CRISPR新工具开辟更多可编辑基因组位点

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2018-10-27

发布时间:  据最新一期《科学进展》报道,美国麻省理工学院(MIT)研究人员发现了一种可靶向几乎一半基因组位点的Cas9酶,从而极大地扩展了基因编辑工具的适用范围。

  尽管基因编辑工具近年来取得了相当大的成功,但CRISPR-Cas9在基因组上可访问的位点数量仍然有限。 这是因为CRISPR需要在基因组靶向位点侧翼的一段特定序列——原型间隔区相邻基序(PAM)来识别该位点。

最广泛使用的Cas9酶——化脓性链球菌Cas9,需要两个G核苷酸作为其PAM序列,这极大地限制了其可靶向的位点数量(约占基因组上%的位点)。

  MIT分子机器研究小组负责人约瑟夫·雅各布森教授表示,CRISPR就像一个非常准确和高效的邮政系统,只要邮政编码以零结尾,就可以精确到达想要去的任何地方。 但正因为其非常准确和具体,也限制了可以去到的地点数量。   为了开发更通用的CRISPR系统,研究人员利用算法对细菌序列进行生物信息学检索,以确定是否存在类似的、对PAM限制性要求较低的酶。

为此,他们开发了一种数据分析软件工具,并在实验室中构建了CRISPR的合成版本,以评估新发现酶的性能。   研究最终发现,最成功的酶是来自犬链球菌的ScCas9,其与目前广泛使用的Cas9酶非常相似,但能够靶向常用酶不能靶向的DNA序列。

新酶只需要一个而不是两个G核苷酸作为其PAM序列,从而在基因组上开辟了更多的靶向位点,允许CRISPR靶向许多先前已经超出系统范围的特异性疾病突变。

  例如,一个典型的基因长度约为1000个碱基,如果只是简单地敲除整个基因,其可为研究人员提供许多不同的靶向位点。

但镰状细胞性贫血等疾病是由单一碱基突变引起的,这使其更难以靶向。   雅各布森认为,碱基编辑不仅仅是找到基因中1000个碱基的任意位置并将其敲除的问题,而是一个以非常精确的方式进入并纠正想要改变的基因的问题。 新的CRISPR工具在这些应用中具有非常大的潜力,未来或能追踪基因组上的每个位点。