张锋揭示增加基因组编辑特异性的新方法

日前，研究人员揭示了一种增加基因组编辑特异性的新方法，即利用 RNA 导向的CRISPR- Cas9 系统形成双切口，在不影响靶向切割效率的前提下，方便小鼠受精卵基因敲除研究。这一研究成果在线刊登在了《细胞》（Cell）杂志上。文章的通讯作者是麻省理工学院脑与认知科学助理教授、McGovern 脑研究所和 Broad 研究所核心成员张锋（Feng Zhang），今年七月，张锋荣获了美国生物医学大奖：瓦利基金青年研究家奖（Vallee Foundation Young Investigator Award），奖金 25 万美元。其研究组研究方向为设计新的分子工具来操控活体大脑。

CRISPRs-Cas9 技术成为了最近的新宠儿，这种基因组编辑技术更易于操作，也具有更强的扩展性。此前张锋研究组利用细菌 RNA ，引导 Cas9 核酸酶在小鼠和人类基因组的特定基因位点上进行切割，完成了精确的目标链断裂。他表示，“CRISPR系统即使在从细菌细胞中取出酶和 RNA ，然后再插入到哺乳动物细胞中之后，依然能如此有效的工作，这令人惊讶。”

Cas9 核酸酶是去年由美国 Lawrence Berkeley 国家实验室的研究人员发现的，他们也认识到这种酶具有潜在的基因组编辑作用。张锋认为 CRISPR 比较于其它基因组工程技术，比如锌指核酸酶（ZFNs）或转录激活因子样效应物核酸酶（TALENS），具有极大的优势。

在此基础上，这一研究组又进一步将 Cas9 切口酶突变体与其配对指导性 RNA s相结合，形成靶向双链断裂。由于基因组上的单个切口会根据高保真性进行修复，因此由适当偏移导向 RNAs（offset guide RNAs）造成的同时多个切口就成为了双链断裂形成的必需元素，并且也能增加靶向裂解特异性识别碱基的数目。

目前靶向基因组编辑技术已广泛用于基础研究和临床应用。CRISPR-CAS 系统中的 Cas9 核酸酶能通过 20nt 导向序列靶向特异性基因组位点，允许某些与 DNA 靶标的错配，从而促进一些意外脱靶突变的形成。

这项研究证明了通过配对切口，能降低细胞系 50-1500 倍的脱靶活性，在未影响靶向切割效率的前提下，方便小鼠受精卵基因敲除研究。这种方法策略用途广泛，能应用于需要高特异性的基因组编辑研究中。CRISPRs- Cas9 技术被称为基因组编辑领域的一个重大进展，研究人员们纷纷认为解密日益增加的、与人类健康及疾病相关的遗传变异数据，需要在模型系统中利用这类可扩展的精确的基因组编辑技术。

近期相关的成果也是层出不穷，例如同期《Cell》杂志也刊登了另外一项成果，实现了一步操控小鼠基因组纳入了报告基因和条件性等位基因，这样现在生成包含如此复杂工程等位基因的动物只需数周而非数年的时间，并可利用这些动物来构建疾病模型及研究基因功能。这些方法将大大加快构建基因修饰动物的速度。研究人员还将利用这种方法借助于 CRISPR-CAS 来构建出复杂疾病的模型。(2013/09/04)