遗传学大牛Nature Methods发布CRISPR重要成果

2016-05-29 绿谷生物 生物通
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CRISPR-Cas9系统使得研究人员能够编辑许多生物体和细胞类型的DNA序列。然而,科学家们也日益认识到可以利用它来激活基因的表达。为此,他们构建出了大量可激活Cas9蛋白的合成基因来研究基因功能或在潜在的治疗方法中弥补不充足的基因表达。

哈佛大学Wyss生物启发工程研究所核心教员、系统生物学平台负责人、哈佛医学院遗传学教授George Church博士说:“利用CRISPR-Cas9系统的各种工程变体来选择性激活基因,这种可能性令许多研究人员询问,到底哪种可获得的合成Cas9激活蛋白可以用来实现他们的目的。独特地设计出所有的合成Cas9激活蛋白,并在不同的环境中测试它们是一个重要的挑战;尚未有人并排比较过它们的相对潜力。我们希望能够为生物医学研究界提供这样的对照表。”

在发表于5月23日《自然方法》(Nature Methods)杂志上的一项研究中,Wyss研究小组报告了严格对比的情况,并列出了在来自人类、小鼠和果蝇等生物的各种细胞类型中最常用的人造Cas9激活子。研究结果为科研人员提供了一个有价值的指南,使得他们能够简化研究努力。

改造Cas9蛋白破坏其DNA编辑能力,随后再将这些可激活基因的Cas9蛋白与已知具有基因激活潜力的一些蛋白质的可变结构域融合到一起。在某些情况下,还可以改造CRISPR-Cas9系统的第二元件——将这一复合物靶向特异性DNA序列的向导RNA(gRNA),来结合一些基因激活因子。

研究的共同第一作者、Wyss研究所的研究人员Marcelle Tuttle说:“我们首先调查了7个高级Cas9激活子,将它们与原始Cas9激活子及相互之间进行了比较,原始Cas9激活子被用来提供CRISPR-Cas9基因激活潜力的概念证明。有3个激活子提供了比其他的候选激活子更高的基因激活,并维持了对靶基因的高度特异性。”

该研究小组进而证明,排名前三的候选激活子类似地驱动了人类、小鼠和果蝇细胞中最高水平的基因表达,不论它们的组织和发育起源如何。研究人员还找到了一些方法利用这三个主要的候选激活子来进一步将基因激活扩至最大的限度。

该研究的共同第一作者、博士后研究人员Alejandro Chavez说:“在某些情况下,最大可能地激活靶基因是获得一种细胞或治疗效应的必要条件。当我们利用三种不同的gRNAs,借助三个拷贝的表现最出色的激活子来靶向特异的基因时,我们设法协同提高了它们的表达。”

“CRISPR-Cas9的易用性为开发出一些基因组疗法提供了巨大的可能性。这项研究提供了有价值的新设计标准,将有助于合成生物学家和生物工程师在未来设计出更有效的靶向基因组工程技术,”Wyss研究所创始主任Donald Ingber博士说。