获生物大奖 青年华人科学家Cell解析基因组编辑

　　来自麻省理工学院，哈佛医学院，Broad研究院等处的研究人员揭示了一种增加基因组编辑特异性的新方法，即利用RNA导向的CRISPR-Cas9系统形成双切口，在未影响靶向切割效率的前提下，方便小鼠受精卵基因敲除研究。这一研究成果公布在Cell杂志在线版上。

　　生物通报道：来自麻省理工学院，哈佛医学院，Broad研究院等处的研究人员揭示了一种增加基因组编辑特异性的新方法，即利用RNA导向的CRISPR-Cas9系统形成双切口，在未影响靶向切割效率的前提下，方便小鼠受精卵基因敲除研究。这一研究成果公布在Cell杂志在线版上。

文章的通讯作者是麻省理工学院脑与认知科学助理教授、McGovern 脑研究所和Broad研究所核心成员张锋（Feng Zhang，音译），今年七月，Feng Zhang荣获了美国生物医学大奖：瓦利基金青年研究家奖（Vallee Foundation Young Investigator Award），奖金25万美元。其研究组研究方向为设计新的分子工具来操控活体大脑。

CRISPRs-Cas9技术成为了最近的新宠儿，这种基因组编辑技术更易于操作，也具有更强的扩展性。此前Zhang研究组利用细菌RNA，引导Cas9核酸酶在小鼠和人类基因组的特定基因位点上进行切割，完成了精确的目标链断裂。他表示，“CRISPR系统即使在从细菌细胞中取出酶和RNA，然后再插入到哺乳动物细胞中之后，依然能如此有效的工作，这令人惊讶。”

Cas9核酸酶是去年由美国Lawrence Berkeley国家实验室的研究人员发现的，他们也认识到这种酶具有潜在的基因组编辑作用。Zhang认为CRISPR比较于其它基因组工程技术，比如锌指核酸酶 (ZFNs) 或转录激活因子样效应物核酸酶（TALENS），具有极大的优势。

在此基础上，这一研究组又进一步将Cas9切口酶突变体与其配对指导性RNAs相结合，形成靶向双链断裂。由于基因组上的单个切口会根据高保真性进行修复，因此由适当偏移导向RNAs（offset guide RNAs）造成的同时多个切口就成为了双链断裂形成的必需元素，并且也能增加靶向裂解特异性识别碱基的数目。

目前靶向基因组编辑技术已广泛用于基础研究和临床应用。CRISPR-CAS系统中的Cas9核酸酶能通过20nt导向序列靶向特异性基因组位点，允许某些与DNA靶标的错配，从而促进一些意外脱靶突变的形成。

这项研究证明了通过配对切口，能降低细胞系50-1500倍的脱靶活性，在未影响靶向切割效率的前提下，方便小鼠受精卵基因敲除研究。这种方法策略用途广泛，能应用于需要高特异性的基因组编辑研究中。

CRISPRs-Cas9技术被称为基因组编辑领域的一个重大进展，研究人员们纷纷认为解密日益增加的、与人类健康及疾病相关的遗传变异数据，需要在模型系统中利用这类可扩展的精确的基因组编辑技术。

近期相关的成果也是层出不穷，例如同期Cell杂志也刊登了另外一项成果：One-Step Generation of Mice Carrying Reporter and Conditional Alleles by CRISPR/Cas-Mediated Genome Engineering，实现了一步操控小鼠基因组纳入了报告基因和条件性等位基因，这样现在生成包含如此复杂工程等位基因的动物只需数周而非数年的时间，并可利用这些动物来构建疾病模型及研究基因功能。

这些方法将大大加快构建基因修饰动物的速度。研究人员还将利用这种方法借助于CRISPR/Cas来构建出复杂疾病的模型。

（生物通：张迪）

原文摘要：

Double Nicking by RNA-Guided CRISPR Cas9 for Enhanced Genome Editing Specificity

Targeted genome editing technologies have enabled a broad range of research and medical applications. The Cas9 nuclease from the microbial CRISPR-Cas system is targeted to specific genomic loci by a 20 nt guide sequence, which can tolerate certain mismatches to the DNA target and thereby promote undesired off-target mutagenesis. Here, we describe an approach that combines a Cas9 nickase mutant with paired guide RNAs to introduce targeted double-strand breaks. Because individual nicks in the genome are repaired with high fidelity, simultaneous nicking via appropriately offset guide RNAs is required for double-stranded breaks and extends the number of specifically recognized bases for target cleavage. We demonstrate that using paired nicking can reduce off-target activity by 50- to 1,500-fold in cell lines and to facilitate gene knockout in mouse zygotes without sacrificing on-target cleavage efficiency. This versatile strategy enables a wide variety of genome editing applications that require high specificity.