Cell：首次！科学家发现CRISPR/Cas9基因编辑的“关闭开关”
2016-12-11 生物360 pippi 生物360 pippi
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。
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。
原始出处：
Erik J. Sontheimer,et al. Naturally Occurring Off-Switches for CRISPR-Cas9. Cell.December 8, 2016.
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