Mol Cell：解答CRISPR基因编辑疑惑：为何有时无效？
2018-07-12 小通 生物通
生物化学家发现了CRISPR系统基因组编辑失败的原因，这一研究揭示了Cas9最常用的靶标。
生物化学家发现了CRISPR系统基因组编辑失败的原因，这一研究揭示了Cas9最常用的靶标。
伊利诺伊大学芝加哥分校的研究人员第一次指出了为什么CRISPR基因编辑有时无法生效，以及如何能帮助这一过程更为有效。
CRISPR是一种大热的基因编辑工具，它能帮助科学家们从DNA中切除不需要的基因或遗传物质，有时还可以添加上所需的序列。CRISPR使用的是一种名为Cas9的酶，它像剪刀一样切除不需要的DNA。一旦在要去除的DNA的任一侧上进行切割，细胞或者开始修复，将DNA链的两端粘合在一起，或者死亡。
在最新这项研究中，研究人员发现，当利用CRISPR进行基因编辑时，存在15％的失败率，这通常是由于Cas9蛋白与切割位点的DNA持续结合，阻止了DNA修复酶进入切口。
这是第一次发现为何CRISPR基因编辑会失败，文章作者之一，生物化学和分子遗传学副教授Bradley Merrill表示。
“我们发现，Cas9在‘dud'位置上会持续与DNA链结合，阻止了细胞启动修复过程，”Merrill说。卡住的Cas9也无法继续进行额外的DNA切割，从而限制了CRISPR的效率。
同时，研究人员也发现Cas9在存在RNA聚合酶的基因组位置上无法发挥作用，进一步研究表明，引导Cas9仅仅在DNA双螺旋的一条链上退火，能促进Cas9与RNA聚合酶之间的相互作用，有助于将“dud”Cas9转化为有效的基因组编辑位置。
具体而言，研究人员发现在基因组编辑过程中，Cas9的链选择性迫使RNA聚合酶与Cas9碰撞，使得Cas9被DNA推开。
“我感到惊讶的是，选择这一条DNA链而不是另一条DNA链，对基因组编辑产生如此强大的影响，”文章的第一作者Clarke说，“揭示这种现象背后的机制有助于我们更好地理解Cas9与基因组的相互作用如何导致某些编辑失败的原因，并且在设计基因组编辑实验时，我们可以将其应用上。”
“这一新观点对于基因组编辑，以及未来基因组编辑在临床上的应用都非常重要，”Merrill说。
同时这一发现对于了解基因组编辑的“限速步骤”——Cas9和DNA链之间的相互作用也十分重要。这意味着它是该过程中最慢的部分。因此，控制此阶段的变化最有可能影响基因组编辑的总体持续时间。
“如果我们能够减少Cas9与DNA链相互作用的时间（即Cas9与RNA聚合酶的相互作用），就可以减少酶量，降低接触，从而减少不良反应或副作用，这对于可能患者的未来疗法至关重要。”
原始出处：R Clarke, R Heler, MS Macdougall et al. Enhanced Bacterial Immunity and Mammalian Genome Editing via RNA-Polymerase-Mediated Dislodging of Cas9 from Double-Strand DNA Breaks. Mol Cell. (2018)
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