科學(xué)家有望開發(fā)出脫靶率更低的安全CRISPR基因編輯技術(shù)

CRISPR系統(tǒng)是一種能夠靶向編輯基因組的強(qiáng)大工具，其具有明顯的治療潛力，然而其經(jīng)常也會(huì)不恰當(dāng)?shù)鼐庉嬕恍懊摪小保╫ff-target）位點(diǎn)，近日，一項(xiàng)刊登在國(guó)際雜志PLoS Biology上的研究報(bào)告中，來(lái)自溫州醫(yī)科大學(xué)等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們通過(guò)研究表示，突變CRISPR基因編輯系統(tǒng)核心的酶類或許就能改善其編輯的精準(zhǔn)度，相關(guān)研究結(jié)果或能為基因編輯提供一種相比使用未修飾酶類系統(tǒng)更安全的治療性策略。

CRISPR基因編輯系統(tǒng)能利用Cas9酶類進(jìn)行DNA的切割，而Cas9能切割幾乎任何的DNA序列，其特異性源于與導(dǎo)向RNA（gRNA）之間的相互作用，gRNA的序列能使其通過(guò)堿基對(duì)匹配的方式來(lái)靶向作用DNA，一旦結(jié)合后，該酶類就會(huì)被激活，隨后就會(huì)開啟DNA的切割過(guò)程。

CRISPR系統(tǒng)存在于多種常用于研究的細(xì)菌物種中，而來(lái)自金黃色葡萄球菌的CRISPR系統(tǒng)則具有尺寸上的優(yōu)勢(shì)，與其它細(xì)菌不同的是，其基因小到足以能裝載入一種稱之為腺相關(guān)病毒的多功能無(wú)害基因療法載體中，從而就使其在治療目的上具有一定的吸引力。包括來(lái)自金黃色葡萄球菌在內(nèi)的任何CRISPR系統(tǒng)的關(guān)鍵局限性在于其在會(huì)進(jìn)行DNA的脫靶切割，導(dǎo)向RNA可能會(huì)與序列接近但不完全匹配的位點(diǎn)結(jié)合地很弱，而根據(jù)匹配的緊密程度及成對(duì)gRNA-DNA復(fù)合體相互作用的緊密程度，酶類可能會(huì)被激活并錯(cuò)誤地切割DNA，從而產(chǎn)生潛在的有害后果。

為了深入研究來(lái)自金黃色葡萄球菌的Cas9是否能被修飾以高保真性來(lái)切割預(yù)期的靶點(diǎn)，研究人員開發(fā)了一系列新型的Cas9突變體，同時(shí)在維持預(yù)期位點(diǎn)較高活性的同時(shí)檢測(cè)其區(qū)分不完美配對(duì)的能力，他們發(fā)現(xiàn)了一種突變體，其都能區(qū)分并拒絕gRNA和DNA之間的單堿基對(duì)錯(cuò)誤匹配，無(wú)論靶點(diǎn)如何，這都能使保真度相比原始酶類提高了93倍；研究者表示，這種突變影響了部分的識(shí)別結(jié)構(gòu)域，即酶類的特殊區(qū)域，該區(qū)域能協(xié)調(diào)酶類和gRNA-DNA復(fù)合體之間的接觸，這種突變可能會(huì)削弱這些接觸，從而就能確保只有來(lái)自完美序列匹配的最強(qiáng)配對(duì)才能夠觸發(fā)酶類活性。

最后研究者Gu表示，避免脫靶切割是利用CRISPR開發(fā)疾病治療性手段過(guò)程中所面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，比如糾正遺傳性疾病或靶向作用癌細(xì)胞等，本文研究結(jié)果或能幫助研究人員開發(fā)潛在安全的基因療法策略。