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強大的xCas9讓CRISPR基因編輯更加萬能

    當沉浸在被稱作CRISPR的革命性基因組編輯方法所產生的興奮中時,你應不會了解到以下一點:正如如今實踐中表現的那樣,它遠非完美。它的標準組分僅在基因組的有限區域中尋找并切割DNA,而且它的分子剪刀會發生搖擺,從而導致“脫靶”突變。許多研究團隊正在努力做得更好。如今,在一項新的研究中,由美國哈佛大學化學家David Liu領導的一個團隊設計出一種新的CRISPR版本,該版本有潛力變得更加靈巧和更加精確。相關研究結果于2018年2月28日在線發表在Nature期刊上,論文標題為“Evolved Cas9 variants with broad PAM compatibility and high DNA specificity”。


    美國馬薩諸塞大學醫學院的CRISPR先驅Erik Sontheimer說,“這是一項非常令人印象深刻的重要研究。”

 

    CRISPR有多種形式,但它們都依賴于由RNA組成的向導分子來攜帶一種DNA切割酶---最為常用的一種是Cas9 ---到基因組的特定區域上。然而,這種復合物在DNA上的著陸位點具有特定的分子特征。標準CRISPR工具包中的酶Cas9因它天然地來源于釀膿鏈球菌(Streptococcus pyogenes)而被稱作spCas9,它僅能夠著陸在一端具有特定的三堿基NGG(N代表四種堿基中的任意一種,G代表鳥嘌呤)的基因組片段上。在長32億個堿基對的人基因組中,大約僅其中的1/16具有正確的序列。Liu說,“這一個真正的限制。”

 

    這項新的研究對spCas9酶進行修飾,從而使得潛在的著陸位點增加了至少4倍。從理論上講,這可能允許人們破壞或取代CRISPR當前無法觸及的與人類疾病相關的基因的許多部分。

Liu實驗室先是設計大量稍加改動的spCas9。隨后,在64種可能的三堿基著陸位點---在技術上被稱為前間隔序列鄰近基序(protospacer adjacent motif, PAM)中,Liu團隊選擇出能夠使用更多三堿基著陸位點的spCas9稍加改進版。他們將他們的新酶稱為xCas9,最好的xCas9選擇著陸位點NGN,這種三堿基存在于四分之一的人基因組中。

 

    Liu預計xCas9為獲得更多的著陸位點所付出的代價是更多的潛在危險的脫靶切割,這讓希望在醫學領域使用CRISPR的科學家們感到擔憂。畢竟,傳統觀點認為作為細菌免疫策略的一個天然部分,Cas9在它的DNA結合方面已變得雜亂章,這是因為這不會破壞特異性。Liu解釋道,“PAM結合就好比是看門人,如果你的看門人喝醉了,并且讓很多Cas9跳舞,這應當會破壞靶向性。”但是相反的情形發生了。他說,“如果你要我對為何會如此進行機制上的詳細解釋,那么我的答案是'我不知道'。”

 

    美國斯坦福大學CRISPR研究員Stanley Qi說,這種雙贏局面是“非常令人吃驚的”,并且應當會激起許多實驗室的興趣。“在這項研究中,真正的考驗是如果人們急于使用xCas9(在忘記它的初始版本的情形下)。至少在我的實驗室里,我們非常渴望在我們的應用中嘗試使用它。”

 

    Liu提醒道,這種標準的Cas9多年來已證實了自己;迄今為止,相比于初始的Cas9(即spCas9)已在上千個基因組位點上進行過測試,他的實驗室僅在基因組的幾十個位點上測試了這種新的xCas9。“我并不100%確定xCas9將比spCas9更好。我想要每個人都來測試它,這是因為我想知道是否確實如此。”

 

    (本文轉載自生物谷)

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