Cell最新总结CRISPR重要综述与研究成果

　　生物通报道：“Cell Press Selections”是由Cell出版社推出的一份推荐文章集合手册，主要介绍某个生命科学研究领域最新的进展及突出成果。相关特辑内容包括研究论文，评论性文章以及snapshots，涉及了同一领域的方方面面，更为重要的是这些文章由赞助商赞助，可以免费获取。

作为新一代基因组编辑技术先锋，CRISPR炙手可热，这种最初被微生物学家用以了解细菌免疫力的技术方法在过去的5年里，研究人员已经转而将CRISPR/Cas9发展为生物学研究的有力工具。CRISPR/Cas9基因组编辑系统，已经加速了科学研究，并提高了研究人员产生遗传模型的能力。

自2014年CRISPR技术应用备受关注以来，目前已经有超过1200篇相关的文章发布，全球许多实验室都在利用CRISPR/Cas9基因组编辑系统分析各自的问题，从小鼠到蚊子，CRISPR技术为基因组学研究领域带来了一阵旋风，取得了几年前我们都不敢想象的成果。

在最新特辑：“CRISPR：The Next Generation”介绍了多篇综述与研究报道，其中包括：

上篇： Cell特辑：CRISPR翻开崭新的一页

Efficient Multiplexed Integration of Synergistic Alleles and Metabolic Pathways in Yeasts via CRISPR-Cas

来自美国Amyris Inc的研究人员，在酵母中实现了快速便捷的多点突变和大片段缺失构建。与之前的复杂操作相比，这让酵母中的基因供能研究变得更加快速和高通量化。

研究人员使用一种模块化的gRNA传递策略，来实现点突变的多元整合，包括在三个位点同时引入五个精确修改，以赋予菌株增强的耐醇性。

研究人员表明，一个单一线性化质粒（携带多重PCR生产的引导RNA和供体DNA盒）的共转化，可促进点突变和大片段缺失构建的高效集成。这种技术可让研究人员以64%的效率，恢复无标记的三重工程事件，而不需要选择所有gRNA的表达。gRNA盒可以通过PCR很容易地产生，并在任何组合中传递。

Cell子刊：酵母中的基因组编辑

CRISPR-Cas9-Mediated Genetic Screening in Mice with Haploid Embryonic Stem Cells Carrying a Guide RNA Library

能代替精子细胞使用的单倍体细胞系的建立为获取遗传编辑的动物模型提供了一种新的手段。然而，之前的研究显示，半克隆小鼠的出生效率低（4.5%左右），而且约一半的半克隆小鼠出现发育迟缓的现象。分析原因发现，原本在精子细胞中不表达的雄性印记基因H19在单倍体细胞和发育迟缓的半克隆小鼠中出现高表达的现象，这暗示印记基因的异常表达可能是导致半克隆小鼠胚胎发育异常的关键原因，通过调控印记基因的表达有可能提高半克隆小鼠的出生效率。

“类精子细胞”的单倍体细胞系的建立使得利用这一细胞快速制备遗传编辑小鼠模型成为可能。为此，研究人员先后在H19-DMR和IG-DMR敲除的单倍体细胞中进行了多基因的敲除和敲入，建立了携带Tet1/Tet2/Tet3三基因敲除、P56/P63/P73三基因敲除以及Tet1-EGFP/Tet2-mCherry/Tet3-ECFP三基因敲入的细胞系，并证明这些细胞能稳定高效支持半克隆小鼠的产生。

最近，CRISPR-Cas9文库被应用到人和小鼠的细胞中进行了全基因组水平的遗传筛选。研究人员进一步推测，如果H19-DMR和IG-DMR敲除的单倍体细胞能够携带CRISPR-Cas9文库，让单个的细胞携带一个sgRNA和Cas9核酸酶，通过注入卵子中则可以批量产生携带不同突变基因的半克隆小鼠，从而使得小鼠个体水平的遗传筛选成为可能。通过实验，研究人员验证了这一设想，从而填补了哺乳动物在个体水平进行遗传筛选的空白，为遗传发育研究提供了新的体系。

