张锋博士Nature Medicine发表基因组编辑新综述

担任麻省理工学院脑与认知科学助理教授、McGovern 脑研究所和Broad研究所核心成员的张锋（Feng Zhang）博士是CRISPR/Cas9技术的先驱之一。在这篇Nature medicine行综述文章中，他概述了当前开发基于可编程核酸酶的治疗方法所取得的一些进展，以及未来的前景及面临的一些挑战。

　　

生物通报道  过去15年来的基因组革命推动科学、技术和医学等领域取得了巨大的进展。2001年发布的人类基因组序列以及许多其他物种的基因组序列，为我们提供了细胞完成生命存在必要的各种功能所利用的DNA元件列表。遗传学和基因组学的后续发展进一步确定了疾病和健康状态下这些元件组织和发生改变的机制。

尽管获得了这一有价值的信息资源，这些数据很大程度上仅局限性地告诉了我们有哪些DNA元件存在于基因组中。缺乏触及基因组以及逐个操控各个元件的工具，无法清楚地阐明每个元件在基因组中的功能。传统的基因工程方法通常仅限于添加一些DNA片段，不能控制这些DNA整合到细胞中去的位置，因此无法实现对特异DNA序列的编辑。

近年来基于ZFNs、TALENs 和CRISPR/Cas9等可编程核酸酶的基因编辑技术迅速发展，大大地提高了我们精确改变真核细胞基因组的能力。通过构建出更为精确的细胞和动物病理过程模型，基因组编辑提高了我们阐明疾病中遗传因子所做贡献的能力。尤其诱人的是，应用可编程核酸酶有潜力直接纠正受累组织和细胞中的遗传突变，由此来治愈一些疾病（我想了解Sigma-Aldrich的CRISPR/Cas9产品）。

2005年，ZFN介导的基因组编辑被用于纠正导致人类疾病的一些基因突变。这一里程碑式的成果是人们第一次将基因组编辑应用于科学和医学领域。在随后的十年里许多的革新不断提高了ZFNs的效能，然而在ZFNs合成组装方面存在的一些技术挑战，以及ZFNs易于对基因组进行非特异性切割或对靶点DNA切割效率低等问题限制了它们的实际应用。

2009年，发现转录激活子样效应因子(transcription activator-like effectors ,TALEs)的DNA识别密码大大简化了设计可编程DNA结合蛋白的过程。构建TALE蛋白来靶向新序列通常更直接和成功。因此，在不久之后科学家们将TALEs与FokI结构域融合构建出了可用于基因组编辑的TALE核酸酶(TALENs)。这种方法进一步拓宽了基因组编辑的应用，但仍然需要专门的分子生物学知识来设计、组装和验证靶向用户定义序列的TALE蛋白的编码基因。

由于无需蛋白质工程学方面的专业知识，新兴出现的CRISPR-Cas9基因改变了基因组工程学领域。规律成簇的间隔短回文重复(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPRs)是细菌具有的一种适应性免疫系统：细菌将侵入病毒的短DNA序列作为感染记忆掺入到它们的基因组中去。这些掺入的短外源DNA序列被转录为CRISPR RNAs (crRNAs)，它与tracrRNA、Cas9 蛋白形成一种核糖核蛋白复合物。当细胞再度暴露于相同的外源DNA时将通过crRNA的互补碱基配对来识别它，并通过Cas9来完成序列切割可除去这一入侵DNA。当前，这一系统已被广泛应用于人类细胞、斑马鱼和许多其他的生物。近来有一些研究小组报道利用这一技术成功地纠正了癌症、艾滋病和一些遗传疾病中的基因突变。

担任麻省理工学院脑与认知科学助理教授、McGovern 脑研究所和Broad研究所核心成员的张锋（Feng Zhang）博士是CRISPR/Cas9技术的先驱之一，近年来取得了一系列突破性的CRISPR/Cas9技术研究成果。去年七月，张锋还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（延伸阅读：张锋博士Cell发布CRISPR研究重要成果）。

在这篇Nature medicine新综述文章中，他概述了当前开发基于可编程核酸酶的治疗方法所取得的一些进展，以及未来的前景及面临的一些挑战。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Therapeutic genome editing: prospects and challenges

Recent advances in the development of genome editing technologies based on programmable nucleases have substantially improved our ability to make precise changes in the genomes of eukaryotic cells. Genome editing is already broadening our ability to elucidate the contribution of genetics to disease by facilitating the creation of more accurate cellular and animal models of pathological processes. A particularly tantalizing application of programmable nucleases is the potential to directly correct genetic mutations in affected tissues and cells to treat diseases that are refractory to traditional therapies. Here we discuss current progress toward developing programmable nuclease–based therapies as well as future prospects and challenges.