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张锋Science重大突破:攻克CRISPR-Cas9基因组编辑的主要障碍

发布时间:2015-12-03 11:25 |  点击次数:


来自麻省理工学院-哈佛医学院Broad研究所和麻省理工学院McGovern脑研究所的研究人员,设计改造了革命性的CRISPR-Cas9基因编辑系统,大大减少了“脱靶”编辑错误。这一完善的技术解决了使用基因组编辑时面对的一个主要技术问题。

CRISPR-Cas9系统是通过对细胞的DNA进行精确地靶向修饰来发挥作用。借助于与靶位点序列相匹配的一段短RNA分子,Cas9蛋白可改变指定位点的DNA。尽管Cas9能够高度有效地切割它的靶位点,这一系统有一个主要的缺点:就是一旦进入到细胞中,它可以结合并切割额外的非目标位点。这有可能会造成意外的编辑,完全改变基因表达或是敲除掉某一基因,导致癌症形成或其他的问题出现。

在发表于《科学》(science)杂志上的一篇新研究论文中,张锋(Feng Zhang)和同事们报告称,在构成化脓性链球菌Cas9酶的约1,400个氨基酸中,他们通过改变3个氨基酸将“脱靶编辑”显著减少至无法检测到的水平。

张锋和同事们利用Cas9蛋白的结构知识:负电荷的DNA结合到了Cas9蛋白一个正电荷的凹槽中,来减少了脱靶切割。知道了这一结构,科学家们可预测出用一些中性氨基酸来替代正电荷的氨基酸,相比于“靶向”序列,可以大大减少Cas9与“脱靶”序列的结合。

在试验了各种可能的改变后,张锋研究小组发现三个氨基酸突变可大大减少“脱靶”切割。利用测试的导向RNAs,研究人员证实“脱靶”切割已降低至检测不到的水平。

研究小组将这种新设计的酶命名为“增强型”化脓性链球菌Cas9(eSpCas9),可用于需要高水平特异性的基因组编辑应用。张锋实验室马上将向全世界的研究人员提供这种eSpCas9。该研究小组相信相同的电荷改变方法也会对张锋与合作者们在今年早些时候报告的其他RNA引导DNA靶向酶,包括Cpf1、C2C1和C2C3起作用。

张锋在于华盛顿召开的国际基因编辑峰会上说,快速和高效的基因组编辑前景引起了许多伦理和社会关注。“许多安全性问题都与脱靶效应相关。我们希望开发出eSpCas9将帮助解决其中的一些问题,但我们并没有将其视作为是一个神奇子弹。这一领域正在迅速地发展,在我们认为可以将这一技术投入临床应用前还有许多东西有待了解。”

信息来源:生物通