Nature子刊：基因組編輯新技術

日期：2013-08-14 08:58:52

許多的實驗室都在利用近期發現的一種細菌和古細菌天然防御機制作為基因組編輯工具。與真核生物的RNA干擾過程相似，這一CRISPR-Cas系統通過序列特異性切割外源核酸，保護了原核生物免受病毒攻擊。而CRISPR-Cas系統有可能發生非特異性靶向，導致基因組別處突變，也引起了人們越來越多的關注。

在發表于8月1日《自然生物技術》（Nature Biotechnology）雜志上的一項新研究中，哈佛醫學院的George Church及同事們比較了CRISPR-Cas系統，與以轉錄激活因子樣效應子（transcription activator like effectors，TALEs）為基礎的另一種基因表編輯工具在人類細胞中的靶向特異性。重要的是，Church研究小組還提出了一種新方法減少了利用CRISPR-Cas時的潛在脫靶效應。

CRISPR-Cas系統是通過將短鏈外源遺傳物質整合到宿主基因組中來發揮作用的。這些序列被轉錄并加工成小RNAs，隨后小RNAs可與Cas蛋白復合物一起結合與小RNA序列相匹配的外源DNA或RNA，從而導致入侵核酸遭到序列特異性地切割和破壞。

在新研究中，Church和他的研究團隊發現，TAL效應子容許靶序列1-2個堿基對錯配；由單導向RNA（single-guide RNA）和Cas9蛋白構成的復合物能夠容許1-3個堿基對錯配?！斑@不是一個大問題，但它卻可能會導致一些脫靶效應，”洛克菲勒大學CRISPR干擾專家Luciano Marraffini說。

為了解決這一問題，Church研究小組生成了一系列的Cas9突變體，這些Cas9突變體沒有生成雙鏈斷裂，而是引入了偏移缺口，每個缺口只影響一條DNA鏈。盡管這一策略實質上造成了雙鏈斷裂，它通常不會導致非同源末端連接（雙鏈斷裂的一種細胞修復機制）引起的插入或刪除。因此，這種方法可能會減少脫靶效應。

利用核酸酶系統重新構建基因組并非全新的研究。研究人員過去也曾為了減少脫靶效應，而制造出了另一種基于鋅指核酸酶的基因組編輯工具。今年早些時候，Marraffini和他的合作者們報告稱，可將Cas9轉換為一種切口酶，減少與DNA修復機制相關的脫靶突變。

然而，Church的方法是否確實能減少脫靶效應仍有待證明。Sangamo BioSciences公司首席科學官Philip Gregor 說：“Church朝著解決這一問題邁出了第一步。但本文沒有對這一切口誘導雙鏈DNA切割方法的特異性進行評估。解決這一特異性問題非常的重要?！?SPAN lang=EN-US>

Sangamo公司當前正在開展臨床試驗，評估用鋅指核酸酶來治療HIV/AIDs。盡管Church指出相比于鋅指核酸酶和TAL效應子，CRISPR-Cas系統要容易100-1000倍，但Gregory仍有所懷疑?！爸辽僖运斍暗男问?，CRISPR-Cas9系統極易發生重要的脫靶活性，其可能超過期望目標位點的切割水平，”Gregory說。