多重測序新技術揭示CRISPR特異性

日期：2016-01-21 09:07:21

很少有什么技術能像CRISPR那樣在一夜之間改變整個領域。CRISPR-Cas9原本是細菌在漫長的進化史中演化出的重要防御機制。規律成簇的間隔短回文重復CRISPR與內切酶Cas9的組合，可以在引導RNA的指引下，靶標并切割入侵者的遺傳物質。 2012年研究者們利用這一特點，將CRISPR系統發展成了強大的基因組編輯工具。該系統使用簡單而且擴展性強，很快便成為了基因編輯領域中最耀眼的明星。

雖然CRISPR-Cas9基因組編輯已經被廣泛應用于生物醫學研究，但是Cas9核酸酶在基因組中的靶標特異性仍然存在爭議。2015年2月韓國首爾大學的研究人員在Nature Methods雜志上發布了Digenome-seq方法，通過基因組測序來檢測CRISPR-Cas9在基因組中的打靶和脫靶情況。研究顯示，Digenome-seq是一種強大、敏感、無偏見的高性價比方法，很適合在人類基因組中分析CRISPR-Cas9的脫靶效應。此外，他們還證實CRISPR-Cas9在人類細胞中有精確的打靶作用。

現在這一團隊又在一月十九日的Genome Research雜志上發表文章，為人們展示了升級版的多重化Digenome-seq。他們用這一技術同時分析了11個CRISPR-Cas9核酸酶在整個基因組中的特異性，大大節省了CRISPR脫靶分析所需的時間和經費。

研究人員先將基因組DNA從人類細胞中提取出來，然后用多個sgRNA-Cas9組合進行消化，最后進行全基因組測序。他們用一種新的DNA剪切評分系統，鑒定了Cas9在基因組中的剪切模式，即打靶和脫靶位點的特性。研究表明，轉錄自雙鏈寡核苷酸的sgRNA引起了許多脫靶事件，而轉錄自質粒模板的sgRNA沒有這樣的問題。多重化Digenome-seq可以捕捉到很多被其他方法漏掉的良性脫靶位點。研究人員還在此基礎上給出了減少CRISPR-Cas9脫靶效應的指南。

CRISPR系統的脫靶效應吸引了許多研究團隊的目光。2014年11月，遺傳學大牛George M. Church領導哈佛醫學院的團隊，在Nature Communications雜志上展示了CRISPR編輯iPS細胞的脫靶情況。他們對人iPS細胞進行CRISPR基因編輯，然后將全基因組測序和靶向深度測序結合起來，鑒定了Cas9編輯iPS細胞時的脫靶效應。研究指出，CRISPR編輯人類iPSC并沒有導致顯著的基因組改變或突變率提高，不過有一種單核苷酸變異（SNV）會影響Cas9的特異性。

2014年12月，麻省總醫院（MGH）的研究團隊在Nature Biotechnology雜志上發布了檢測全基因組CRISPR脫靶效應的測序方法——GUIDE-seq。以往人們在檢測CRISPR脫靶效應的時候，往往事先假定脫靶位點與靶標位點相似。GUIDE-seq是首個不需要這樣做的方法，而且它相當靈敏。研究人員利用一種短雙鏈寡核苷酸來標記CRISPR誘導的脫靶斷裂，測序這些標簽所在的基因組區域，就能夠確定脫靶突變的位置。