來自加州大學(xué)舊金山分校的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種更精確關(guān)閉基因的方法，這一成果將加速研究發(fā)現(xiàn)和生物技術(shù)進(jìn)步,，最終有可能應(yīng)用于重新編程細(xì)胞再生器官和組織,。該策略借用了細(xì)菌的分子工具箱，利用了一種微生物用以抵抗病毒的蛋白質(zhì),。研究人員在《細(xì)胞》（Cell）雜志上對這一技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)描述,。
圖摘自論文，表示CRISPR干擾系統(tǒng)
關(guān)閉基因是癌癥和其他疾病靶向治療的一個重要目標(biāo),。此外,，關(guān)閉基因能使研究人員更多地了解細(xì)胞的運作機(jī)制，這對于揭開驅(qū)動正常發(fā)育及疾病進(jìn)程的生物化學(xué)信號通路和相互作用的秘密,，是一個關(guān)鍵,。
“我們曾投入了很大的精力和努力來繪制人類基因組圖譜，但我們卻仍不了解遺傳藍(lán)圖導(dǎo)致人類產(chǎn)生的機(jī)制,，以及如何能夠操縱基因組更好地認(rèn)識和治療疾病,，”研究的資深作者、加州大學(xué)舊金山分校系統(tǒng)與合成生物學(xué)中心主任,、霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員,、細(xì)胞和分子藥理學(xué)教授Wendell Lim博士說。
研究人員開發(fā)的這項新技術(shù)被命名為“CRISPR干擾”,，以將其與當(dāng)前流行的關(guān)閉蛋白質(zhì)生成的另一項技術(shù)——RNA干擾區(qū)分開來,。
研究的主要作者、加州大學(xué)舊金山分校系統(tǒng)生物學(xué)研究人員Lei Stanley Qi博士說：“CRISPR是一種簡單的,，在全基因組水平上選擇性擾亂基因表達(dá)的方法,。這一技術(shù)提供了一種巧妙的途徑來尋找基因組中的所有短DNA序列，然后在序列定位處控制基因表達(dá)。”
Lei Stanley Qi博士說,，該技術(shù)使得研究人員能夠更容易及精確地追蹤基因激活模式,，以及在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的生物化學(xué)連鎖事件，并幫助科學(xué)家們鑒別正?？刂七@些事件,，且有可能在疾病中出錯的關(guān)鍵蛋白。
不同于傳統(tǒng)的RNA干擾技術(shù),，CRISPR干擾可以同時沉默任意數(shù)量的單個基因,。此外，它能夠更明確地發(fā)揮作用,。且如果你想的話,，它能夠像RNA干擾一樣發(fā)揮作用，不會關(guān)閉非靶向基因,。
10多年前,，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)可借助RNA干擾開關(guān)基因，由此開創(chuàng)了一個新的研究領(lǐng)域,，不僅促成了一個諾貝爾獎項的誕生,，還催生了投資達(dá)萬億美元的生物技術(shù)公司。今年1月,，美國食品和藥物管理局宣布,，首次批準(zhǔn)了一種基于相似干擾策略的注射藥物治療，這一藥物用于治療一種罕見形式高膽固醇,。
RNA干擾是通過阻斷信使RNA（mRNA）來阻止蛋白質(zhì)生成,，其應(yīng)用繞過了藥物開發(fā)中常見的一項挑戰(zhàn)——蛋白質(zhì)難靶向的問題。
而CRISPR干擾是在細(xì)胞蛋白質(zhì)制造過程更早的一步發(fā)揮作用,。“利用RNA干擾時,，DNA已經(jīng)轉(zhuǎn)錄成了RNA信息。在這個意義上講,，就如同馬已離廄為時已晚,。利用CRISPR干擾，我們能夠阻止信息被讀寫,，”研究的另一位資深作者,、霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員,、細(xì)胞和分子藥理學(xué)教授Jonathan Weissman博士說,。
CRISPR是“Clustered regularly interspaced short palindromic repeats”（規(guī)律成簇間隔短回文重復(fù)）的縮寫，它是細(xì)菌用以保護(hù)自身對抗病毒的一個系統(tǒng),。CRISPR能夠整合來病毒的少量基因,，像疫苗一樣發(fā)揮作用。細(xì)菌可以參考這一病毒庫來識別和攻擊病毒入侵者。
Lei Stanley Qi和同事們利用來自該系統(tǒng)的一種蛋白Cas9,，作為他們能夠插入任何特異的RNA伴侶分子的底板,。選擇的RNA作為一個銜接頭，決定了靶向基因組的位點,。“能夠極其靈活和快速地將這一機(jī)器靶向新位點,，”Lei Stanley Qi說。
這一研究小組使得該系統(tǒng)能夠在哺乳動物和細(xì)菌細(xì)胞中均發(fā)揮作用,，現(xiàn)在他們正致力于提高它在哺乳動物,，包括在人類細(xì)胞中的效率。他們的目標(biāo)是將Cas9底盤與一種酶連接,，使得該技術(shù)能夠開啟和關(guān)閉基因,。
這樣的一個多功能工具能夠在重新編程細(xì)胞再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用中證明它的價值。Lim實驗室長期致力于重編程免疫系統(tǒng)治療研究研究工作,。
Lim說：“我們的想法是重編程細(xì)胞,，讓其完成我們想讓它們做的事情。我們還仍然在解析基因組控制細(xì)胞重編程能力的秘密,。”(生物谷Bioon.com)
doi:10.1016/j.cell.2013.02.022
PMC:
PMID:
Repurposing CRISPR as an RNA-Guided Platform for Sequence-Specific Control of Gene Expression
Lei S-Qi, Matthew H-Larson,， Luke A-Gilbert, Jennifer A-Doudna, Jonathan S-Weissman, Adam P-Arkin and Wendell A-Lim.
Targeted gene regulation on a genome-wide scale is a powerful strategy for interrogating, perturbing, and engineering cellular systems. Here, we develop a method for controlling gene expression based on Cas9, an RNA-guided DNA endonuclease from a type II CRISPR system. We show that a catalytically dead Cas9 lacking endonuclease activity, when coexpressed with a guide RNA, generates a DNA recognition complex that can specifically interfere with transcriptional elongation, RNA polymerase binding, or transcription factor binding. This system, which we call CRISPR interference (CRISPRi), can efficiently repress expression of targeted genes in Escherichia coli, with no detectable off-target effects. CRISPRi can be used to repress multiple target genes simultaneously, and its effects are reversible. We also show evidence that the system can be adapted for gene repression in mammalian cells. This RNA-guided DNA recognition platform provides a simple approach for selectively perturbing gene expression on a genome-wide scale.
