Nature：CRISPR技術的應用舞臺

日期：2016-03-10 09:28:44

3月7日，Nature網站發表了一篇題為“CRISPR: gene editing is just the beginning”的文章，在這一長篇新聞特稿中Nature指出基因編輯只是CRISPR技術應用的一個起點，這一生物工具的真正能力在于探索基因組的運作機制。并為我們介紹了近年發布在Nature、Science、Cell三大頂級期刊及子刊上那些重大的CRISPR技術成果及應用。

CRISPR表觀遺傳學

當荷蘭格羅寧根大學醫學中心的遺傳學家Marianne Rots開始她的職業生涯時，她想找到一些新的醫療方法。她研究了靶向疾病突變基因的基因療法。但在幾年后，她決定改變策略。“我認為不只是我過去一直關注的單基因突變，更多的疾病是由于基因表達譜擾亂所引起。”她認為，控制基因活性最好的方法是調整表觀基因組而非基因組。

表觀基因組指的是添加到DNA和組蛋白上的一系列化合物，它們可以控制對DNA的訪問。這些標記物會隨時間發生改變：隨著生物體的發育和環境的改變它們不斷地被添加及移除。

在過去的幾年里，千百萬美元被投入于編寫不同的人類基因組中這些表觀遺傳標記的目錄，以及它們的模式與從腦活動到腫瘤生長一切事物的關系。然而沒有在特異位點改變這種標記的能力，研究人員無法確定它們是否引起了一些生物學改變。阿拉巴馬大學神經系統科學家Jeremy Day說：“由于我們沒有遺傳學家擁有的那些工具——利用它們遺傳學家可以導入并直接測試基因的功能，這一領域遭到了許多阻力。”

CRISPR–Cas9改變了這種情況。在2015年4月，杜克大學生工程學家Charles Gersbach和同事們發布了一個系統，其利用打碎的剪刀將酶攜帶至基因組中的特異位點，將一種類型的表觀遺傳標記：乙酰基添加到了組蛋白上。

研究小組發現，將乙酰基添加到組蛋白上足以使靶基因的表達飆升，證實了這一系統發揮了作用，在這一位點表觀遺傳標記物造成了影響。當Gersbach發布這項工作時，他將酶交給了Addgene公司，以便其他的研究團隊可以使用它——并且他們很快這樣做了。Gersbach預測，一波即將到來的論文將會顯示同時操控多個表觀遺傳標志時的協同效應。

這些工具還需改進。有幾十種酶可以構建或除去DNA上的表觀遺傳標記，但并非所有的都適合打碎剪刀這種方法。Gersbach說：“結果表明比許多人期望的要難得多。你將許多東西連接到無生命的Cas9上，它們根本不起作用。”有時很難闡明意外的結果是由于研究方法沒有很好地發揮作用，或只是表觀遺傳標記對特殊的細胞或環境并不重要。

Rots一直在用舊編輯工具——鋅指蛋白來探究癌癥相關基因上表觀遺傳標記的功能，現在他采用了CRISPR–Cas9。她說，這些新工具已在這一領域普遍使用，造成了廣泛的影響。人們過去常說，關聯是巧合，Rots說——如果你重寫了表觀遺傳，它將對基因表達沒有影響。“而現在測試變得不再困難，很多人都在加入這一領域。”