Nature發(fā)布CRISPR/Cas9系統(tǒng)應(yīng)用新突破

日期：2016-04-29 08:54:24

來自洛克菲勒大學(xué)的研究人員報(bào)告稱，他們利用CRISPR/Cas9成功地有效引入了特異的純合子和雜合子突變。這一突破性的成果發(fā)布在4月27日的《自然》（Nature）雜志上。

細(xì)菌CRISPR/Cas9系統(tǒng)使得人們能夠在許多生物中實(shí)現(xiàn)序列特異性的基因編輯，有望成為在人類多能干細(xì)胞中建立人類疾病模型的一種強(qiáng)大工具。CRISPR/Cas9能夠以高效率引入靶向DNA雙鏈斷裂(DSBs)，然而通常由非同源末端連接（NHEJ)介導(dǎo)的修復(fù)過程會(huì)導(dǎo)致非特異性的插入、缺失或其他突變(indels)。

DSBs也可以通過同源指導(dǎo)修復(fù)(HDR)利用DNA修復(fù)模板，如導(dǎo)入的單鏈寡核苷酸(ssODN)來進(jìn)行修復(fù)，由此敲入特異的突變。盡管當(dāng)前CRISPR/Cas9被廣泛用于借助NHEJ來操控基因敲除，通過HDR實(shí)現(xiàn)基因編輯仍然低效，并可遭到其他indels的破壞，阻礙了它通過引入基因相關(guān)突變廣泛用于建立遺傳疾病模型。此外，迄今為止尚未有人報(bào)道成功地在單等位基因處實(shí)現(xiàn)靶向突變敲入來構(gòu)建出雜合子突變引起的疾病。

在這篇Nature文章中，洛克菲勒大學(xué)的Marc Tessier-Lavigne和同事們描述了一種基于CRISPR/Cas9的基因組編輯框架，它使得能夠以高效率及精度選擇性引入單等位基因和雙等位基因序列改變。研究人員證實(shí)，通過整合一些阻斷CRISPR/Cas沉默突變及致病突變可以顯著提高HDR的精度，并建立了一種叫做“CORRECT”的方法來實(shí)現(xiàn)無痕基因組編輯。

通過確定一個(gè)突變的摻入率以及它與DSB距離之間固定不變的逆相關(guān)關(guān)系的特征并利用它，研究人員實(shí)現(xiàn)了可預(yù)測地控制純合性。引入純合子突變要求向?qū)?/span>RNA靶向目的突變附近，而引入雜合子突變則可通過距離依賴性的次優(yōu)突變摻入，或利用混合修復(fù)模板來實(shí)現(xiàn)。

利用這種方法，他們構(gòu)建出了具有雜合子和純合子顯性早發(fā)阿爾茨海默病致病APPSwe和presenilin 1 (PSEN1M146V)突變的人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞及衍生的大腦皮層神經(jīng)元，這些細(xì)胞顯示出基因型依賴性的疾病相關(guān)表型。

新研究實(shí)現(xiàn)了利用CRISPR/Cas9有效地引入特異性的序列改變，這一突破性的成果將推動(dòng)人類的疾病研究。

從2013年以來CRISPR/Cas9技術(shù)持續(xù)火爆，方便快捷的方式迅速風(fēng)靡科研界，不論是醫(yī)學(xué)研究，農(nóng)學(xué)研究，微生物研究，都對其投入巨大精力。

大多數(shù)的人類遺傳病都是由點(diǎn)突變——DNA序列中單個(gè)的堿基錯(cuò)誤所引起。然而，當(dāng)前的基因組編輯方法卻無法高效地糾正細(xì)胞內(nèi)的這些突變，還往往會(huì)導(dǎo)致隨機(jī)核苷酸插入或缺失(indels)一類的副作用。近日哈佛大學(xué)的研究人員改造CRISPR/Cas9技術(shù)解決了這些問題，構(gòu)建出了一種新型的“堿基編輯器”，其能夠在人類和小鼠細(xì)胞系中以低出錯(cuò)率永久及高效地將胞嘧啶(C)轉(zhuǎn)換為尿嘧啶(U)堿基。他們的成果發(fā)布在2016年4月20日的Nature雜志上。

2016年4月，中國的研究人員報(bào)告稱，他們編輯了人類胚胎的一些基因試圖使得它們能夠抵抗HIV感染。研究人員對不能存活的胚胎使用了CRISPR/Cas9編輯工具，三天后這些胚胎被毀掉。這是目前第二篇發(fā)布聲明對人類胚胎進(jìn)行基因編輯的研究論文。

基因編輯工具CRISPR-Cas9現(xiàn)在可作為一種靈活、易使用的方法，靶向及追蹤活細(xì)胞中RNA的活動(dòng)。發(fā)布在2016年3月17日Cell雜志上的這一新方法，有可能最終可用于研究廣泛的疾病相關(guān)RNA過程，及操控基因轉(zhuǎn)錄進(jìn)行疾病建模。