Nat:强大的xCas9让CRISPR基因编辑更加万能 DN切割编辑

顾汉现

Nature：强大的xCas9让CRISPR基因编辑更加万能

2018-03-03 10:32

2018年3月3日/生物谷BIOON/---当沉浸在被称作CRISPR的革命性基因组编辑方法所产生的兴奋中时，你应不会了解到以下一点：正如如今实践中表现的那样，它远非完美。它的标准组分仅在基因组的有限区域中寻找并切割DNA，而且它的分子剪刀会发生摇摆，从而导致“脱靶”突变。许多研究团队正在努力做得更好。如今，在一项新的研究中，由美国哈佛大学化学家David Liu领导的一个团队设计出一种新的CRISPR版本，该版本有潜力变得更加灵巧和更加精确。相关研究结果于2018年2月28日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Evolved Cas9 variants with broad PAM compatibility and high DNA specificity”。

图片来自Feng Zhang/Broad Institute。

美国马萨诸塞大学医学院的CRISPR先驱Erik Sontheimer说，“这是一项非常令人印象深刻的重要研究。”

CRISPR有多种形式，但它们都依赖于由RNA组成的向导分子来携带一种DNA切割酶---最为常用的一种是Cas9 ---到基因组的特定区域上。然而，这种复合物在DNA上的着陆位点具有特定的分子特征。标准CRISPR工具包中的酶Cas9因它天然地来源于酿脓链球菌（Streptococcus pyogenes）而被称作spCas9，它仅能够着陆在一端具有特定的三碱基NGG（N代表四种碱基中的任意一种，G代表鸟嘌呤）的基因组片段上。在长32亿个碱基对的人基因组中，大约仅其中的1/16具有正确的序列。Liu说，“这一个真正的限制。”

这项新的研究对spCas9酶进行修饰，从而使得潜在的着陆位点增加了至少4倍。从理论上讲，这可能允许人们破坏或取代CRISPR当前无法触及的与人类疾病相关的基因的许多部分。

Liu实验室先是设计大量稍加改动的spCas9。随后，在64种可能的三碱基着陆位点---在技术上被称为前间隔序列邻近基序（protospacer adjacent motif, PAM）中，Liu团队选择出能够使用更多三碱基着陆位点的spCas9稍加改进版。他们将他们的新酶称为xCas9，最好的xCas9选择着陆位点NGN，这种三碱基存在于四分之一的人基因组中。

Liu预计xCas9为获得更多的着陆位点所付出的代价是更多的潜在危险的脱靶切割，这让希望在医学领域使用CRISPR的科学家们感到担忧。毕竟，传统观点认为作为细菌免疫策略的一个天然部分，Cas9在它的DNA结合方面已变得杂乱章，这是因为这不会破坏特异性。Liu解释道，“PAM结合就好比是看门人，如果你的看门人喝醉了，并且让很多Cas9跳舞，这应当会破坏靶向性。”但是相反的情形发生了。他说，“如果你要我对为何会如此进行机制上的详细解释，那么我的答案是'我不知道'。”

美国斯坦福大学CRISPR研究员Stanley Qi说，这种双赢局面是“非常令人吃惊的”，并且应当会激起许多实验室的兴趣。“在这项研究中，真正的考验是如果人们急于使用xCas9（在忘记它的初始版本的情形下）。至少在我的实验室里，我们非常渴望在我们的应用中尝试使用它。”

Liu提醒道，这种标准的Cas9多年来已证实了自己；迄今为止，相比于初始的Cas9（即spCas9）已在上千个基因组位点上进行过测试，他的实验室仅在基因组的几十个位点上测试了这种新的xCas9。“我并不100％确定xCas9将比spCas9更好。我想要每个人都来测试它，这是因为我想知道是否确实如此。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Johnny H. Hu, Shannon M. Miller, Maarten H. Geurts et al. Evolved Cas9 variants with broad PAM compatibility and high DNA specificity. Nature, Published online: 28 February 2018, doi:10.1038/nature26155

https://www.nature.com/articles/nature26155

http://news.bioon.com/article/6718303.html



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