Cell突破：又1篇！科學家再次發現CRISPR「關閉開關」

生物探索

編者按

CRISPR技術的脫靶效應深深影響著該技術在治療應用中的安全性和有效性。2016年12月，多個科學家小組發現CRISPR關閉開關，有望為該技術在2017年更安全的應用帶來希望。相關成果先後發表在Cell雜誌上。

2016年12月29日，發表在Cell雜誌上題為「Inhibition of CRISPR-Cas9 with Bacteriophage Proteins」的研究中，來自加州大學舊金山分校（UCSF）的科學家們找到了在細菌和人類細胞中能都能夠阻止CRISPR系統基因編輯活性的抑制劑。科學家們發現的這兩個「關閉開關」為 AcrIIA2和AcrIIA4，通過阻礙Cas9酶的活性發揮抑制作用。

開展尋找「關閉開關」研究時，科學家們基於了這樣的一個假說：細菌自身基因組中可能包含了阻止CRISPR切割靶DNA的抑制劑序列。這項新成果證明了研究人員的假說是正確的。UCSF的Joseph Bondy-Denomy博士是這一研究的通訊作者。

實驗室參與該研究的博士後Benjamin Rauch和同事們在李斯特菌中找到了多種稱為anti-CRISPRs的抑制劑。其中，AcrIIA2和AcrIIA4兩個抑制劑能夠阻斷來自釀膿鏈球菌的Cas9酶或SpyCas9酶活性。其中，Cas9酶頻繁用於基因組編輯中。SpyCas9是Cas9的變體，現在被世界大多數實驗室使用。

這些anti-CRISPR的序列是通過先前的噬菌體感染留在細菌基因組中的。Rauch表示，正如CRISPR技術是開發自細菌天然的抗病毒系統，我們也可以利用病毒躲避細菌防禦的anti-CRISPR蛋白尋找關閉開關。

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同月另一篇Cell：科學家首次找到「魔剪」CRISPR「關閉」開關

在這裡，我們不得不提到去年同月發表在Cell雜誌上的另一篇文章（題目：Naturally Occurring Off-Switches for CRISPR-Cas9）。在這一研究中，來自多倫多大學和馬薩諸塞大學的科學家們首次發現了CRISPR/Cas9的「關閉開關」（off-switches）。

具體來說，研究小組找到了特異性抑制腦膜炎奈瑟氏球菌（Neisseria meningitidis）CRISPR-Cas9系統的anti-CRISPRs三大不同的家族。研究表明，這些抑制性蛋白直接綁定了NmeCas9（N. meningitidis Cas9）。研究證實，這些anti-CRISPRs能夠被用作人類細胞基因編輯的有效抑制劑。需要注意的是，這一研究中發現的anti-CRISPR不能作用於來自釀膿鏈球菌的Cas9酶。

該研究的共同通訊作者Erik J. Sontheimer博士說：「一旦基因編輯系統進入細胞後，科學家們缺乏一個可靠的方法來關閉Cas9的活性。如果我們能夠在正確的基因編輯完成後打開一個『關閉開關』，問題就很容易解決了。在這一研究中，我們報告了首個已知的Cas9活性天然抑制劑。」

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下一步計劃

科學家們認為，anti-CRISPR蛋白的發現將成為研究和治療複雜和多基因疾病的關鍵。Bondy-Denomy指出，一些研究者和公眾擔心如此強大的CRISPR技術會被不合理的使用，帶來危險。這些抑制劑為阻止不法的、失控的CRISPR應用提供了手段，將幫助提高CRISPR研究的安全性。

Rauch說：「我們下一步的研究計劃是調查這些CRISPR抑制劑是否能夠在人類細胞中通過降低脫靶效應，改善基因編輯的精準度。我們也非常想弄清楚，這些抑制蛋白是如何阻斷Cas9基因編輯活性的。此外，我們還會在其它的細菌中尋找更多、更好的CRISPR抑制劑。」

參考資料：

The-scientist：More Anti-CRISPR Proteins To Block Cas9

GEN：Off Switch Found for Common Version of the CRISPR-Cas9 System

Cell：Inhibition of CRISPR-Cas9 with Bacteriophage Proteins

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