Nature Methods：用CRISPR高度精确控制基因表达

　　

生物通报道  研究人员证实了一种新方法，可在不编辑基本遗传密码的情况下，以非一般的特异性来开启或关闭人类基因组序列。

最初作为细菌抗病毒系统被发现的CRISPR/Cas9，是当前遗传学研究最热门的课题之一。通过操纵这一系统，研究人员可以编辑DNA序列及控制要使用的基因。

然而，以往的一些研究表明，采用这一系统来编辑人类DNA序列并不总是如研究人员想象的那样精确。这些结果对利用CRISPR技术来研究人类疾病提出了担心。

作为一种潜在的解决方案，研究人员通过采用CRISPR靶向控制基因活化的DNA区域来增加了这一系统的通用性。并未采用通常所用的遗传切割工具Cas9，他们失活了Cas9的切割功能，附着上控制基因组包装的蛋白质。通过解开或紧密捆住基因组的这些区域，研究人员可以有效地开启和关闭它们（延伸阅读：Nature子刊：用CRISPR操控表观基因组 ）。

虽然这一技术已被证实能够很好地起作用，但尚未调查其是否具有脱靶效应。现在，来自杜克大学的一个研究人员小组证实，这些基因控制方法能够达到基础科学和医学研究所需的高精确度。

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这项研究在线发表在10月26日的《自然方法》（Nature Methods）杂志上。

杜克大学生物医学工程学副教授Charles Gersbach说：“相比于以往的技术，CRISPR的主要优势在于它利用的是一种遗传手术剪而非大锤。全世界许多的实验室都是基于这样一种假设：这些工具可获得特异效应来使用它们，但却从未开展过全面的分析来证实这一点。这些实验显示了这一技术非一般的特异性，它能够靶向基因组的单一序列。”

能够控制基因组的开关对于研究和潜在治疗诸如癌症、心血管疾病、神经退行性疾病和糖尿病等，可由基因组控制区域内突变驱动的人类疾病尤为重要。人们希望破坏其中的一个开关可以揭示及修复许多疾病的根源。它还可以帮助研究人员了解及改变不同人对药物的反应。

但前提是CRISPR技术足够特异。

在首次描述CRISPR用于编辑人类基因后不久，几篇文章显示这一技术有时会造成脱靶效应。这给基因治疗和基础科学计划提出了一些问题，研究人员希望是在不引起意外副作用的情况下来改变特异的基因功能。

开启及关闭控制基因使用时间的基因组区域，而根本不改变DNA序列是研究人员开发出的一种替代策略。在某些情况下，这些开关可以一次控制多个相关基因，使得研究人员无需再进行逐个注解而能够“弹奏和弦”。

杜克大学生物统计与生物信息学助理教授Timothy Reddy说：“调查这些工具的特异性非常具有技术挑战性。如果你将焦点放在基因组的某一集中区域，发现序列或基因活性改变相对简单。但检测关闭一个增强子开关对整个基因活性和结构的影响需要更加专业的技术。”

Gersbach转而求助了Reddy和同事Gregory Crawford提供更加专业的技术帮助，他们都在杜克大学基因组学和计算生物学中心的邻近实验室及办公室一起工作。

Reddy将他的研究焦点集中于调查一些基因开关对整个人类基因组起作用的机制，个体间这些开关的差异，及这些认识对人类性状和疾病的意义上。Crawford则在十多年的时间里一直在致力开发一些技术来鉴别全基因组控制区域，及它们在细胞类型之间、发育过程中或响应药物治疗的改变。

“当前的一些控制基因开关的方法，包括在临床实验中使用的药物，同时改变了整个基因组许多开关的活性，造成了成千上万的脱靶效应。迫切需要一种技术来一次操控一个元件，”Crawford说。

这落在了Gersbach实验室博士生Pratiksha Thakore的身上，他整合单个实验室的专业知识研究了CRISPR在控制这些开关上的特异性。尽管这些结果不能证明每个实验都具有同样的高精度，它为研究人员评估这些效应提供了一个蓝图。

Thakore说：“通过整合基因组学和基因组工程学，我们开发出了一种方法全面调查这一遗传沉默系统如何起作用，并提出了未来使用这一技术的几种方法。我们还了解了有关基因调控的一些新知识，结果证实就此而论CRISPR可获得比我们预期高得多的特异性。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

Pratiksha I Thakore et al. Highly specific epigenome editing by CRISPR-Cas9 repressors for silencing of distal regulatory elements, Nature Methods (2015). DOI: 10.1038/nmeth.3630