利用改進的CRISPR基因編輯平台sOPTiKO研究人類發育

在一項新的研究中，來自英國韋爾科姆基金會桑格研究所和劍橋大學的研究人員構建出一種更加高效的和可控的CRISPR基因組編輯平台：sOPTiKO。他們描述了這種免費獲得的單步驟系統如何在體內每個細胞和每個發育步驟中發揮作用。這種新方法將有助科學家們開展發育生物學、組織再生和癌症研究。相關研究結果發表在2016年12月1日那期Development期刊上，論文標題為「Optimized inducible shRNA and CRISPR/Cas9 platforms for in vitro studies of human development using hPSCs」。

兩種互補的方法被開發出來。sOPiTKO是一種通過破壞DNA關閉基因的敲除系統。sOPTiKD則是一種通過破壞RNA沉默基因作用的敲降系統。利用這兩種方法，科學家們能夠可誘導性地在任何一種細胞類型中和在細胞---從幹細胞到完全分化的成體細胞---的任何發育階段上關閉或沉默基因。這將允許全世界的科學家們快速地和準確地研究當這些細胞發育成肝臟、皮膚或心臟等組織時基因在這種變化中所發揮的作用，並且發現這如何促進健康和疾病產生。

人體含有大約37萬億個細胞，但是人類基因組僅含有大約2萬個基因。因此，為了產生體內的每個組織和細胞類型，不同基因組合必須在器官或組織發育的不同時刻發揮作用。在細胞發育的特定時刻能夠關閉基因將允許人們研究它們所起的作用。

論文作者、劍橋大學韋爾科姆基金會醫學研究委員會劍橋幹細胞研究所教授Ludovic Vallier說，「當一種細胞由成為幹細胞發展為成為一種完全分化的成體細胞時，它當中的基因呈現出不同的作用。在之前，如果我們敲除一個基因，我們僅能夠在第一步觀察這會產生何種影響。通過允許這個基因在細胞發育期間發揮作用，然後在較晚的發育步驟利用sOPTiKO對它進行基因敲除，我們能夠精確地研究它在那個階段發揮的作用。」

sOPTiKO和sOPTIKD方法允許科學家們一次沉默一個以上基因的活性，因此如今就有可能通過一次敲降相關基因的整個家族的活性來研究它們的作用。

此外，這種免費獲得的系統允許更加快速地和更加廉價地開展實驗。sOPTiKO是高度靈活的，因此它能夠用於體內的每個組織中而無需每次構建一種新的系統。sOPiTKD允許顯著地提高效率：它能夠用於一次敲降一個以上的基因。在之前，為了沉默三個基因的活性，研究人員不得不敲降一個基因，培養細胞系，然後對第二個基因而言，重複前面的步驟，最後對第三個基因而言，再次重複一次。如今，它能夠僅需一個步驟就可實現這一點，從而將需要9個月的過程降低到僅需一到兩個月的時間。

論文共同第一作者Alessandro Bertero博士說，「相對於其他的CRISPR編輯系統，使用OPTiKO/sOPTIKD的兩個關鍵優勢在於它是真正可誘導的，而且能夠在幾乎任何細胞類型中發揮作用。在過去，我們僅能夠研究一種特定組織中的一個基因的功能。如今，我們能夠同時敲除具有不同功能的多種細胞類型中的同一個基因。」

doi：10.1242/dev.138081

本文編輯：Anny 本文來源：生物谷