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Cell突破:又1篇!科学家再次发现CRISPR“关闭开关”

2017/01/03 来源:生物探索
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导读
CRISPR技术的脱靶效应深深影响着该技术在治疗应用中的安全性和有效性。2016年12月,多个科学家小组发现CRISPR关闭开关,有望为该技术在2017年更安全的应用带来希望。相关成果先后发表在Cell杂志上。


2016年12月29日,发表在Cell杂志上题为“Inhibition of CRISPR-Cas9 with Bacteriophage Proteins”的研究中,来自加州大学旧金山分校(UCSF)的科学家们找到了在细菌和人类细胞中能都能够阻止CRISPR系统基因编辑活性的抑制剂。科学家们发现的这两个“关闭开关”为 AcrIIA2和AcrIIA4,通过阻碍Cas9酶的活性发挥抑制作用。

开展寻找“关闭开关”研究时,科学家们基于了这样的一个假说:细菌自身基因组中可能包含了阻止CRISPR切割靶DNA的抑制剂序列。这项新成果证明了研究人员的假说是正确的。UCSF的Joseph Bondy-Denomy博士是这一研究的通讯作者。

实验室参与该研究的博士后Benjamin Rauch和同事们在李斯特菌中找到了多种称为anti-CRISPRs的抑制剂。其中,AcrIIA2和AcrIIA4两个抑制剂能够阻断来自酿脓链球菌的Cas9酶或SpyCas9酶活性。其中,Cas9酶频繁用于基因组编辑中。SpyCas9是Cas9的变体,现在被世界大多数实验室使用。

这些anti-CRISPR的序列是通过先前的噬菌体感染留在细菌基因组中的。Rauch表示,正如CRISPR技术是开发自细菌天然的抗病毒系统,我们也可以利用病毒躲避细菌防御的anti-CRISPR蛋白寻找关闭开关。

同月另一篇Cell:科学家首次找到“魔剪”CRISPR“关闭”开关

在这里,我们不得不提到去年同月发表在Cell杂志上的另一篇文章(题目:Naturally Occurring Off-Switches for CRISPR-Cas9)。在这一研究中,来自多伦多大学和马萨诸塞大学的科学家们首次发现了CRISPR/Cas9的“关闭开关”(off-switches)。

具体来说,研究小组找到了特异性抑制脑膜炎奈瑟氏球菌(Neisseria meningitidis)CRISPR-Cas9系统的anti-CRISPRs三大不同的家族。研究表明,这些抑制性蛋白直接绑定了NmeCas9(N. meningitidis Cas9)。研究证实,这些anti-CRISPRs能够被用作人类细胞基因编辑的有效抑制剂。需要注意的是,这一研究中发现的anti-CRISPR不能作用于来自酿脓链球菌的Cas9酶。

该研究的共同通讯作者Erik J. Sontheimer博士说:“一旦基因编辑系统进入细胞后,科学家们缺乏一个可靠的方法来关闭Cas9的活性。如果我们能够在正确的基因编辑完成后打开一个‘关闭开关’,问题就很容易解决了。在这一研究中,我们报告了首个已知的Cas9活性天然抑制剂。”


下一步计划

科学家们认为,anti-CRISPR蛋白的发现将成为研究和治疗复杂和多基因疾病的关键。Bondy-Denomy指出,一些研究者和公众担心如此强大的CRISPR技术会被不合理的使用,带来危险。这些抑制剂为阻止不法的、失控的CRISPR应用提供了手段,将帮助提高CRISPR研究的安全性。

Rauch说:“我们下一步的研究计划是调查这些CRISPR抑制剂是否能够在人类细胞中通过降低脱靶效应,改善基因编辑的精准度。我们也非常想弄清楚,这些抑制蛋白是如何阻断Cas9基因编辑活性的。此外,我们还会在其它的细菌中寻找更多、更好的CRISPR抑制剂。”

参考资料:

The-scientist:More Anti-CRISPR Proteins To Block Cas9

GEN:Off Switch Found for Common Version of the CRISPR-Cas9 System

Cell:Inhibition of CRISPR-Cas9 with Bacteriophage Proteins

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