Genome Engineering with CRISPR-Cas9 in the Mosquito Aedes aegypti

美国洛克菲勒大学的研究人员利用基因编辑技术（CRISPR-Cas9），掌握了致命的“埃及伊蚊”如何传播疾病，叮咬人类等信息，有望对其进行技术干预。

研究人员发现在这种蚊子的几个基因上，用CRISPR-Cas9技术有效产生靶向基因突变和干预效果。这个项目的近期目标是了解埃及伊蚊作为疾病载体，其不同基因如何有效运作并产生精确免疫系统。

Genome-wide CRISPR Screen in a Mouse Model of Tumor Growth and Metastasis

研究人员利用Broad研究所的“小鼠全基因组CRISPR敲除文库A” (mGeCKOa)(靶向小鼠基因组中所有基因的CRISPR向导RNA汇合文库)，以及Cas9 DNA切割酶处理了来自非小细胞肺癌(NSCLC)小鼠模型的细胞。这一系统将突变导入到了一些特定基因中，破坏了它们的序列并阻止了这些基因生成蛋白。这一方法确保了在每个细胞中只有一个基因被敲除，在培养的异质细胞群中则以小鼠基因组中的所有基因作为靶标。研究人员随后将这些细胞移植到小鼠体内，发现用这一基因敲除文库处理的一些细胞形成了高转移性肿瘤。

利用新一代测序，科学家们鉴别出了在原发肿瘤及转移灶中敲除的基因，指出了一些基因有可能是通常抑制肿瘤生长的肿瘤抑制基因，当敲除它们时会促进肿瘤生长。

研究结果突出显示了一些在人类肿瘤中众所周知的肿瘤抑制基因，包括Pten、Cdkn2a和Nf2，也涵盖了一些从前未与癌症关联的基因。出乎意料地是，这一筛查系统还揭示了几个microRNAs。

张锋博士Cell：让CRISPR在癌症领域大放异彩

A CRISPR/Cas9 Vector System for Tissue-Specific Gene Disruption in Zebrafish

CRISPR/Cas9技术作为基因编辑工具目前已在多个平台和系统得到广泛应用，大大方便了在体内和体外对靶向基因进行敲除操作。在该研究中，研究人员开发了一种基于CRISPR-Cas9技术的载体系统，在斑马鱼上实现了组织特异性基因敲除。他们在斑马鱼中，应用CRISPR/Cas9技术在单细胞胚胎阶段通过简单地注射导向RNA(gRNA)和Cas9 mRNA快速获得基因敲除斑马鱼。为证明该项技术的可应用性，研究人员构建了携带gata1启动子的载体，驱动Cas9表达，在红细胞中特异性敲除了参与血红素合成的urod基因。通过靶向Urod基因，研究人员在斑马鱼胚胎中观察到携带红色荧光的红细胞，重复了在yquem突变的斑马鱼中观察到的表型。虽然F0代胚胎中出现镶嵌基因中断，但在F1代斑马鱼中，这种表型非常明显。

这套基于CRISPR的载体系统为在斑马鱼上实现组织特异性基因敲除提供了一种便捷的方法，大大拓宽了在斑马鱼中进行功能缺失的研究范围，具有重要意义。

Enzymatically Generated CRISPR Libraries for Genome Labeling and Screening

研究人员在最新一期《发育细胞》（Developmental Cell）杂志上，详细描述了称作为CRISPR-EATING的过程。

在原理论证研究中，研究人员将常见肠道细菌——大肠杆菌的整个基因组变成了覆盖88%细菌基因组的包含4万个向导RNAs的文库。每个向导RNA都是一个长20个RNA碱基对的片段：CRISPR-Cas9利用它作为模板来找出互补DNA结合并进行切割。

这些文库可用于传统的CRISPR-Cas9编辑中靶向基因组中任何特定的DNA序列并切割它，当研究人员试图阐明某一基因的功能时就会这样做：即敲除这一基因，看看细胞中会发生什么不好的事情。这可以帮助确定疾病的原因。这一称作为遗传筛查的过程要分批来完成：将成千上万的探针各自导入培养板上数十万细胞的单个细胞中。