严钦博士开发“一箭数雕”的CRISPR/Cas9基因编辑工具箱

　　耶鲁大学的一个研究小组设计出了一个系统，可以同时编辑基因组中的多个基因，并将意外效应减到最少。这一基因编辑“工具箱”提供了一种用户友好的解决方案，科学家们可以将其应用于对癌症和其他学科的研究中。

　　

生物通报道  耶鲁大学的一个研究小组设计出了一个系统，可以同时编辑基因组中的多个基因，并将意外效应减到最少。这一基因编辑“工具箱”提供了一种用户友好的解决方案，科学家们可以将其应用于对癌症和其他学科的研究中。

这项研究发布在7月26日的《核酸研究》（Nucleic Acids Research）杂志上。

利用一些现代遗传工程技术，例如近期开发的CRISPR技术，研究人员可以在实验中完成基因编辑。这一快速发展的领域使得研究人员能够研究一些重要的疾病相关基因，并可能最终允许他们通过编辑人类基因组一些特异的位点来治疗遗传疾病。然而，几项挑战阻碍了进展，包括编辑意外的位点——这被称作为是脱靶效应。

资深作者、耶鲁大学医学院病理学副教授、耶鲁大学癌症中心成员严钦（Qin Yan）和合著作者们以多种方式解决了这些挑战。在以往的系统中，基因组编辑机器被持续地开启，导致了更多的脱靶效应。为了避免这些效应，作者们首先开发出了一种策略使得这一机器变得“可诱导”——能够被开启和关闭。他们采用了一种药物在只足够编辑基因的时间内开启这一机器。这种方法使得他们能够根据需要在受限的时间内激活这一机器，减少脱靶效应。

严钦指出，他们的基因编辑系统还包含一个荧光标记，因此研究人员能够追踪细胞中编辑酶是开启或是关闭。

下一步是使得基因编辑过程比以往的系统更加简单和节约时间。为了同时靶向多个基因，研究小组开发出了一种简单一步克隆方法，采用改良载体表达多个sgRNAs导向序列。每个导向序列使得编辑机器能够识别一个基因。

采用这种组合基因编辑策略，研究人员将焦点放在了3个癌症相关基因上。在一些实验中采用培养细胞和动物模型，他们同时删除了所有这三个基因。

严钦说：“这一工具箱可用于可诱导的多基因打靶。我们简化了过去非常复杂的过程，使得它更有效、更简单地能够一次编辑几个基因，这是其他的系统没有的主要优点。”

设计这一系统也使得该研究小组能够在一个短暂的时间内完成他们的工作。研究的第一作者、病理学助理研究员Jian Cao说：“这一工具箱将我们的实验时间从一个月显著缩短至一周，它非常地有效。”

研究人员说，除了作为一个独立系统来使用，这一工具箱还可联合其他技术来改进生物医学研究和其他领域中的基因编辑。

严钦说：“总体的目标是开发出一个有效的平台，克服当前的系统具有的一些问题。”

CRISPR-Cas9系统使得研究人员能够编辑许多生物体和细胞类型的DNA序列。然而，科学家们也日益认识到可以利用它来激活基因的表达。为此，他们构建出了大量可激活Cas9蛋白的合成基因来研究基因功能或在潜在的治疗方法中弥补不充足的基因表达。在发表于2016年5月23日Nature Methods杂志上的一项研究中，Wyss研究小组报告了严格对比的情况，并列出了在来自人类、小鼠和果蝇等生物的各种细胞类型中最常用的人造Cas9激活子。研究结果为科研人员提供了一个有价值的指南，使得他们能够简化研究努力（遗传学大牛Nature Methods发布CRISPR重要成果）。

2016年5月27日，《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。这项研究提出了一种基于RNA-适配子的双色CRISPR标记系统（张锋、庄小威发表新的CRISPR标记系统 ）。

CRISPR/Cas9系统已证实是一种可用来生成基因敲除和基因敲入动物的强大工具。然而相比于NHEJ信号通路，CRISPR/Cas9介导的同源重组(HR)引导精确遗传修饰相对低效，人们迫切期望它能够得到进一步的改善。来自中国医学科学院、上海科技大学的研究人员报告称，在大鼠中他们通过抑制非同源末端连接（NHEJ）以及利用Cas9蛋白提高了CRISPR/Cas9介导的精确基因组编辑的效率。这一研究成果发布在2016年5月10日的RNA Biology杂志上（中国学者：提高CRISPR/Cas9介导基因组编辑的效率 ）。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

Jian Cao, Lizhen Wu, Shang-Min Zhang, Min Lu, William K.C. Cheung, Wesley Cai, Molly Gale, Qi Xu, Qin Yan. An easy and efficient inducible CRISPR/Cas9 platform with improved specificity for multiple gene targeting. Nucleic Acids Research, 2016; gkw660 DOI: 10.1093/nar/gkw660

作者简介：

严钦教授

2002年在美国获得博士学位，师从Dr.William G. Kaelin Jr.，为最早发现组蛋白去甲基化酶的科学家之一，在Cell, Mol Cell, Proc NatlAcad Sci U S A., Cell Reports等以以第一作者和或通讯作者发表论文20余篇，目前为耶鲁大学医学院副教授。