Cell:科学家发现CRISPR / Cas9基因编辑的“关闭开关”
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CRISPR / Cas9基因组编辑正在迅速改变生物医学研究,但新技术尚未确切。该技术可以无意中在基因组中产生过多或不需要的改变,并产生非靶标基因突变,限制了在治疗应用中的安全性和功效。

现在,Cell发表的一项新研究,马萨诸塞医学院和多伦多大学的研究人员发现了CRISPR / Cas9活性的第一个已知的“关闭开关”,为编辑提供了更大的可控性。

Erik J. Sontheimer, PhD, professor in the RNA Therapeutics Institute at UMass Medical School Credit: University of Massachusetts Medical School

图片来源:Medical Press

马萨诸塞医学院RNA治疗学院教授Erik J. Sontheimer博士,分子遗传学教授Alan Davidson和多伦多大学生物化学助理教授Karen Maxwell博士鉴定了三种天然产生抑制Cas9酶的蛋白质。这些蛋白质称为抗-CRISPR,具有阻断Cas9核酸酶的DNA切割的能力。

Sontheimer博士说,“CRISPR / Cas9很有用,因为它引入了特定的染色体断裂,可以利用它来创建基因组编辑,但因为染色体断裂可能是有害的,可能持续太长了。现在缺少可靠的方法来关闭Cas9,一旦它已经在细胞开始编辑,如果可以在正确的编辑完成之后关闭,那么问题就解决了。在此,我们报道了第一个已知的Cas9天然活性抑制剂。”

Davidson博士说,“CRISPR非常强大,但我们必须能够关闭它的编辑。这是一个非常基本的工具箱,将会给研究人员更多的信心使用基因编辑。”

CRISPR / Cas9是细菌和古细菌在长期演化过程中形成的一种适应性免疫防御,可用来对抗入侵的病毒及外源DNA。它由两个部分组成:分子刀(Cas9),其有效地切割DNA,但在其天然状态下是闭锁的;RNA导向复合物,找到碱基互补的基因序列时解锁Cas9,从而确定精确的切割位点。这些向导RNA由CRISPR“聚集的规则间隔的短回文重复序列”或CRISPR阵列产生,其含有过去病毒感染的基因组的残余物。通过Cas9核酸酶靶向切割和灭活这些病毒,CRISPR / Cas9为细菌细胞提供适应性免疫防御。

Identification and Validation of Type II-C Anti-CRISPRs

图像来源:Cell

科学家可以用人工向导RNA改编CRISPR / Cas9,可以在哺乳动物基因组内切割序列,并且能够将新的基因片段精确插入到细胞中。一种简单而有效的编辑基因组的方法,CRISPR / Cas9正在改变生物医学研究,使其更容易灭活或编辑细胞系中的基因进行研究。它还简化了可用于研究人类疾病的动物疾病模型的创建。过去需要几个月或几年的工作现在可以在几个星期内完成。

尽管CRISPR / Cas9具有强大的功能,但它并不精确。有时,用于操纵切割酶进入基因组中正确位置的向导RNA,也将酶靶向相似但不相同的其他序列。这些错配的位点,其可以在组成人类基因组的60亿个核苷酸中发生多达100次,有时也可以被切割,导致非预期的损伤。

在许多CRISPR / Cas9的应用中,包括那些处于治疗发展中的应用,存在被靶向编辑的特定细胞类型、组织或器官,因为这是疾病表征或者可以被治愈的地方。

“在这些情况下,CRISPR / Cas9可能进入预期的细胞,但是它也可能进入其他辅助细胞、组织或器官。这些辅助细胞、组织或器官中的Cas9活性最好时是无用的,最坏时是风险”Sontheimer说,“但是如果你可以建立一个关闭开关,保持Cas9除了在预期的目标组织中有活性之外无活性,那么组织特异性将提高。

Sontheimer表示,在Cell上发表的新文章,不仅鉴定了Cas9的“关闭开关”,而且它也表示Cas9抑制剂天然存在,可以被鉴定和充分利用。不同的细菌产生不同形式的Cas9,不同的Cas9可以在基因组编辑中各有不同的有用性质,所以在工具箱中已经有几个Cas9,当然还会有更多,我们现在已经证明这种抑制剂在自然界中存在,并且提供了一个可能的策略来找到它们。

转自生物360