CRISPR再添新丁！新工具可以「粉碎」DNA

近日，Cell子刊《Molecular Cell》上新發了一篇題為「Introducing a Spectrum of Long-Range Genomic Deletions in Human Embryonic Stem Cells Using Type I CRISPR-Cas」的文章，揭示了一種新版本的CRISPR工具。

來自密歇根大學的國際團隊在細菌體內發現了一種I型CRISPR-Cas3，證實其可以剪切人類細胞中的長片段DNA，類似於「DNA粉碎機」。

新版本CRISPR

CRISPR源自細菌體內的一套天然「免疫機制」，被用於防禦入侵病毒和外源DNA。近十年，CRISPR被發現、挖掘，已經成為真核基因組編輯的常用工具之一。

我們現在常常提及的「魔剪技術」是指II型或V型CRISPR，傳統組成包括基礎版釀膿鏈球菌Cas9酶（SpCas9）、引導RNA（gRNA）。

現在，在這一新研究中，科學家們發現的是一種I型CRISPR。在細菌體內，I型CRISPR實際上比II型CRISPR更為常見。

他們發現，相比於現有的CRISPR-Cas9，I型CRISPR-Cas更擅長定位、刪除更長的DNA片段。團隊負責人、密歇根大學的Yan Zhang教授認為，這對於解析疾病病因，甚至於治療與長片段DNA相關的疾病有著重要意義。

「DNA粉碎機」

他們以胚胎幹細胞和HAP1細胞為材料，證實I型CRISPR能夠依靠多亞基核糖核蛋白（RNP）複合體Cascade，識別目標DNA，隨後在Cas3的作用下逐步降解DNA。

This is a representation of how the new technique is made possible in human cells (top box) and how it acts on DNA to create long-range deletions starting at a precise point. [Zhang lab, University of Michigan]

結果顯示，這一剪切工具的編輯效率達到13-60%，且能夠完成從幾百到10萬鹼基的不同剪切。這些結果凸顯了這一CRISPR-Cas3在長片段剪切上的潛能。

研究團隊將這一工具稱為「帶有馬達的DNA粉碎機」，因為它能夠沿著DNA基因組移動一定距離，並且能夠剪切基因。

此外，相比於CRISPR-Cas9系統，CRISPR-Cas3需要的引導RNA更長，而且因為目標搜索和剪切是兩個步驟，所以CRISPR-Cas3可能更好控制，不太可能在錯誤的地方進行剪切。

Cas可以在需要的地方進行剪切，但是只能剪一刀。現在，這一最新發現的Cas3可以沿著染色體移動，並且進行成千上萬的鹼基刪除。這意味著，它可以成為一個強大的基因篩選工具。

當科學家們研究非編碼長鏈DNA時，這一工具可能會特別有用。此外，研究人員表示，Cas3在染色體上長距離傳播的能力是現有Cas9技術無法實現的。所以，如果設計一種特殊的Cas3版，即能夠沿著染色體延伸，但是無法剪切DNA，這或許可以成為基因工程領域的一個傳遞平台。

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參考資料：

[1] Researchers develop treatment that turns tumors into cancer vaccine factories

[2]Introducing a Spectrum of Long-Range Genomic Deletions in Human Embryonic Stem Cells Using Type I CRISPR-Cas

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