馬涵慧博士再發CRISPR研究成果

日期：2016-08-30 09:00:01

最近在《Journal of Cell Biology》發表的一項研究中，美國麻省大學醫學院的科學家，揭示了“CRISPR-Cas9機器在活細胞內如何運作”的重要新細節，對于開發使用強大基因編輯工具的治療方法，具有重要的意義。

本文通訊作者、生物化學與分子藥理學教授Thoru Pederson博士說：“關于‘CRISPR-Cas9復合物如何在活細胞的基因組周圍四處活動并發現其靶標’的細節，我們了解甚少。在這項研究中，我們了解到這臺機器是如何工作的，這對于試圖開發基因編輯工具用于實驗室和臨床的研究者來說，是非常重要的和有用的。”

作為該細菌免疫系統（防止病毒入侵）的一個組件，CRISPR-Cas9復合物是一種強大的基因編輯系統。CRISPR-Cas9適于在實驗室里，它比以前的技術更有效和精確，因為科學家們能找到方法，快速地編程和傳遞它，以選擇性地編輯用于研究的特定基因序列。為了切割一段雙鏈DNA，CRISPR-Cas9利用一段大約20個堿基對的向導RNA，來靶定基因組的特定靶區域，然后，Cas9復合物將進行切割。這使得科學家能夠切除基因組中的基因序列，或向基因組中插入基因序列。

CRISPR/Cas9系統在活細胞內如何運作的根本動力學，我們還不清楚，一些傳遞系統和技術已經比其他的更為成功。為了觀察CRISPR-Cas9系統在一個活細胞內是如何運作的，Pederson博士和同事們開發了一種技術，能用不同的熒光分子來標記導向RNA和Cas9元件，這樣就可以同時跟蹤它們。

他們發現，向導RNA——當不結合Cas9時，是極其短暫的。當Cas9和向導RNA進行組裝時，該復合物要穩定得多，大約有一半其一生（大概十五分鐘）是在細胞核內，其余的則更為穩定。

本文共同第一作者、Pederson實驗室的研究專家馬涵慧（Hanhui Ma）博士指出：“Cas9可使導向RNA穩定。如果你分別將向導RNA和Cas9傳遞入細胞，以讓它們進行組裝，它將不會那么的有效，因為一些向導RNA會降解。如果你把它們都傳遞到細胞內，已經組裝，你會看到更多的活性。”馬博士早年畢業于中國科學院上海生命科學研究院。

其他的研究成員——包括RNA療法研究所助理教授David Grunwald博士，Grunwald實驗室博士后Li-Chun Tu博士發現，通過Cas9引導性RNA復合物的靶標停留持續時間，決定著DNA是否將被切割。當向導RNA序列與靶DNA序列完全匹配時，這種Cas9引導性RNA復合物在離開之前仍然結合長達兩小時的時間，同時切割完成。如果是不匹配的引導性RNA靶向DNA序列，該復合物只會持續幾分鐘的時間，并且切割受損。

馬博士說，知道了這一點，科學家就有可能通過數學方法，根據CRISPR位于基因組上多久，來預測脫靶切割可能發生在哪里。馬博士補充說：“我們仍然不知道CRISPR的規則。每個人都想知道，當它進入一個活細胞時會發生什么。這項研究有助于寫一篇《操作手冊》。”

在今年4月，這個研究小組開發出了一項利用CRISPR/Cas9的新技術：CRISPRainbow，它使得研究人員能夠在活細胞中標記和追蹤7個不同的基因組位點。這一標記系統將成為實時研究基因組結構的一個寶貴的工具，研究人員在《自然生物技術》（Nature Biotechnology）發布了關于它的詳細資料。

而在2015年《PNAS》發表的一項研究中，馬涵慧博士帶領研究人員，利用來自三種細菌直系同源物的催化失活Cas核酸內切酶（dCas9），設計了一種基于CRISPR的多色熒光標記系統，可特定而有區別地同時標記不同對的染色體位點。每對dCas9-熒光蛋白和同源單導向RNAs（sgRNAs），可有效地標記人活細胞內的幾個靶位點。從而可讓我們評估活細胞中位點之間的距離。