兩篇Cell文章：發布CRISPR研究重大突破

發布時間：2014-10-15 16:11 原文鏈接：兩篇Cell文章：發布CRISPR研究重大突破

　　發表于10月9日《細胞》（Cell）雜志上的兩篇研究論文中，來自加州大學舊金山分校的科學家報告稱他們應用一種新型的、精確的方法開啟和關閉了細胞內的基因。這一成果有可能促成更好地了解疾病以及開發出新的治療方法。

　　這一研究進展的核心是一個叫做SunTag的新發明。SunTag實質上是一套分子掛鉤，其能夠將多個拷貝的生物活性分子掛到可用來靶向一些基因或其他的分子的蛋白質支架上。相比于沒有這些掛鉤的組裝分子，整合了SunTag的分子生物活性顯著放大。

　　開發這一SunTag的是加州大學舊金山分校分子和細胞藥理學教授、霍華德休斯醫學研究所(HHMI)研究員Ron Vale博士實驗室的研究人員。Vale曾因發現了在細胞內運送貨物的分子馬達而獲得2012年的Albert Lasker基礎醫學研究獎。

　　Vale研究小組利用SunTag顯著放大了研究人員通常利用來標記細胞內分子的綠色熒光蛋白的發光信號。通過顯微鏡觀察，可以看到借助SunTag獲得的信號非常之強，以至于可以利用它來追蹤Vale研究的分子馬達中的單個分子。

　　與加州大學舊金山分校的細胞核分子藥理學教授、HHMI研究員Jonathan Weissman合作，研究人員還利用SunTag增加了稱作為CRISPR的一種生物化學方法的變化。

　　CRISPR是一種幾年前才出現，用于編輯基因組中DNA的新興技術

　　與加州大學舊金山分校的細胞核分子藥理學教授、HHMI研究員Jonathan Weissman合作，研究人員還利用SunTag增加了稱作為CRISPR的一種生物化學方法的變化。

　　CRISPR是一種幾年前才出現，用于編輯基因組中DNA的新興技術。加州大學舊金山分校的研究人員稱，他們沒有改變DNA，而是轉而利用CRISPR以一種可逆的方式精確地上調或下調了基因的活性——這一性能有可能會讓過去用來探索知之甚少的細胞功能的一些方法遭到淘汰。

　　Weissman說：“利用這些技術我們可以微調細胞內基因的活性，這對于細胞重編程具有廣泛的影響。”

　　Vale說，加州大學舊金山分校以及別處的研究人員，過去曾報道過利用CRISPR來開啟和關閉一些基因，但尤其對于開啟一些基因來講，過去報告的一些方法是低效的。

　　“其取決于基因，但這種新方法似乎可將基因開關放大50倍。它是一種更加強有力的激活基因的方法。”

　　借助SunTag，CRISPR已用于闡明癌癥及正常發育

　　CRISPR，成簇的規律間隔的短回文重復序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats），是細菌利用來保護自身對抗病毒的一種天然系統。來自于這一系統的一種蛋白Cas9是實驗室中CRISPR應用的基礎，研究人員可以將任何特異的RNA伴侶分子插入到這一支架中。選擇性的RNA充當了銜接子（adaptor），決定了靶向的基因組位置。加州大學舊金山分校的研究人員將 SunTag附加到這一支架中，使得一個Cas9能夠將多個拷貝的任何蛋白質招募到一段特異的DNA序列上。

　　Weissman研究小組的實驗證實，整合了SunTag的CRISPR分子可用于精確地控制基因組內大量基因的表達。他們利用這一策略鑒別出了阻止癌細胞生長以及調控組織發育的一些基因，并獲得了細菌毒素損傷細胞機制的一些新認識。

　　研究人員將他們用于下調基因的CRISPR技術命名為CRISPR干擾，上調基因的技術命名為CRISPR激活。

　　Weissman 說，可以利用CRISPR激活和CRISPR干擾技術來了解在癌癥、再生醫學或神經退行性疾病中一些特異基因的作用機制。例如，可以采用這些方法來鑒別癌細胞有可能利用來形成耐藥的生物化學信號通路，相同的方法還可用于最終開發出一些新的干細胞策略生成組織移植物。

　　RNA干擾會過時嗎？

　　CRISPR干擾不同于RNA干擾，后者是一種廣為流行的關閉蛋白質生成的策略。

　　Weissman說，CRISPR干擾有潛力淘汰RNA干擾。不同于傳統的RNA干擾技術，CRISPR干擾能夠同時沉默任意數量的單個基因。此外，關閉非靶向基因的風險很小。

　　RNA干擾是在10多年前被發現，其啟動了一個新的研究領域，并催生了一項諾貝爾獎以及許多的新技術公司。RNA干擾是基于基因DNA序列中包含的藍圖來阻斷信使RNA。通過阻止蛋白質生成，RNA干擾可用來解決有關難靶向的蛋白質的問題，這是藥物開發中常見的一個挑戰。

　　而CRISPR是在細胞蛋白質生產過程中較早期的一步發揮作用。

　　Weissman說：“采用RNA干擾時，已經轉錄出了來自DNA的RNA信息，就這一意義來說，馬已經離開了谷倉。而利用CRISPR干擾，我們可以阻止信息被書寫出來。”

　　CRISPR激活基因可以提供一些互補的生物學見解。將SunTag用于CRISPR激活技術，使得在單次實驗中系統地探究基因組中所有基因的生物學作用成為可能。Weissman研究小組利用CRISPR激活鑒別出了抑制癌細胞生長的許多腫瘤抑制基因。在未來的研究中，研究人員還將利用 CRISPR激活技術來揭示癌細胞對一些抗癌藥物形成耐藥的機制——這一過程通常涉及到基因激活。