“魔剪”技術(shù)CRISPR-Cas9自2012年發(fā)明以來，在治療許多難治性疾病顯示出巨大的潛力。CRISPR是通過在特定位點(diǎn)切割DNA來編輯基因組，但有時(shí)該工具也會在DNA的其他地方進(jìn)行切割，也就是所謂的脫靶效應(yīng)?？茖W(xué)家們一直在努力攻克這個(gè)將CRISPR技術(shù)應(yīng)用于臨床的“絆腳石”。
現(xiàn)在，Gladstone研究所和創(chuàng)新基因組學(xué)研究所（IGI）的一組科學(xué)家與阿斯利康合作開發(fā)出一種識別這些不必要切割的新方法。相關(guān)結(jié)果于4月19日發(fā)表在《Science》雜志上。Beeke Wienert博士與Stacia Wyman同為該篇研究論文的第一作者。
Beeke Wienert博士說道，“當(dāng)CRISPR切割時(shí)，DNA被破壞，因此，為了生存，細(xì)胞將許多不同的DNA修復(fù)因子聚集到基因組中的特定位點(diǎn)以修復(fù)斷裂并將切割末端連接在一起。如果我們能夠找到這些DNA修復(fù)因子的位置，就可以確定被CRISPR切割位點(diǎn)。“
MRE11標(biāo)志著Cas9 DNA斷裂點(diǎn)
為了驗(yàn)證這一想法，他們研究了一組不同的DNA修復(fù)因子。結(jié)果發(fā)現(xiàn)， MRE11是最先到達(dá)DNA切割位點(diǎn)的蛋白質(zhì)之一。MRE11就像寶藏地圖上的指引點(diǎn)，告訴研究人員蛋白質(zhì)的去處。研究人員利用MRE11開發(fā)了一名為DISCOVER-Seq的新技術(shù)，該技術(shù)可以識別出CRISPR切割基因組的確切位點(diǎn)。
人類基因組非常龐大，如果完整地打印出所有DNA序列，可能是一本高達(dá)16層樓的書籍，而利用CRISPR對DNA進(jìn)行切割時(shí)，就像試圖從書中刪除特定頁面上的一個(gè)特定單詞一樣。有點(diǎn)像大海撈針一樣。
然而，令人驚喜的是，MRE11竟然可以精確刪除特定單詞的所有字母。
與之前僅限于在實(shí)驗(yàn)室中通過細(xì)胞培養(yǎng)的檢測脫靶效應(yīng)不同，新的DISCOVER-Seq方法依賴于細(xì)胞的自然修復(fù)過程來識別切口，所以它侵入性更小 、更可靠。“在誘導(dǎo)多能干細(xì)胞、患者細(xì)胞和小鼠中，我們測試了新的DISCOVER-Seq方法。結(jié)果表明，新方法可以用于任何系統(tǒng)，不僅僅限于實(shí)驗(yàn)室。” 通訊作者、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院開設(shè)實(shí)驗(yàn)室的Jacob Corn博士說道。
值得關(guān)注的是，DISCOVER-seq是第一種可以在任何活體組織中直接從CRISPR編輯工具中找到切割位點(diǎn)的方法。MRE11蛋白是關(guān)鍵DNA修復(fù)途徑中最早的參與者之一，存在于哺乳動(dòng)物細(xì)胞系，比如小鼠和人類中。這意味著它可以用于任意查找切割位置，并且可以輕松應(yīng)用于以前難以使用的不同系統(tǒng)。“已經(jīng)有一些非常好的脫靶方法，但它們在高度控制的系統(tǒng)中效果，如實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的細(xì)胞。”Corn說，“DISCOVER-Seq的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它可以在任何基因組編輯工作的系統(tǒng)中找到脫靶。“
因?yàn)镸RE11允許研究人員在切割后立即放大切割位點(diǎn)，研究人員也發(fā)現(xiàn)DNA修復(fù)工作的新方法，他們最終可能會利用這些知識來改進(jìn)CRISPR-Cas9基因組編輯。
加州大學(xué)舊金山分校（UCSF）的醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)和分子藥理學(xué)教授Conklin對DISCOVER-Seq新方法的發(fā)現(xiàn)十分興奮。他說，“DISCOVER-Seq大大簡化了識別脫靶效應(yīng)的過程，同時(shí)也提高了結(jié)果的準(zhǔn)確性，讓我們可以更好地預(yù)測基因組編輯如何在臨床環(huán)境中發(fā)揮作用。”
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