检测CRISPR/Cas9基因编辑系统的副作用

目前，弗吉尼亚大学医学院的研究人员设计出一种方法，来检测风靡科学界的CRISPR/Cas9基因编辑系统中意想不到的副作用。相关研究结果发表在最近的《Nature Biotechnology》。

　　

生物通报道：目前，弗吉尼亚大学医学院的研究人员设计出一种方法，可检测风靡科学界的CRISPR/Cas9基因编辑系统中意想不到的副作用。相关研究结果发表在最近的《Nature Biotechnology》。

称为CRISPR的基因打靶系统，可让我们编辑基因组中特定靶位点的遗传信息。这种新方法揭示的系统，有可能会结合意想不到的位点，导致其中一些位点发生基因突变，这些突变可能对药物疗法的研究与开发，产生严重的后果。

然而，这种新方法也可以帮助我们确定一些途径，阻止那些潜在危险的“脱靶”影响，让科学家们可以改进这种重要的新基因编辑系统所得到的结果。

基因突变和如何避免它们
弗吉尼亚大学生物化学和分子遗传学系的Mazhar Adli解释说，基因操作的一个主要目标是纠正有害突变，所以避免突变的意外引入，是至关重要的。

他说：“我们知道，基因突变是疾病的标志。总体目标是，纠正这些明显的遗传突变。我们想仅在靶向空间、靶向位点改变这些信息。如果你想改变任何其他信息，从根本上说，你就会引入你不想要的突变。你纠正一个基因，可能你就会在其他10个基因和基因组中的其他许多部位引入突变。”

CRISPR：“研究的圣杯”
Adli的新研究，揭示了CRISPR/Cas9基因编辑系统潜在的脱靶作用。该系统非常的受欢迎，因为它可让科学家操作活体哺乳动物基因组的特定部分，成为科学研究一种极其重要的工具。它已被迅速而广泛地采用，包括用于人类细胞研究，因为它相对简单，许多实验室都有资源来使用它。

Adli称：“从根本上说，你可以靶定活细胞中的任何基因组区域，并改变遗传信息，这在过去几十年里一直是研究中的圣杯。从根本上说，能够靶定和改变活细胞中的遗传信息，是一个梦想。”

这一新研究有助于解释CRISPR系统的支持机制，以及为什么它很容易受到脱靶基因突变的影响。

Adli称：“我们不仅发现了它在基因组中的结合区域，还研究了为什么它定位到基因组中的这些区域。通过分析这些脱靶效应背后的特定序列，我们也找出了决定因素——为什么它靶定目标，而且也转到这些脱靶区域？我们的研究表明，它定位在那里，是因为与原始靶向区域的一些相似性。”

“所以，我们的结果将有助于提高系统的特异性，以使我们能够最大限度地减少脱靶。”

主要的突变影响
Adli的这项研究也表明，在CRISPR系统使用的一种关键酶的自然野生型，与其改变的、不常用的酶形式相比，可引入更多的突变。前者在基因编辑过程中，切割DNA的双链，使突变发生，而后者只切割DNA的单链，使细胞能够修复损伤，而不引入突变。

他说：“很遗憾，野生型（自然发生的酶）更容易处理。所以，该领域的每个人都使用野生型酶。在这篇论文和其他即将发表的论文中，研究人员将要停止使用野生型酶。他们必须使用改变了的酶形式，来克服脱靶效应。”

（生物通：王英）

延伸阅读：Science综述：CRISPR技术革命。

生物通推荐原文摘要：
Genome-wide analysis reveals characteristics of off-target sites bound by the Cas9 endonuclease
Abstract：RNA-guided genome editing with the CRISPR-Cas9 system has great potential for basic and clinical research, but the determinants of targeting specificity and the extent of off-target cleavage remain insufficiently understood. Using chromatin immunoprecipitation and high-throughput sequencing (ChIP-seq), we mapped genome-wide binding sites of catalytically inactive Cas9 (dCas9) in HEK293T cells, in combination with 12 different single guide RNAs (sgRNAs). The number of off-target sites bound by dCas9 varied from ~10 to >1,000 depending on the sgRNA. Analysis of off-target binding sites showed the importance of the PAM-proximal region of the sgRNA guiding sequence and that dCas9 binding sites are enriched in open chromatin regions. When targeted with catalytically active Cas9, some off-target binding sites had indels above background levels in a region around the ChIP-seq peak, but generally at lower rates than the on-target sites. Our results elucidate major determinants of Cas9 targeting, and we show that ChIP-seq allows unbiased detection of Cas9 binding sites genome-wide.