CRISPR再添新丁！新工具可以“粉碎”DNA

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來源：生物探索

2019-04-15

近日，Cell子刊《Molecular Cell》上新發(fā)了一篇題為“Introducing a Spectrum of Long-Range Genomic Deletions in Human Embryonic Stem Cells Using Type I CRISPR-Cas”的文章，揭示了一種新版本的CRISPR工具。

來自密歇根大學(xué)的國際團(tuán)隊(duì)在細(xì)菌體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一種I型CRISPR-Cas3，證實(shí)其可以剪切人類細(xì)胞中的長片段DNA，類似于“DNA粉碎機(jī)”。

新版本CRISPR

CRISPR源自細(xì)菌體內(nèi)的一套天然“免疫機(jī)制”，被用于防御入侵病毒和外源DNA。近十年，CRISPR被發(fā)現(xiàn)、挖掘，已經(jīng)成為真核基因組編輯的常用工具之一。

我們現(xiàn)在常常提及的“魔剪技術(shù)”是指II型或V型CRISPR，傳統(tǒng)組成包括基礎(chǔ)版釀膿鏈球菌Cas9酶（SpCas9）、引導(dǎo)RNA（gRNA）。

現(xiàn)在，在這一新研究中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)的是一種I型CRISPR。在細(xì)菌體內(nèi)，I型CRISPR實(shí)際上比II型CRISPR更為常見。

他們發(fā)現(xiàn)，相比于現(xiàn)有的CRISPR-Cas9，I型CRISPR-Cas更擅長定位、刪除更長的DNA片段。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、密歇根大學(xué)的Yan Zhang教授認(rèn)為，這對于解析疾病病因，甚至于治療與長片段DNA相關(guān)的疾病有著重要意義。

“DNA粉碎機(jī)”

他們以胚胎干細(xì)胞和HAP1細(xì)胞為材料，證實(shí)I型CRISPR能夠依靠多亞基核糖核蛋白（RNP）復(fù)合體Cascade，識別目標(biāo)DNA，隨后在Cas3的作用下逐步降解DNA。

This is a representation of how the new technique is made possible in human cells (top box) and how it acts on DNA to create long-range deletions starting at a precise point. [Zhang lab, University of Michigan]

結(jié)果顯示，這一剪切工具的編輯效率達(dá)到13-60%，且能夠完成從幾百到10萬堿基的不同剪切。這些結(jié)果凸顯了這一CRISPR-Cas3在長片段剪切上的潛能。

研究團(tuán)隊(duì)將這一工具稱為“帶有馬達(dá)的DNA粉碎機(jī)”，因?yàn)樗軌蜓刂鳧NA基因組移動一定距離，并且能夠剪切基因。

此外，相比于CRISPR-Cas9系統(tǒng)，CRISPR-Cas3需要的引導(dǎo)RNA更長，而且因?yàn)槟繕?biāo)搜索和剪切是兩個(gè)步驟，所以CRISPR-Cas3可能更好控制，不太可能在錯(cuò)誤的地方進(jìn)行剪切。

Cas可以在需要的地方進(jìn)行剪切，但是只能剪一刀。現(xiàn)在，這一最新發(fā)現(xiàn)的Cas3可以沿著染色體移動，并且進(jìn)行成千上萬的堿基刪除。這意味著，它可以成為一個(gè)強(qiáng)大的基因篩選工具。

當(dāng)科學(xué)家們研究非編碼長鏈DNA時(shí)，這一工具可能會特別有用。此外，研究人員表示，Cas3在染色體上長距離傳播的能力是現(xiàn)有Cas9技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的。所以，如果設(shè)計(jì)一種特殊的Cas3版，即能夠沿著染色體延伸，但是無法剪切DNA，這或許可以成為基因工程領(lǐng)域的一個(gè)傳遞平臺。

參考資料：

【1】New CRISPR Tool Described as a DNA Shredder with a Motor

【2】Introducing a Spectrum of Long-Range Genomic Deletions in Human Embryonic Stem Cells Using Type I CRISPR-Cas

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