CRISPR的史上最高精度！Nature新作點亮基因編輯轉化的未來

健康 09-25

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《轉》譯

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近日，Jennifer Doudna團隊研究發現Cas9蛋白的特定變體可以提供更為精準、脫靶率更低的目的基因切割，這種新型Cas9蛋白的引入將CRISPR技術脫靶率降低到了有史以來的最低水平，有望幫助徹底解決CRISPR技術在應用上的「脫靶效應」。

該研究對應文章發表於最新上線的Nature雜誌，題為「Enhanced proofreading governs CRISPR–Cas9 targeting accuracy。」

在這項最新研究中，科學家利用單分子熒光共振能量轉移技術(FRET,F?rster resonance energy transfer）精準測量了Cas9-sgRNA複合物結合DNA時REC3、REC2 以及HNH等Cas9蛋白結構域的具體變化方式。

研究發現當Cas9-sgRNA複合物結合DNA時，Cas9特定變體的HNH結構域開關閾值相比野生型更高，這種升高的開關閾則使得Cas9在結合非靶DNA的時候能夠中止引導切割，從而提高基因編輯的精準度。

在Cas9-sgRNA複合物結合DNA的同時，Cas9蛋白REC3結構域會對靶向結合的準確性進行感知，向REC2結構域發出信號進而為HNH核酸酶提供工作位，激活Cas9的切割作用。

「如果能讓Cas9蛋白REC3結構域中的某些特定氨基酸殘基發生突變，那麼我們就能夠對Cas9的靶向切割活性進行相應調整，提高Cas9蛋白的特異性與精準性；現在，我們能夠確定Cas9蛋白REC3結構域中的這個「完美平衡點」，通過對其調整來實現在確保Cas9蛋白特異切割活性的同時大幅降低其脫靶率。」文章的第一作者Janice S. Chen表示。

在這項最新研究中，科學家發現Cas9蛋白REC3結構域的特定突變能夠大幅改變Cas9蛋白的特異性，使HNH核酸酶在錯配情況下完全失去被激活的可能。在這項最新研究中，科學家通過對這些具體結構域的調整設計了一種超精確的Cas9蛋白——HypaCas9（hyper-accurate Cas9）。

隨後的實驗證明，HypaCas9在保持其原有中靶率的同時具有更高的精準性。

研究人員表示作為DNA切割的主要調控者，Cas9在整個基因編輯系統中的角色絕對不可小覷。而對其關鍵結構域的重新設計則有望幫助科學家們設計更為優良的Cas9突變體，在最大的程度上降低CRISPR/Cas9系統的錯靶率，克服阻礙這一技術用於治療疾病的主要障礙。

Doudna和她的同事們則希望能夠通過對Cas9結構、功能與動力學關係的繼續探究進一步對其進行高度靈敏改造，使其產生更多的可靠變異以促進該技術臨床轉化的最終實現。

參考文獻：

Enhanced proofreading governs CRISPR–Cas9 targeting accuracy. Nature, doi:10.1038/nature24268

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