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MIT:CRISPR技术再升级,走入精准控制时代

2016/09/16 来源:药明康德
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导读
这项技术的主要研究者Piyush Jain博士是一名操纵RNA的高手。他在加入MIT前,曾有效地利用紫外光,控制了RNA干扰的进程。与RNA干扰类似,CRISPR的基因编辑机理中也离不开RNA分子,这就让Jain博士诞生了用紫外光控制CRISPR的想法。
如果说到近几年来生物学领域取得的重大突破,或许很多人都会提到CRISPR。作为一项极具潜力的基因编辑技术,CRISPR不但在新药研发的高通量筛选过程中扮演了越来越重要的角色,更有直接应用于临床的能力——今年6月,美国NIH下属的重组DNA咨询委员会投票一致通过CRISPR可用于人体基因编辑。而在7月,四川大学华西医院的科学家也宣布将把CRISPR技术应用于人体,以期治疗非小细胞肺癌。不难想象,未来我们将看到更多CRISPR的应用诞生。

作为一款基因编辑工具,在临床应用时,科学家们往往希望CRISPR能够在他们想要的时候,精准地作用于他们感兴趣的细胞,而不希望简单粗放地对所有细胞“一刀切”。这也是目前诸多研究人员努力的方向。而最近MIT的科学家们开发的创新技术,则让CRISPR有望走入精准时代。


这项技术的主要研究者Piyush Jain博士是一名操纵RNA的高手。他在加入MIT前,曾有效地利用紫外光,控制了RNA干扰的进程。与RNA干扰类似,CRISPR的基因编辑机理中也离不开RNA分子,这就让Jain博士诞生了用紫外光控制CRISPR的想法。

“当他加入MIT的时候,CRISPR正进入爆发期。他对用光来启动CRISPR技术的想法感到非常振奋。”Jain博士的导师,MIT的Sangeeta Bhatia教授说道。


▲Piyush Jain博士

Jain博士并非首个冒出这样想法的人。先前,许多研究人员计划改造Cas9蛋白,让它在一定的波长下才有剪切的效应。这样改造蛋白质的设计无疑工程量巨大。而Jain博士则选择了一条截然不同的道路——在他的设计中,只有在特定的波长下,引导Cas9蛋白的RNA才会与它结合。

具体来说,Jain博士设计了一类全新的DNA分子,它有两个特性:第一,它能够与向导RNA的序列完美结合,让向导RNA失去了吸引Cas9蛋白的能力;第二,它的结构不稳定。在波长为365纳米的紫外光下,这类DNA会发生断裂,“解放”向导RNA。这些RNA也就能顺利地与基因组上的特异部位结合,引来Cas9蛋白进行剪切。

这项技术的最大意义,在于能够在人为选定的时间,对选定的细胞基因组进行编辑。因此,它也有极为广泛的应用前景。举例来说,有些基因只在癌症发生的某个特定阶段才起作用,而精准的剪切能帮助研究人员更好地了解这些基因在癌症发生过程中的作用,从而提供潜在的新靶点。其次,它也能用更精确的方法关闭肿瘤细胞中的基因,而不影响到周围的正常细胞。

“CRISPR-Cas9系统是一个非常有效的技术,能让科学家研究基因如何影响细胞的行为,”佐治亚理工生物医学工程系的James Dahlman教授评论道:“这一重要的进展能让我们精准地控制基因的变化。整个科学界将因此有一个全新的工具来推进基因编辑的研究。”

目前,Jain博士的团队正在尝试用这项CRISPR技术来“关闭”皮肤癌细胞中的致癌基因。这一便于接触光线的组织,或许将带来CRISPR治疗癌症的一大突破。

参考资料:

[1] Development of Light-Activated CRISPR Using Guide RNAs with Photocleavable Protectors

[2] Using light to control genome editing

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