张锋、庄小威发表新的CRISPR标记系统

　　5月27日，Nature子刊《Scientific Reports》在线刊登了美国霍华德休斯医学研究所、哈佛大学、麻省理工大学（MIT）-哈佛Broad研究所、MIT McGovern脑研究所的一项最新研究成果，题为“An RNA-aptamer-based two-color CRISPR labeling system”。这项研究提出了一种基于RNA-适配子的双色CRISPR标记系统。

　　

生物通报道：5月27日，Nature子刊《Scientific Reports》在线刊登了美国霍华德休斯医学研究所、哈佛大学、麻省理工大学（MIT）-哈佛Broad研究所、MIT McGovern脑研究所的一项最新研究成果，题为“An RNA-aptamer-based two-color CRISPR labeling system”。这项研究提出了一种基于RNA-适配子的双色CRISPR标记系统。MIT-哈佛Broad研究所的CRISPR先锋——张锋博士、哈佛大学华裔女科学家、美国国家科学院院士庄小威，都是这项研究的共同作者。本文通讯作者是哈佛大学、霍华德休斯医学研究所的Siyuan Wang。

张锋博士是近两年大热的CRISPR/Cas9技术的先驱开创者之一。2013年，这位80后的年轻华人科学家开发出了可用来编辑DNA、敲除指定基因的CRISPR/Cas系统，自此之后一直致力于推动这一技术走向完美。3月份，加拿大盖尔德纳基金会网站近日公布了2016年加拿大盖尔德纳奖（Canada Gairdner Awards）的获得者名单，共有来自美国、德国、法国和加拿大七名科学家分获了该奖的三个奖项。每位获奖者将分别获得10万加元的奖金（2016年加拿大“小诺贝尔奖”公布 华人科学家张锋获奖）。5月初，《自然生物技术》（Nature Biotechnology）发布了最新的一些CRISPR技术专利，由张锋独立及与合作者共同获得的专利就占据了6项（聚焦最新CRISPR专利，张锋独占6项）。

染色质组织的动态变化是许多重要的生物过程的基础。为了研究染色质动力学和生物学功能之间错综复杂的关系，科学家已经开发出各种方法，来影像体内特定的基因组DNA序列。传统上，位点特异性活细胞DNA标记依赖于荧光抑制剂操纵子系统（FROS），这可以将大批的操纵区重复序列转入感兴趣的基因组位点附近。

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然而，这种方法会扰乱内源性DNA序列，并需要重复、耗时的工作，以将操纵子阵列插入所有靶位点。最近的方法采用来自基因组工程研究的可编程性DNA结合蛋白，例如TALEs和CRISPR-Cas9，来指导标记内生DNA序列。在后一种方法中，内源性基因组位点是用dCas9结合一个荧光蛋白进行标记，并用靶定每个染色质位点上的一组序列的sgRNAs进行编程。

这种方法具有可编程、可扩展的特性，能够容易适应于研究活细胞中各种基因组位点的动态。最近，这种方法已经延伸至，通过利用来自不同细菌物种（例如，酿脓链球菌、奈瑟菌、嗜热链球菌和金黄色酿脓葡萄球菌）的dCas9/sgRNA组合，来实现人类基因组中重复序列的多色标记。然而，奈瑟菌、嗜热链球菌和金黄色酿脓葡萄球菌CRISPR-Cas9系统比酿脓链球菌CRISPR-Cas有更多的PAMs，也更少的被表征。

在这项研究中，研究人员只使用表征完好的酿脓链球菌Cas9，通过将MS2或PP7 RNA寡核苷酸适配子合并入sgRNA，开发出了一种选择性的双色CRISPR标记方法。然后，MS2或PP7寡核苷酸适配子将与不同荧光蛋白融合的相应MS2或PP7外壳蛋白，招募到靶基因组位点。该研究小组用这种方法在活体人细胞中展示了重复序列的特定和双色标记。通过将MS2或PP7寡核苷酸适配子附着到sgRNA上的不同位置，研究人员发现，扩展具有MS2或PP7寡核苷酸适配子的sgRNA的发夹结构和茎环，可增强染色质成像的信背比。

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但是，这种设计的一个缺点在于，与以前的方法相比，它多涉及到一个蛋白质构造（例如对双色标记来说，这个设计包括三种融合蛋白，而以前的方法仅需要两种），这就导致了一个稍微复杂的细胞系构建过程。还需要开展进一步的实验，来检测RNA-适配子为基础的CRISPR标记系统的全部潜力。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
An RNA-aptamer-based two-color CRISPR labeling system
Abstract: The spatial organization and dynamics of chromatin play important roles in essential biological functions. However, direct visualization of endogenous genomic loci in living cells has proven to be laborious until the recent development of CRISPR-Cas9-based chromatin labeling methods. These methods rely on the recognition of specific DNA sequences by CRISPR single-guide RNAs (sgRNAs) and fluorescent–protein-fused catalytically inactive Cas9 to label specific chromatin loci in cells. Previously, multicolor chromatin labeling has been achieved using orthogonal Cas9 proteins from different bacterial species fused to different fluorescent proteins. Here we report the development of an alternative two-color CRISPR labeling method using only the well-characterized Streptococcus pyogenes Cas9, by incorporating MS2 or PP7 RNA aptamers into the sgRNA. The MS2 or PP7 aptamers then recruit the corresponding MS2 or PP7 coat proteins fused with different fluorescent proteins to the target genomic loci. Here we demonstrate specific and orthogonal two-color labeling of repetitive sequences in living human cells using this method. By attaching the MS2 or PP7 aptamers to different locations on the sgRNA, we found that extending the tetraloop and stem loop 2 of the sgRNA with MS2 or PP7 aptamers enhances the signal-to-background ratio of chromatin imaging.

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