尖學術期刊《科學》最新上線發(fā)表的一篇論文中，Broad研究所、麻省理工學院McGovern腦研究所的張鋒教授與其同事帶來了一款全新的CRISPR基因編輯工具，利用“跳躍基因”，讓DNA片段插入基因組變得更加容易。大腸桿菌中的實驗結果顯示成功率達到80%，遠高于經典CRISPR系統(tǒng)。
革命性的基因編輯工具CRISPR/Cas系統(tǒng)實現了在基因組特定位點進行精準編輯。不過，以經典的CRISPR/Cas9為例，從基因組中刪除DNA片段相對容易，要用另一段序列替換原有DNA片段則困難得多。原因在于，“基因剪刀”Cas9把DNA切斷后，DNA雙鏈通過內源損傷修復通路自然愈合，新DNA片段的整合依靠同源重組或非同源末端連接來實現，效率低，而且在很多細胞類型中不起作用。
此次，張鋒教授團隊新開發(fā)的升級版CRISPR編輯系統(tǒng)在靶向插入DNA這方面做出了突破。用“改正”的DNA序列來取代含有致病突變的序列，將為治療某些遺傳疾病提供極大的幫助。
之所以新的CRISPR升級版本可以讓插入DNA變得更容易，關鍵在于首創(chuàng)性地利用了“跳躍基因”。顧名思義，這類DNA片段在基因組中有移動能力。跳躍基因又叫轉座子，可以利用編碼的轉座酶將自己從原來的位置切割出來，并“跳躍”到基因組的其他位置插入進去。
通常情況下，跳躍基因在細胞內既有可能幫助修復突變，也可能引起有害突變。而CRISPR研究人員想要做的是引導和控制轉座子的跳躍，使之插入到基因組的特定位置，避免破壞DNA。
研究團隊從藍藻Scytonema hofmanni中獲得一種轉座酶，它的3個亞基與一種CRISPR效應蛋白Cas12k相關聯。他們將這一系統(tǒng)命名為CAST，即CRISPR相關轉座酶（CRISPR-associated transposase）。
CAST系統(tǒng)利用Cas12k在基因組中搜尋特定的序列位點，Cas12k沒有活性核酸內切酶功能，與DNA只結合不剪切，而是由轉座酶將基因片段直接插入靶位點。不涉及同源重組途徑，也讓這種方法具有安全性上的優(yōu)勢。
研究團隊在大腸桿菌中測試了重編程CAST系統(tǒng)的DNA插入結果，效率非常驚人：經過PCR確認，在基因組目標位點有2.5kb長度的插入產物，并且插入成功率達到80%。相比之下，利用經典CRISPR，這個比例只有1%左右。
不過目前CAST目前同樣存在脫靶的危險，將DNA插入到一些不該插入的地方。目標編輯與非目標編輯的比例為99：1。是否一個脫靶DNA的改變就足以致病，比如說破壞一個關鍵的抑癌基因，這類潛在問題還需要更多的研究來證明。
研究者下一階段將在更復雜的模式生物中檢測這一新系統(tǒng)。盡管還沒有在細菌以外進行測試，但CAST為更高效的新一代基因編輯系統(tǒng)帶來希望。
正因為如此，這項工作引起了很多科學家的關注。俄勒岡健康與科學大學（Oregon Health and Science University）的生殖生物學家Shoukhrat Mitalipov教授表示，這種新技術有可能用于通過基因組編輯來治療疾病，“因為它看起來（比經典的CRISPR）更高效、更精確。雖然只是第一步，已經非常令人鼓舞。”
參考資料
[1] Jonathan Strecker et al., (2019) RNA-guided DNA insertion with CRISPR-associated transposases. Science. DOI: 10.1126/science.aax9181
[2] ‘Jumping genes’ could help CRISPR replace disease-causing DNA, study finds. Retrieved Jun 11, 2019, from https://www.statnews.com/2019/06/06/jumping-genes-could-help-crispr-replace-disease-causing-dna/
合作咨詢
肖女士
021-33392297
Kelly.Xiao@imsinoexpo.com
2006-2025 上海博華國際展覽有限公司版權所有（保留一切權利）
滬ICP備05034851號-57
