两篇《细胞》文章：发布CRISPR研究重大突破

日前，来自加州大学旧金山分校的科学家在《细胞》（Cell）杂志上报告称，他们应用一种新型的、精确的方法开启和关闭了细胞内的基因。这一成果有可能促成更好地了解疾病以及开发出新的治疗方法。

这一研究进展的核心是一个叫做SunTag的新发明。SunTag实质上是一套分子挂钩，其能够将多个拷贝的生物活性分子挂到可用来靶向一些基因或其他的分子的蛋白质支架上。相比于没有这些挂钩的组装分子，整合了SunTag的分子生物活性显着放大。

开发这一SunTag的是加州大学旧金山分校分子和细胞药理学教授、霍华德休斯医学研究所（HHMI）研究员Ron Vale博士实验室的研究人员。Vale曾因发现了在细胞内运送货物的分子马达而获得2012年的Albert Lasker基础医学研究奖。

Vale研究小组利用SunTag显着放大了研究人员通常利用来标记细胞内分子的绿色荧光蛋白的发光信号。通过显微镜观察，可以看到借助SunTag获得的信号非常之强，以至于可以利用它来追踪Vale研究的分子马达中的单个分子。

与加州大学旧金山分校的细胞核分子药理学教授、HHMI研究员Jonathan Weissman合作，研究人员还利用SunTag增加了称作为CRISPR的一种生物化学方法的变化。

CRISPR是一种几年前才出现，用于编辑基因组中DNA的新兴技术（延伸阅读：Nature发布CRISPR重大突破：可编程的RNA编辑工具 ）。加州大学旧金山分校的研究人员称，他们没有改变DNA，而是转而利用CRISPR以一种可逆的方式精确地上调或下调了基因的活性——这一性能有可能会让过去用来探索知之甚少的细胞功能的一些方法遭到淘汰。

Weissman说：“利用这些技术我们可以微调细胞内基因的活性，这对于细胞重编程具有广泛的影响。”

Vale说，加州大学旧金山分校以及别处的研究人员，过去曾报道过利用CRISPR来开启和关闭一些基因，但尤其对于开启一些基因来讲，过去报告的一些方法是低效的。

“其取决于基因，但这种新方法似乎可将基因开关放大50倍。它是一种更加强有力的激活基因的方法。”

CRISPR，成簇的规律间隔的短回文重复序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats），是细菌利用来保护自身对抗病毒的一种天然系统。来自于这一系统的一种蛋白Cas9是实验室中CRISPR应用的基础，研究人员可以将任何特异的RNA伴侣分子插入到这一支架中。选择性的RNA充当了衔接子（adaptor），决定了靶向的基因组位置。加州大学旧金山分校的研究人员将SunTag附加到这一支架中，使得一个Cas9能够将多个拷贝的任何蛋白质招募到一段特异的DNA序列上。

Weissman研究小组的实验证实，整合了SunTag的CRISPR分子可用于精确地控制基因组内大量基因的表达。他们利用这一策略鉴别出了阻止癌细胞生长以及调控组织发育的一些基因，并获得了细菌毒素损伤细胞机制的一些新认识。

研究人员将他们用于下调基因的CRISPR技术命名为CRISPR干扰，上调基因的技术命名为CRISPR激活。

Weissman 说，可以利用CRISPR激活和CRISPR干扰技术来了解在癌症、再生医学或神经退行性疾病中一些特异基因的作用机制。例如，可以采用这些方法来鉴别癌细胞有可能利用来形成耐药的生物化学信号通路，相同的方法还可用于最终开发出一些新的干细胞策略生成组织移植物。

RNA干扰会过时吗？

CRISPR干扰不同于RNA干扰，后者是一种广为流行的关闭蛋白质生成的策略。

Weissman说，CRISPR干扰有潜力淘汰RNA干扰。不同于传统的RNA干扰技术，CRISPR干扰能够同时沉默任意数量的单个基因。此外，关闭非靶向基因的风险很小。

RNA干扰是在10多年前被发现，其启动了一个新的研究领域，并催生了一项诺贝尔奖以及许多的新技术公司。RNA干扰是基于基因DNA序列中包含的蓝图来阻断信使RNA。通过阻止蛋白质生成，RNA干扰可用来解决有关难靶向的蛋白质的问题，这是药物开发中常见的一个挑战。

而CRISPR是在细胞蛋白质生产过程中较早期的一步发挥作用。

Weissman说：“采用RNA干扰时，已经转录出了来自DNA的RNA信息，就这一意义来说，马已经离开了谷仓。而利用CRISPR干扰，我们可以阻止信息被书写出来。”

CRISPR激活基因可以提供一些互补的生物学见解。将SunTag用于CRISPR激活技术，使得在单次实验中系统地探究基因组中所有基因的生物学作用成为可能。Weissman研究小组利用CRISPR激活鉴别出了抑制癌细胞生长的许多肿瘤抑制基因。在未来的研究中，研究人员还将利用CRISPR激活技术来揭示癌细胞对一些抗癌药物形成耐药的机制——这一过程通常涉及到基因激活.

原始出处：

Marvin E. Tanenbaum， Luke A. Gilbert， Lei S. Qi， Jonathan S. Weissman， Ronald D. Vale. A Protein-Tagging System for Signal Amplification in Gene Expression and Fluorescence Imaging. Cell， October 09， 2014

Luke A. Gilbert， Max A. Horlbeck， Britt Adamson， Jacqueline E. Villalta， Yuwen Chen， Evan H. Whitehead， Carla Guimaraes，Barbara Panning， Hidde L. Ploegh， Michael C. Bassik， Lei S. Qi， Martin Kampmann， Jonathan S. Weissman. Genome-Scale CRISPR-Mediated Control of Gene Repression and Activation. Cell， October 09， 2014