Cell：重大進展！開發出讓基因組重新組裝的CRISPR-GO技術

大多數哺乳動物細胞含有一個細胞核，這個細胞核中容納的DNA如果拉成直線的話則長6英尺以上。這種遺傳物質決定著細胞的命運，而且如果它處於不合適的位置或者遭受損傷的話，那麼它能夠導致疾病。之前的研究已表明DNA傾向於在細胞核的某些區域聚集在一起。然而，這种放置如何影響DNA的功能仍然是不清楚的。

在一項新的研究中，來自美國斯坦福大學的研究人員通過解除CRISPR-Cas9的「切割」功能，這種編輯工具變得更像是一種遞送系統，這樣就能夠通過可編程的嚮導RNA（gRNA）將DNA片段遞送到細胞核中的新位置上。這種稱為CRISPR-基因組組裝（CRISPR-genome organization, CRISPR-GO）的新技術使用一種經過修飾的CRISPR蛋白，從而在三維空間中重新組裝基因組。如果CRISPR-Cas9像分子剪刀一樣，那麼CRISPR-GO就像分子鑷子一樣，抓住基因組中的特定部分，並且將它們放置在細胞核的新位置上。但是這並不僅僅是物理上的重新安置：改變DNA片段的位置能夠改變它們的運作方式。相關研究結果於2018年10月11日在線發表在Cell期刊上，論文標題為「CRISPR-Mediated Programmable 3D Genome Positioning and Nuclear Organization」。論文通信作者為斯坦福大學化學與系統生物學助理教授Lei S. Qi博士。

圖片來自Cell, doi:10.1016/j.cell.2018.09.013。

CRISPR-GO有三個基本部分。首先，你想要重新定位的靶DNA片段所在的「地址」---一段DNA，它能夠靶向一條互補的結合RNA的鏈。其次，你需要目標地址---你想要將染色質移動到的細胞核區室中的特定DNA部分。最後，還存在「橋（bridge）」，在這種情形下，它是一種催化劑，它促進靶DNA片段移動到它在細胞核中的目標地址。

細胞核中有多個區室，它們在維護細胞功能方面都具有特定的作用。Qi和他的實驗室研究了細胞核的三個不同區域，測試他們是否能以某種方式改變染色質的功能，這取決於他們將它移動到何處。

通過使用CRISPR-GO，這些研究人員觀察到重新定位到卡哈爾體（Cajal body）---作為細胞核中的一部分，它是一團無定形的且有些神秘的蛋白和RNA ---中的基因停止表達蛋白。他們首次有證據證實卡哈爾體能夠具有直接的基因調節作用。這提示著卡哈爾體在控制轉錄方面有一些意想不到的作用。

當Qi利用CRISPR-GO將端粒DNA ---染色體上的與長壽相關的分子帽---從細胞核的中間移動到細胞核的邊緣時，端粒停止生長，從而阻止細胞周期和降低細胞活力。然而，當端粒更靠近卡哈爾體時，相反的情形發生了：它們生長，並且通過這樣做，細胞活力也增加了。

CRISPR-GO的第三種應用是形成早幼粒細胞白血病小體（promyelocytic leukemia body, PML小體）。眾所周知，這種蛋白團塊抑制促腫瘤基因表達。通過將它放置在細胞核中的致癌基因附近，Qi計劃測試它是否能夠有助於抑制腫瘤形成。

Qi表示，雖然利用CRISPR-GO提供的證據是令人興奮的，但是這項研究仍處於試驗階段，在這些研究結果得到驗證之前，還有更多的研究工作需要開展。（生物谷 Bioon.com）

參考資料：

Haifeng Wang, Xiaoshu Xu, Cindy M. Nguyen et al. CRISPR-Mediated Programmable 3D Genome Positioning and Nuclear Organization. Cell, Published Online: 11 October 2018, doi:10.1016/j.cell.2018.09.013.

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