CRISPR/Cas9系統(tǒng)不可或缺的元件
中國微生物菌種查詢網(wǎng) 來源：生物通 / 2016-12-13 07:55:14
CRISPR/Cas9系統(tǒng)由兩部分組成：分子剪刀Cas9能切斷DNA，但在其天然狀態(tài)無法發(fā)揮功能，另外一個(gè)部分是導(dǎo)向RNA復(fù)合物，在出現(xiàn)匹配的基因序列時(shí)解鎖Cas9，找到準(zhǔn)確的位置切開序列?？茖W(xué)家們在哺乳動(dòng)物中利用人工的導(dǎo)向RNA重編程CRISPR/Cas9系統(tǒng)，在細(xì)胞中精確插入新的遺傳信息片段，精確有效的完成了之前需要數(shù)月或者數(shù)年工作量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
但CRISPR/Cas9系統(tǒng)并不是完全精確，有時(shí)導(dǎo)向RNA會(huì)靶向相似序列，導(dǎo)致脫靶，這種不匹配位點(diǎn)在人體基因組的60億個(gè)核苷酸中出現(xiàn)頻率多達(dá)100倍，這會(huì)給實(shí)驗(yàn)，尤其是人體疾病治療應(yīng)用帶來意外的傷害，再加上倫理學(xué)上的爭議，因此許多科學(xué)家們對CRISPR平臺(tái)的應(yīng)用慎之又慎，一些Anti-CRISPR系統(tǒng)的出現(xiàn)則能為認(rèn)識(shí)和操控CRISPR提供大量有價(jià)值的工具。
早在2012年，來自多倫多大學(xué)AlanR.Davidson領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組第一次證實(shí)一些基因介導(dǎo)了對CRISPR/Cas系統(tǒng)的抑制作用。他們在感染綠膿桿菌（Pseudomonasaeruginosa）的細(xì)菌噬菌體中發(fā)現(xiàn)了5個(gè)不同的I-F型“anti-CRISPR”基因，并證實(shí)噬菌體anti-CRISPR基因突變使得它無法感染具有功能性CRISPR/Cas系統(tǒng)的細(xì)菌。
去年這一研究組在Nature雜志上發(fā)文，確定了其中三種anti-CRISPR蛋白：AcrF1、AcrF2和AcrF3的功能機(jī)制，研究人員發(fā)現(xiàn)每一個(gè)anti-CRISPR蛋白都通過不同的機(jī)制來抑制了CRISPR-Cas的活性。比如說，AcrF3通過阻止招募Cas3將CRISPR-Cas系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榱艘粋€(gè)基因調(diào)控因子。研究人員指出，這些anti-CRISPR蛋白質(zhì)不同的序列及作用機(jī)制表明了獨(dú)立的進(jìn)化，并預(yù)示了還存在其他的方式——蛋白質(zhì)借助于它們改變了CRISPR–Cas的功能。
在這些研究的基礎(chǔ)上，近期這一研究組與麻省大學(xué)ErikJ.Sontheimer教授合作，鑒定出了3個(gè)能夠抑制Cas9酶的天然蛋白質(zhì)家族。這些抑制性蛋白能直接綁定NmeCas9（N.meningitidisCas9），而且更重要的是，這些anti-CRISPRs能夠被作為人類細(xì)胞基因編輯的有效抑制劑。
Davidson博士說，“CRISPR是一個(gè)非常強(qiáng)大的基因編輯工具，但我們必須能夠關(guān)掉它。這種關(guān)閉工具的發(fā)現(xiàn)將能幫助研究人員對CRISPR系統(tǒng)更有信心?！?
CRISPR/Cas9系統(tǒng)可以靶向靶標(biāo)細(xì)胞，但也有可能會(huì)影響其它輔助細(xì)胞，組織或者器官。Cas9酶在這些細(xì)胞，組織器官中的活性無用，且會(huì)造成安全風(fēng)險(xiǎn)。如果構(gòu)建一種關(guān)閉開關(guān)，那么就能確保Cas9不會(huì)在除了靶標(biāo)組織以外的地方濫用，組織特異性就能提高。
這一新研究不僅發(fā)現(xiàn)了關(guān)閉開關(guān)，而且還指出Cas9抑制劑天然存在，能夠被開發(fā)利用。
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