Nature技术突破：将CRISPR效率提高19倍

　　

生物通报道  CRISPR/Cas系统可以构建出多个基因精确突变的小鼠，但其效率低下阻碍了生成足够数量的转基因小鼠来建立人类疾病模型。通过添加一种抗癌药物Scr7到遗传编辑的受精卵中，Whitehead研究所的科学家将CRISPR/Cas的效率显著提高了19倍。这一重要的成果发表在本周的《自然生物技术》（Nature Biotechnology）杂志上。

CRISPR- Cas系统是通过在特异的位点造成DNA断裂，然后依赖于细胞的DNA修复机制插入或删除一个或多个靶基因来实现精确的基因组编辑。CRISPR/Cas系统使得在细胞系中进行基因组编辑变得相对快速且廉价（延伸阅读：Science：知名科学家呼吁谨慎使用CRISPR技术）。

Whitehead研究所创始成员Rudolf Jaenisch的实验室以往证实，可以将这一系统用于动物遗传编辑，但仍然有一些难题需要攻克。在这些应用中CRISPR/Cas介导的同源介导修复(Homology-directed repair, HDR)效率远远低于20%，因此阻碍了生成足够数量的转基因动物（通常是小鼠）来构建人类疾病模型。

在这篇Nature Biotechnology文章中，博士后Takeshi Maruyama及Whitehead研究所Hidde Ploegh实验室的其他研究人员提出了一个完善CRISPR/Cas系统的方案。

Maruyama说：“这是一个不成熟的领域，但它正在迅速地发展。我们需要进行一些优化使得它对于利用小鼠开展研究的科学家们而言更加的实用。我认为这大大地改进了我们生成转基因小鼠的方式。”

Maruyama说，几乎所有的细胞和生物体都利用两种DNA修复机制——非同源末端连接（NHEJ）和同源介导的修复(HDR)。相比HDR细胞往往更依赖NHEJ，然而在使用CRISPR/Cas时HDR则是首选的、更精确的机制。

为了提高HDR的活性，Maruyama将抗癌药物Scr7添加到细胞中。Scr7与主要NHEJ信号通路中的一个关键酶Ligase IV结合，阻止了这种DNA修复。更为精确的HDR机制接管了工作，提高了这一过程中CRISPR/Cas的效率。这一技术不仅在细胞系中起作用，也适用于用来构建基因工程小鼠的受精卵。

Maruyama说：“这将真正地改进我们构建转基因小鼠的方式，使之携带上我们想研究的特异突变。此前我们获得实验所需的小鼠非常的耗时。这将加速我们的研究。此外，这种基于药物的方法有可能使得我们能够构建出携带着更复杂突变的变异小鼠。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Increasing the efficiency of precise genome editing with CRISPR-Cas9 by inhibition of nonhomologous end joining

Methods to introduce targeted double-strand breaks (DSBs) into DNA enable precise genome editing by increasing the rate at which externally supplied DNA fragments are incorporated into the genome through homologous recombination. The efficiency of these methods is limited by nonhomologous end joining (NHEJ), an alternative DNA repair pathway that competes with homology-directed repair (HDR). To promote HDR at the expense of NHEJ, we targeted DNA ligase IV, a key enzyme in the NHEJ pathway, using the inhibitor Scr7. Scr7 treatment increased the efficiency of HDR-mediated genome editing, using Cas9 in mammalian cell lines and in mice for all four genes examined, up to 19-fold. This approach should be applicable to other customizable endonucleases, such as zinc finger nucleases and transcription activator–like effector nucleases, and to nonmammalian cells with sufficiently conserved mechanisms of NHEJ and HDR.