解答CRISPR基因編輯疑惑：為何有時無效？

生物化學家發現了CRISPR系統基因組編輯失敗的原因，這一研究揭示了Cas9最常用的靶標。

伊利諾伊大學芝加哥分校的研究人員第一次指出了為什麼CRISPR基因編輯有時無法生效，以及如何能幫助這一過程更為有效。

CRISPR是一種大熱的基因編輯工具，它能幫助科學家們從DNA中切除不需要的基因或遺傳物質，有時還可以添加上所需的序列。CRISPR使用的是一種名為Cas9的酶，它像剪刀一樣切除不需要的DNA。一旦在要去除的DNA的任一側上進行切割，細胞或者開始修復，將DNA鏈的兩端粘合在一起，或者死亡。

在最新這項研究中，研究人員發現，當利用CRISPR進行基因編輯時，存在15％的失敗率，這通常是由於Cas9蛋白與切割位點的DNA持續結合，阻止了DNA修復酶進入切口。

這是第一次發現為何CRISPR基因編輯會失敗，文章作者之一，生物化學和分子遺傳學副教授Bradley Merrill表示。

「我們發現，Cas9在『dud"位置上會持續與DNA鏈結合，阻止了細胞啟動修復過程，」Merrill說。卡住的Cas9也無法繼續進行額外的DNA切割，從而限制了CRISPR的效率。

同時，研究人員也發現Cas9在存在RNA聚合酶的基因組位置上無法發揮作用，進一步研究表明，引導Cas9僅僅在DNA雙螺旋的一條鏈上退火，能促進Cas9與RNA聚合酶之間的相互作用，有助於將「dud」Cas9轉化為有效的基因組編輯位置。

具體而言，研究人員發現在基因組編輯過程中，Cas9的鏈選擇性迫使RNA聚合酶與Cas9碰撞，使得Cas9被DNA推開。

「我感到驚訝的是，選擇這一條DNA鏈而不是另一條DNA鏈，對基因組編輯產生如此強大的影響，」文章的第一作者Clarke說，「揭示這種現象背後的機制有助於我們更好地理解Cas9與基因組的相互作用如何導致某些編輯失敗的原因，並且在設計基因組編輯實驗時，我們可以將其應用上。」

「這一新觀點對於基因組編輯，以及未來基因組編輯在臨床上的應用都非常重要，」Merrill說。

同時這一發現對於了解基因組編輯的「限速步驟」——Cas9和DNA鏈之間的相互作用也十分重要。這意味著它是該過程中最慢的部分。因此，控制此階段的變化最有可能影響基因組編輯的總體持續時間。

「如果我們能夠減少Cas9與DNA鏈相互作用的時間（即Cas9與RNA聚合酶的相互作用），就可以減少酶量，降低接觸，從而減少不良反應或副作用，這對於可能患者的未來療法至關重要。」

原文標題

Enhanced Bacterial Immunity and Mammalian Genome Editing via RNA-Polymerase-Mediated Dislodging of Cas9 from Double-Strand DNA Breaks

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