“魔剪”技術(shù)CRISPR-Cas9自2012年發(fā)明以來(lái)，在治療許多難治性疾病顯示出巨大的潛力。CRISPR是通過(guò)在特定位點(diǎn)切割DNA來(lái)編輯基因組，但有時(shí)該工具也會(huì )在DNA的其他地方進(jìn)行切割，也就是所謂的脫靶效應?？茖W(xué)家們一直在努力攻克這個(gè)將CRISPR技術(shù)應用于臨床的“絆腳石”。
現在，Gladstone研究所和創(chuàng )新基因組學(xué)研究所（IGI）的一組科學(xué)家與阿斯利康合作開(kāi)發(fā)出一種識別這些不必要切割的新方法。相關(guān)結果于4月19日發(fā)表在《Science》雜志上。Beeke Wienert博士與Stacia Wyman同為該篇研究論文的第一作者。
Beeke Wienert博士說(shuō)道，“當CRISPR切割時(shí)，DNA被破壞，因此，為了生存，細胞將許多不同的DNA修復因子聚集到基因組中的特定位點(diǎn)以修復斷裂并將切割末端連接在一起。如果我們能夠找到這些DNA修復因子的位置，就可以確定被CRISPR切割位點(diǎn)。“
MRE11標志著(zhù)Cas9 DNA斷裂點(diǎn)
為了驗證這一想法，他們研究了一組不同的DNA修復因子。結果發(fā)現， MRE11是最先到達DNA切割位點(diǎn)的蛋白質(zhì)之一。MRE11就像寶藏地圖上的指引點(diǎn)，告訴研究人員蛋白質(zhì)的去處。研究人員利用MRE11開(kāi)發(fā)了一名為DISCOVER-Seq的新技術(shù)，該技術(shù)可以識別出CRISPR切割基因組的確切位點(diǎn)。
人類(lèi)基因組非常龐大，如果完整地打印出所有DNA序列，可能是一本高達16層樓的書(shū)籍，而利用CRISPR對DNA進(jìn)行切割時(shí)，就像試圖從書(shū)中刪除特定頁(yè)面上的一個(gè)特定單詞一樣。有點(diǎn)像大海撈針一樣。
然而，令人驚喜的是，MRE11竟然可以精確刪除特定單詞的所有字母。
與之前僅限于在實(shí)驗室中通過(guò)細胞培養的檢測脫靶效應不同，新的DISCOVER-Seq方法依賴(lài)于細胞的自然修復過(guò)程來(lái)識別切口，所以它侵入性更小 、更可靠。“在誘導多能干細胞、患者細胞和小鼠中，我們測試了新的DISCOVER-Seq方法。結果表明，新方法可以用于任何系統，不僅僅限于實(shí)驗室。” 通訊作者、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院開(kāi)設實(shí)驗室的Jacob Corn博士說(shuō)道。
值得關(guān)注的是，DISCOVER-seq是第一種可以在任何活體組織中直接從CRISPR編輯工具中找到切割位點(diǎn)的方法。MRE11蛋白是關(guān)鍵DNA修復途徑中最早的參與者之一，存在于哺乳動(dòng)物細胞系，比如小鼠和人類(lèi)中。這意味著(zhù)它可以用于任意查找切割位置，并且可以輕松應用于以前難以使用的不同系統。“已經(jīng)有一些非常好的脫靶方法，但它們在高度控制的系統中效果，如實(shí)驗室培養的細胞。”Corn說(shuō)，“DISCOVER-Seq的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它可以在任何基因組編輯工作的系統中找到脫靶。“
因為MRE11允許研究人員在切割后立即放大切割位點(diǎn)，研究人員也發(fā)現DNA修復工作的新方法，他們最終可能會(huì )利用這些知識來(lái)改進(jìn)CRISPR-Cas9基因組編輯。
加州大學(xué)舊金山分校（UCSF）的醫學(xué)遺傳學(xué)和分子藥理學(xué)教授Conklin對DISCOVER-Seq新方法的發(fā)現十分興奮。他說(shuō)，“DISCOVER-Seq大大簡(jiǎn)化了識別脫靶效應的過(guò)程，同時(shí)也提高了結果的準確性，讓我們可以更好地預測基因組編輯如何在臨床環(huán)境中發(fā)揮作用。”
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