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發現CRISPR/Cas9基因編輯的“關閉開關”

CRISPR/Cas9基因組編輯正快速地引發生物醫學研究變革，但是這種新技術迄今為止并不是非常的。這種技術能夠在基因組中無意地產生過多的或者不想要的變化，產生脫靶突變，從而限制了它在治療應用中的安全性和療效。

如今，在一項新的研究中，來自美國馬薩諸塞大學醫學院和加拿大多倫多大學的研究人員發現*已知的CRISPR/Cas9活性“關閉開關”，從而為CRISPR/Cas9編輯提供更好的控制。相關研究結果于2016年12月8日在線發表在Cell期刊上，論文標題為“Naturally Occurring Off-Switches for CRISPR-Cas9”。

馬薩諸塞大學醫學院RNA治療研究所教授Erik J. Sontheimer博士、多倫多大學分子遺傳學教授Alan Davidson博士和多倫多大學生物化學助理教授Karen Maxwell博士鑒定出三種自然產生的抑制Cas9核酸酶的蛋白。這些被稱作抗CRISPR的蛋白具有阻斷Cas9切割DNA的能力。

Sontheimer博士說，“CRISPR/Cas9是一種好東西，這是因為它會引入特異性的染色體斷裂從而能夠被用來進行基因組編輯，但是鑒于染色體也會是有害的，好東西過多或者讓它持續太長時間有可能會適得其反。當前，一旦Cas9被轉運到細胞中，就缺乏一種關閉它的可靠方法。如果在執行正確的編輯后，你能夠啟動關閉開關，那么這種問題就會被解除。我們報道*已知的Cas9活性的天然抑制劑。”

Davidson博士說，“CRISPR是非常強大的，但是必須能夠關閉它。這是對現有工具箱的一次非常重要的補充，這應當給予科學家們更多的信心進行基因編輯。”

CRISPR/Cas9系統是一種被細菌用來自我抵抗外源遺傳物質的適應性免疫系統。它由兩個組分組成：一種地切割DNA的分子*（Cas9）和一種引導Cas9在的位點進行切割的向導RNA復合體（gRNA）。這些gRNA是由含有過去的病毒感染在宿主基因組中的序列片段的CRISPR陣列產生的。通過讓Cas9靶向和滅活這些病毒，CRISPR/Cas9系統為細菌細胞提供一種適應性免疫防御。

科學家們能夠利用人工gRNA對CRISPR/Cas9系統進行重編程來對哺乳動物基因中的序列進行切割，并且能夠讓新的遺傳信息片段準確地插入到細胞中。作為一種簡單而又地編輯基因組的方法，CRISPR/Cas9通過讓用于研究的細胞系中的基因失活或編輯更加容易而正在改變著生物醫學研究。它也讓構建能夠被用來研究人類疾病的動物疾病模型簡單化。過去需要幾個月或幾年完成的研究工作如今能夠在幾周內完成。

盡管CRISPR/Cas9系統非常強大，但是它并不是的。用來將Cas9引導到基因組中合適位置的gRNA有時候也會引導Cas9到其他類似的但不是相同的序列上。這些錯配的位點有時能夠被切割，從而導致不想要的損傷。

在很多CRISPR/Cas9應用---包括用于治療開發---中，存在正被靶向編輯的特定細胞類型、組織或器官，這是因為疾病是在那里自我體現出來或者治療益處能夠在那里實現。

Sontheimer博士說，“在這些情形中，CRISPR/Cas9可能進入目的細胞，但是它也可能進入其他的輔助細胞、組織或器官。Cas9活性在這些輔助細胞、組織或器官中是無用的，不然會存在安全風險。但是如果你能夠構建出一種讓Cas9在除靶組織之外的其他地方保持在非活性狀態的關閉開關，那么這種組織特異性將會得到改善。”

Sontheimer博士說，這項新研究不僅鑒定出這種“關閉開關”，而且它還證實Cas9抑制劑自然地存在，而且能夠被鑒定出和使用。

他說，“存在很多種不同細菌產生的不同類型的Cas9，而且這些不同的Cas9在基因組編輯中存在著不同的有用性質。已有幾種存在于工具箱中的Cas9，而且還會有更多的Cas9出現。我們如今證實這些抑制劑存在自然世界中，而且我們已提供一種可能能夠發現它們的策略。”