J. Shou, J. Li, D.U. Gorkin, I. Jung, H. Wu, Y. Zhai, Y. Tang, Y. Lu, Y. Wu, Z. Jia, W. Li, M.Q. Zhang, B. Ren, A.R. Krainer, T. Maniatis, Wu Q. (2015). CRISPR inversion of CTCF sites alters genome topology and enhancer/promoter function. Cell 162: 900-910.doi:10.1016/j.cell.2015.07.038. CELL Hottest Article. Research Highlighted in Cell, 162, 703–705; Nature Reviews Molecular Cell Biology 16, 578–579.

3. Li J, Shou J,Guo Y, Tang Y, Wu Y, Jia Z, Zhai Y, Chen Z, Xu Q, Wu, Q. (2015). Efficient inversions and duplications of mammalian regulatory DNA elements and gene clusters by CRISPR/Cas9. J. Mol. Cell. Biol. 7: 284-298. Cover Article.

4. Jia Z, Guo Y, Tang Y, Xu Q, Li B, Wu Q. (2014) Regulation of the protocadherin Celsr3 gene and its role in globus pallidus development and connectivity.Mol Cell Biol. 34: 3895-3910.

5. Wang Y., Huang H., Wu Q. (2014) Characterization of the zebrafish Ugt repertoire reveals a new class of drug-metabolizing UDP glucuronosyltransferases.Mol. Pharmacol. 86: 62-75.

6. Guo Y., Monahan K., Wu H., Varley KE., Gertz J., Li W., Myers RM., Maniatis T., Wu Q. (2012) CTCF/Cohesin-mediated DNA Looping is required for protocadherin alpha promoter choice. Proc Natl Acad Sci USA 109: 21081-21086.

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9. Ying,G., Wu, S., Hou, R., Huang, W., Capecchi, M., Wu, Q*. (2009). Protocadherin Celsr3 is required for interneuron migration in the mouse forebrain. Molecular and Cellular Biology 29:3045-3061.

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11. Zou, C., Huang, W., Ying, G., and Wu, Q*. (2007). Sequence analysis and expression mapping of the rat clustered protocadherin gene repertoires. Neuroscience 144: 579-603.

12. Wu, S., Ying, G., Wu, Q., and Capecchi, M.R. (2007). Towards simpler and faster genome-wide mutagenesis in mice. Nature Genetics 39: 922-930.

13. Li, C. and Wu, Q*. (2007). Evolution of vertebrate multiple variable first exons and structural diversity of drug metabolizing enzymes. BMC Evolutionary Biology 7: 69.

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