CRISPR-Cas9作為一種革命性的基因編輯工具，其功能非常強大：雖然其本來是細菌用來破壞病毒的，但它也能在人類細胞中很好地發(fā)揮各種遺傳功能，包括剪切和粘貼DNA、精確地進行突變以及激活或抑制基因表達。 近日，美國加州大學伯克利分校的研究人員給CRISPR-Cas9添加了一個“開啟”開關，允許用戶在除目標細胞外的所有細胞中關閉Cas9基因編輯器，使其變得更加通用。研究結果于1月10日在線發(fā)表在《細胞》雜志的網(wǎng)絡版上。 重新設計的Cas9酶——研究人員稱之為ProCas9——功能完全正常。不過它含有一段蛋白質，在Cas9酶結合和切割DNA之前需要將其剪切掉。如果在ProCas9中插入一段只能被特定酶切割的短蛋白質，比如癌細胞或傳染性病毒或細菌專用的酶，這種酶就會成為啟動Cas9的觸發(fā)器。ProCas9就是根據(jù)蛋白酶來“感知”細胞類型的。 加州大學伯克利分校分子和細胞生物學副教授David Savage說，“這是我們?yōu)镃as9酶在分子層面添加的一種額外安全層，來確保其切割的準確性。這種方法賦予了Cas9蛋白的可編程輸入?！?/p> Savage說：“有很多蛋白酶可以調節(jié)細胞內的信號通路，將正常細胞轉化為癌細胞，并參與病原體的感染。如果我們能感知這些信號，我們就能利用這些重要的途徑并做出響應。” 在這項研究中，Savage和他的同事通過使Cas9對植物病毒和人類病毒（如西尼羅河病毒）都敏感來證明蛋白酶對Cas9的成功控制。在未來，他們相信這種技術可以用于將CRISPR-Cas9細菌免疫系統(tǒng)導入植物中，幫助它們抵御具有破壞性的病毒病原體。 Savage最初的研究目標是將Cas9蛋白質削減為最簡單的版本，以獲得盡可能強大的基因編輯器：它越簡單，就越容易工作和進入細胞。他說：“我們知道Cas蛋白很復雜，它有各種各樣的調節(jié)蛋白，這對它在細菌免疫系統(tǒng)中的功能至關重要。我們工作的主要目標是馴服它們，將其用于人類，并去除與基因組編輯無關的東西?！碧貏e是，他想重新設計Cas9，使其更容易附著在其他蛋白質上。這將使Cas9攜帶具有多種功能的蛋白質到DNA的正確位置上。這些蛋白叫做融合蛋白，其變體有希望改變基因表達，或者在“堿基編輯”的技術中，精確地改變DNA中的一個堿基或核苷酸。 研究人員用來重組Cas9的技術，稱為循環(huán)排列，之前從未在Cas9這樣復雜的蛋白質上進行過試驗。循環(huán)排列包括取出Cas9蛋白的氨基酸序列并將其切割，轉換兩個片段的順序，然后將其折疊成一個新的3D構型。 研究人員對Cas9蛋白進行了所有方式的切開以及循環(huán)排列，發(fā)現(xiàn)約有10%的新蛋白質仍然起作用，就好像研究人員只是以一種不同的方式重新排列了蛋白質的亞基，卻不影響蛋白質的功能。這可能是因為Cas9蛋白復合物具有高度的靈活性，當它抓住引導RNA、與DNA結合并移動到切割DNA鏈的位置時，它會四處移動。 Savage目前正在探索一些Cas9重排方式，以便為融合蛋白提供更好的支架，使它們更接近其靶向的DNA鏈。在重新排列Cas9支架的過程中，他意外地發(fā)現(xiàn)，重新連接兩個蛋白片段的方式會對結果產(chǎn)生影響。他說：“當我們切割蛋白質并將舊的片段移到新位置時，系統(tǒng)對如何將這兩個片段連接在一起變得非常敏感。我們意識到，我們可以利用這種敏感性來設計蛋白質，使其具有蛋白酶識別位點。”這項研究表明，“在基因編輯蛋白質方面，我們并沒有固守自然賦予我們的東西，這些蛋白質可以被精心優(yōu)化，并轉化成自然界中沒有的支架，使其具有在人體細胞中發(fā)揮作用的合適特性?！?Savage說道。 編譯：花花 審稿：alone 責編：張夢 |
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