Nature子刊：我们之前搞错了CRISPR的作用机理？

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来源：学术经纬

2018-08-01

CRISPR-Cas9是当下最为火热的基因编辑技术之一。由于其简洁性与精准性，这项技术已经在生物医药领域得到了广泛的应用。

这项技术的关键在于在DNA双链分子上切开一个口子。随后，细胞会对这个口子进行修复——它们要么直接添加上数个碱基，破坏原有基因的功能，起到“基因敲除”的效果，要么利用单链DNA模板，引入新的序列，对基因进行编辑。这两者也分别被称为“非同源性末端接合”与“同源介导修复”。

但我们也不得不承认，对于CRISPR-Cas9系统背后的机理，我们其实并没有完全摸清。“在医学或合成生物学领域，使用CRISPR-Cas9的应用热情非常高涨，但没有人真的知道在细胞里会发生些什么，”加州大学伯克利分校的Chris Richardson博士说道：“这套系统会带来一些双链DNA的断裂，我们只能依赖细胞去修复它们。人们并不是非常清楚这一流程。”

为了寻找到背后的关键，Richardson博士与其导师Jacob Corn教授一道，做了一个大型的筛选。他们找到了2000多个可能参与到双链DNA修复的基因，然后挨个进行删除，看看它们对CRISPR基因编辑后的修复会有怎样的影响。令人意外的是，大部分对DNA修复起到关键作用的基因，看起来好像和CRISPR没有关系。

有趣的是，科学家们发现了另一条罕见的基因修复通路参与了CRISPR-Cas9引起的基因编辑。这条通路里有21个不同的蛋白质，一旦有任何一个蛋白受损，就会引起一种叫做范可尼贫血症（Fanconi anemia）的罕见疾病。这条基因修复通路早在几十年前就被发现了，但人们一直以为它只会参与一类罕见的DNA损伤修复。谁也没有想到，它还和CRISPR-Cas9有关。

具体来说，这条基因修复通路里的FANCD2蛋白会在CRISPR-Cas9造成的双链DNA缺口处积聚，表明它在DNA修复中的重要作用。通过对FANCD2蛋白的调控，我们甚至还能提高细胞对DNA的修复效率！

此外，这个蛋白还能带来其他新应用。“既然FANCD2能在Cas9切开的位点积聚，那么我们就能用它来标示Cas9带来的切口，” Richardson博士说道：“如果你对一些细胞进行了编辑，想要知道靶向或是脱靶的切口在哪里，你只要寻找这些FANCD2蛋白就可以了。”

“基因编辑是一项具有大量潜力的技术，但目前，我们还在不断试错。它在人类细胞中的具体运作机制依旧是个黑匣子，有许多假设，” Corn教授评论道：“现在，我们终于开始了解它背后的机制了。”

研究人员们指出，通过对机制的进一步理解，我们有望提高基因编辑的效率，开发出更多有效的疗法。在这个基因疗法的时代，我们期待能见证更多创新疗法的问世，造福广大患者！

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