Science重磅：CRISPR「直擊」胚胎生長過程，下一步也許就是癌症！
5月26日，發表在Science上的一項研究中，哈佛大學的發育生物學家Alexander Schier和他的同事設計了一種在發育動物中標記和追蹤細胞的新方法。在首次測試中，研究人員利用CRISPR技術揭示了一項驚人的發現，即成年斑馬魚中的許多組織和器官僅僅是從幾個胚胎細胞形成的。
Francis Crick研究所的發育生物學家James Briscoe說：「這是對CRISPR技術的一次創新性使用。」在CRISPR的一種原始用途中，模板DNA會告訴細胞如何修復雙鏈缺口，但如果科學家不提供模板，細胞就無法精準修復斷裂處，最終會留下「傷疤」，導致一些核苷酸缺失，或者添加「錯誤」的核苷酸。
Three-day-old zebrafish embryos.
為了確保斑馬魚基因真的被刪除，Schier通過引入多種不同的嚮導RNA靶向了多個位點。但是重複試驗卻帶了截然不同的結果，包括刪除部分的大小多種多樣等。Schier及華盛頓大學的遺傳學家Jay Shendure意識到，這種破壞的多樣性可以被用於新的研究。
在斑馬魚胚胎基因組中，Schier和Shendure插入了一些額外的DNA，包括10種不同的CRISPR靶向序列。隨後，他們向單細胞胚胎中注射了Cas9酶和10種與靶向序列匹配的嚮導RNA。隨著胚胎的發育，CRISPR系統會反覆的破壞和靶向每個細胞中的DNA，最終形成了一種獨特的「條形碼」。
當細胞分裂時，子細胞最初會擁有相同的「條形碼」，但當Cas9作用於不同的位置時，就會產生差異。「條形碼」的第一次變化似乎發生在胚胎變成兩個細胞的階段，隨後基因編輯系統會在運行約4個小時後「耗儘力氣」。當胚胎髮育成成千上萬個細胞後，留下來的「條形碼」將隨著細胞的繼續增殖在成年動物細胞中出現。
A cellular family tree
四個月後，科學家們收集了成年斑馬魚的器官，從約20萬個細胞中分離出一千多種不同的「條形碼」。結果發現，大部分器官中超過一半的細胞共享著不到7個「條形碼」。在除大腦外的所有器官中，25種不同的「條形碼」組成了90%以上的細胞。Briscoe說：「組織可能是由比我預想的要小得多的一組細胞形成的。」
科學家們將這一新技術稱為GESTALT（Genome Editing of Synthetic Target Arrays for Lineage Tracing），它有望幫助闡明單細胞最終發展成動物的過程；同時，GESTALT還有望揭示癌症研究中的重要問題，如多少前體細胞引發了腫瘤，擴散的癌症細胞如何與最初的腫瘤相關等。點擊打開鏈接
然而，研究人員表示，這一技術也有它的缺點，例如它並沒有可靠地標記每一代的細胞。但是，相比其它一些追蹤細胞和它們後代的方法（如染色或依賴自然突變），藉助CRISPR技術產生的「條形碼」可能更有效，且容易使用。Schier說：「我認為，從概念上來講，這是最令人興奮的事情，你可以記錄DNA的歷史。」
其它相關研究
事實上，在這一文章發表前，研究人員已經提出了將CRISPR系統插入了細胞記憶中的其它方法。來自MIT的一個團隊提出了一個叫mSCRIBE（mammalian Synthetic Cellular Recorder Integrating Biological Events）的系統。在這一研究中，科學家們向細胞中插入了單個CRISPR靶向序列，並改造位點使其能夠編碼嚮導RNA。隨後，Cas9酶破壞DNA，導致序列突變，從而產生突變的嚮導RNA。突變的嚮導RNA再引導Cas9作用於靶向序列，如此循環下去。在這一過程中DNA序列和嚮導RNA在不斷變化。
近階段，「魔剪」CRISPR展示出了其多方位的應用實力。5月5日，發表在Science上的一項研究中，科學家們開發出了一項新技術，利用基因編輯系統CRISPR來快速鑒別基因變異。
另一方面，科學家們也逐漸認識到可以利用CRISPR技術來激活基因的表達；5月23日，Nature Methods雜誌上發表了一項相關的結果，遺傳學大牛George Church是該研究的通訊作者之一。
此外，5月25日，發表在Nature Communications上的一項研究中，紐約大學的研究團隊基於CRISPR/Cas9系統開發了一個定向檢測基因組區域的活體成像系統。該系統能夠精確觀測基因組位點和細胞核結構，揭示細胞核改變在基因表達調控和其它細胞過程中的重要作用。
備註：本文部分內容根據Science網站編譯。
本公眾號由中國科學院微生物研究所信息中心承辦
微信公眾號：中國生物技術網
※都說fragment design x LV這次聲勢浩大，YOHO!Boy帶你現場直擊新加坡限定店！
※Computex直擊：Mini PC能否開啟更多可能？
※HYPEBEAST 直擊－Converse One Star 北京展覽現場回顧
※JSTYLE精美時裝周直擊 |FASHION WOW IN OMC，聽說「花樣」都在這裡玩High了！
※Twice定延-志效-Mina封面照公開，直擊心臟的「Knock Knock」
※Sony Xperia Touch、Xperia Ear 概念品直擊
※WWDC現場直擊 iOS 11在iPad Pro的體驗
※秀場直擊｜「ATMOSPHERE」Christian Dior Resort 2018
※HYPEBEAST 直擊－adidas by Stella McCartney 2017 秋冬系列東京派對現場回顧
※直擊 Supreme x Louis Vuitton 北京發售現場
※直擊PIKO太郎首次在台開唱「其實我想當SpeXial」
※直擊青少年隱私痛點 Facebook推出名為Talk的即時通訊APP
※現場直擊 Supreme x Louis Vuitton 聯名系列悉尼 Pop-Up 店鋪開幕盛況
※直擊Supreme和Nike兩個聯乘系列 開賣搶購實況
※直擊瑞典 IKEA Democratic Design Day 2017 一覽品牌未來動向
※Apink第三次巡迴演唱會直擊 Pink Panda福利來了
※Supreme x COMME des GAR?ONS SHIRT 2017 聯名系列東京發售現場直擊
※Facebook F8 大會首日現場直擊：AR 成最主要議題，社交化 VR 引遐想
※YOHO!直擊向佐 x Yohji Yamamoto獨家對談：關於男人間的談話