新CRISPR技术靶向更复杂的人类基因组代码

大海捞针已经够难的了，更难的是在针头上找到一个特定的化学分子。

　　

 

Rice大学的研究人员通过一种新的基因组编辑工具取得了类似的成就，这种工具的目标是细胞核中的辅助角色，这些角色负责包装DNA并帮助基因表达。他们的工作为癌症和其他疾病的新疗法打开了大门。

Rice生物工程师Isaac Hilton，第一作者Jing Li博士后研究员和他们的同事设计了一个改良的CRISPR/Cas9复合物，以靶向特定的组蛋白。

组蛋白有助于调节许多细胞过程。每个核小体中有四个（DNA中基本的“串珠”），通过暴露基因进行激活，帮助控制我们基因组的结构和功能。

Hilton说：“核小体可以作为一种结构基质，使我们的DNA与细胞相匹配，还可以控制我们对基因组关键部分的访问。”

与其他蛋白质一样，组蛋白也可以通过磷酸化来触发，磷酸化是一个可以控制蛋白质-蛋白质或蛋白质-DNA相互作用的磷酸基的加入。

Hilton说：“组蛋白可以显示出各种各样的化学修饰，这些化学修饰可以作为信标或调控标记，并能告诉我们应该开启哪些基因，何时开启，以及开启的程度。其中一个神秘的修饰是磷酸化，我们的目的是更好地阐明它能快速开启和关闭人类基因的机制。”

他说，没有其他表观基因组编辑技术能够实现对组蛋白磷酸化的位点特异性控制。这种可编程的工具称为dCas9-dMSK1，它融合了一种失活的“dCas9”蛋白和一种“过度活跃的”人类组蛋白激酶，后者是一种催化磷酸化的酶。
CRISPR/Cas9通常使用导向RNA和Cas9“剪刀”来靶向和切割DNA序列。新的工具程序在不切割序列的情况下使dCas9失活以靶向，而是使用招募的dMSK1酶使靶向组蛋白磷酸化并打开附近的基因。

研究人员利用dCas9-dMSK1发现了对耐药性起关键作用的新基因和途径。Li用它鉴定了三个以前与黑色素瘤耐药性有关的基因。Hilton说：“然后她发现了七个与抗黑色素瘤相关的新基因。这是一个令人兴奋的发现，我们正在跟进。

“包裹DNA的组蛋白可以有各种化学标记和组合，”他说。“这就产生了所谓的组蛋白密码，我们的目标之一就是破译它。”

Li的工具也证实了特定组蛋白标记如何相互交流。“组蛋白上的化学修饰相互作用，我们可以证明它发生在人类基因组的特定点上这与一个基因的启动有关，所以这允许我们综合控制它们。”

Li说，一个长期目标是针对一系列其他组蛋白标记。“这是一个复杂的故事，我们要研究的组蛋白有很多不同的位置和特征。”

Hilton补充说：“让这些技术进入患者体内是一个漫长的过程。但像这样的工具是第一步，可以为了解人类疾病中正常细胞过程是如何不幸出错铺平道路。”

原文检索：Programmable human histone phosphorylation and gene activation using a CRISPR/Cas9-based chromatin kinase

（生物通：伍松）