Science:张锋新成果“剑指”CRISPR脱靶效应!

日期: 2015年12月02日


    

 

2015年,基因编辑这个词可谓是最活跃的科技词汇之一;CRISPR作为最受欢迎的基因编辑神器更是突破不断。虽然今年它最终没能摘得诺奖,但是技术的一次次更新和突破让科学界根本无法忽视这一技术的巨大实力和无限潜力。

 

Cas9酶是基因编辑系统中一个非常关键的组成部分,而脱靶效应一直是CRISPR技术需要克服的重大技术问题。在任何临床应用之前,医生和监管机构必须确保Cas9酶不会引起非目标基因组的损伤。

 

11月30日,发表在《科学》杂志上的一项研究中,麻省理工学院-哈佛医学院Broad研究所CRISPR大神张锋的研究小组又取得了一项突破性的成果。研究人员通过创建了3个新版本的Cas9酶大大降低了CRISPR/Cas9系统的脱靶效应;有效改善了这一技术的最大局限性之一。

 

张锋的团队通过改变构成化脓性链球菌Cas9酶的约1,400个氨基酸中的3个氨基酸将“脱靶编辑”显著减少至无法检测到的水平。他说,不同于其他降低CRISPR/Cas9系统错误率的方式,这些新酶的使用不需要改变许多研究人员现在参照的CRISPR/Cas9系统的protocol。

 

新版本的Cas9酶如何形成的?

The Cas9 enzyme cuts DNA (in red) to which it is guided by an RNA sequence (in green)

 

在这项研究中,科学家们利用了Cas9蛋白的结构知识来降低脱靶切割(off-target cutting),即带负电荷的DNA是结合到带正电荷的Cas9蛋白的凹槽。基于这样的原理,他们预测,相较于“靶向”序列,用一些中性氨基酸来替代正电荷的氨基酸,可以减少Cas9与“脱靶”序列的结合。

 

在试验了各种可能的改变后,张锋研究小组发现三个氨基酸突变可大大减少“脱靶”切割。利用测试的导向RNAs,研究人员证实“脱靶”切割已降低至检测不到的水平。研究小组将这种新设计的酶命名为“增强型”化脓性链球菌Cas9(eSpCas9),可用于需要高水平特异性的基因组编辑应用。

 

张锋实验室马上将向全世界的研究人员提供这种eSpCas9。该研究小组相信相同的电荷改变方法也会对张锋与合作者们在今年早些时候报告的其他RNA引导DNA靶向酶,包括Cpf1、C2C1和C2C3发挥作用。

 

科学家如何评价新系统

 

 

并未参与这项研究的哈佛大学化学生物家David Liu 说:“这项工作实际上实在调和Cas9多余的‘热情’,使它只能作用于目标序列。对很多科研应用而言,使用不变的Cas9也一样可以。但是当用于治疗领域时,研究人员希望能够降低错误率,使之不超过人类细胞正常的DNA突变率。在治疗应用中,我们都希望程序能够以最大的准确度发挥作用,确保不能编辑到基因组中预想之外的位点。”

 

张锋将对CRISPR/Cas9系统的改善比作“让汽车变得更快”的过程:新的Cas9酶就像为CRISPR/Cas9系统加上了更大的发动机。他说:“当然,汽车提速的方法很多;同样,还可以结合其它的方法产生马力更强的酶。”

 

本文转载自生物探索,赛业生物特别分享!

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