Nature發(fā)布CRISPR重要新發(fā)現(xiàn)
日期：2015-03-04 08:57:48
一種強(qiáng)大的基因組編輯工具有可能很快會(huì)變得更為強(qiáng)大。來(lái)自勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員解開了細(xì)菌能夠從病毒和其他外源入侵物處“偷取”遺傳信息，供自身免疫記憶系統(tǒng)使用的關(guān)鍵。研究結(jié)果發(fā)表在2月18日的《自然》（Nature）雜志上。
論文通訊作者、伯克利實(shí)驗(yàn)室物理生物科學(xué)學(xué)部生物化學(xué)家、加州大學(xué)伯克利分校分子與細(xì)胞生物學(xué)系和化學(xué)系的Jennifer Doudna說(shuō)：“我們證實(shí)細(xì)菌只需兩個(gè)蛋白來(lái)推動(dòng)這一過(guò)程：Cas1和Cas2。我們的研究結(jié)果為將所需的遺傳信息導(dǎo)入到人類細(xì)胞中或是糾正現(xiàn)有基因組中的問(wèn)題提供了一種替代方法。”
細(xì)菌面對(duì)著來(lái)自病毒以及入侵核酸鏈質(zhì)粒的不斷攻擊。為了在這樣的攻擊下生存下來(lái)，細(xì)菌和古細(xì)菌采用了多種防御機(jī)制，包括一種以稱作為規(guī)律成簇間隔短回文重復(fù)(Clustered regularly interspaced short palindromic repeat,CRISPR)的DNA元件為中心的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)。CRISPR DNA元件是由一些長(zhǎng)度為30-60個(gè)核苷酸的“重復(fù)序列”組件構(gòu)成，這些重復(fù)序列被長(zhǎng)度變化為30-60個(gè)核苷酸的“間隔序列”（spacer）組件所間隔。
通過(guò)組合CRISPR和一些CRISPR相關(guān)“Cas”蛋白，細(xì)菌能夠利用一些小的自定義RNA分子來(lái)沉默外源入侵物遺傳信息的關(guān)鍵部分，通過(guò)“記住”先前遭受到的感染獲得對(duì)未來(lái)相似入侵的免疫?，F(xiàn)在Doudna和她的研究小組已率先解開了細(xì)菌基于CRISPR的免疫記憶背后的秘密。
論文的主要作者、Doudna加州大學(xué)伯克利分校研究小組成員James Nuñez說(shuō)：“我們了解到細(xì)菌從外源入侵物處獲得一些關(guān)鍵的遺傳信息片段，將這一信息作為新的間隔序列插入到了它們自身基因組的CRISPR位點(diǎn)中。這些外源的間隔序列從根本上說(shuō)發(fā)揮了記憶庫(kù)的功能。”
但直到現(xiàn)在，人們都還不清楚細(xì)菌是如何從外源入侵物的基因組中偷取間隔序列，并將它們轉(zhuǎn)遞至宿主細(xì)菌的CRISPR位點(diǎn)的。采用大腸桿菌開展研究，并在體外高通量測(cè)序插入的間隔序列，Doudna、Nuñez和同事們發(fā)現(xiàn)記憶蛋白Cas1和Cas2識(shí)別了CRISPR位點(diǎn)中的重復(fù)序列，并使這些位點(diǎn)成為了間隔序列插入的靶標(biāo)。
Nuñez說(shuō)：“宿主細(xì)菌CRISPR位點(diǎn)中的重復(fù)序列形成了一些DNA十字形結(jié)構(gòu)，將Cas1和Cas2招募到這一位點(diǎn)實(shí)現(xiàn)間隔序列插入。這些十字形結(jié)構(gòu)告訴了Cas1和Cas2將來(lái)自外源侵入物（病毒或質(zhì)粒）的間隔序列精確地放置到何處。在這一過(guò)程完成后，宿主細(xì)菌對(duì)未來(lái)來(lái)自同類病毒或質(zhì)粒的感染便產(chǎn)生了免疫。”
Doudna和她的研究小組認(rèn)為，在未來(lái)或許可以利用攜帶所需信息如特異蛋白編碼的DNA序列來(lái)編程Cas1和Cas2,利用另外的Cas1和Cas2蛋白將這一DNA插入到人類細(xì)胞基因組的適當(dāng)位點(diǎn)中。
Nuñez說(shuō)：“結(jié)果表明，細(xì)菌和古細(xì)菌已在數(shù)百萬(wàn)年里它們的免疫過(guò)程中利用了Cas1和Cas2蛋白。我們接下來(lái)的任務(wù)是要闡明這一過(guò)程背后的規(guī)則以及如何將它們應(yīng)用于人類細(xì)胞。”
