如果說到近幾年來生物學(xué)領(lǐng)域取得的重大突破,或許很多人都會(huì)提到CRISPR.作為一項(xiàng)極具潛力的基因編輯技術(shù),CRISPR不但在新藥研發(fā)的高通量篩選過程中扮演了越來越重要的角色,更有直接應(yīng)用于臨床的能力——今年6月,美國(guó)NIH下屬的重組DNA咨詢委員會(huì)投票一致通過CRISPR可用于人體基因編輯。而在7月,四川大學(xué)華西醫(yī)院的科學(xué)家也宣布將把CRISPR技術(shù)應(yīng)用于人體,以期治療非小細(xì)胞肺癌。不難想象,未來我們將看到更多CRISPR的應(yīng)用誕生。
作為一款基因編輯工具,在臨床應(yīng)用時(shí),科學(xué)家們往往希望CRISPR能夠在他們想要的時(shí)候,精準(zhǔn)地作用于他們感興趣的細(xì)胞,而不希望簡(jiǎn)單粗放地對(duì)所有細(xì)胞“一刀切”.這也是目前諸多研究人員努力的方向。而最近MIT的科學(xué)家們開發(fā)的創(chuàng)新技術(shù),則讓CRISPR有望走入精準(zhǔn)時(shí)代。
這項(xiàng)技術(shù)的主要研究者Piyush Jain博士是一名操縱RNA的高手。他在加入MIT前,曾有效地利用紫外光,控制了RNA干擾的進(jìn)程。與RNA干擾類似,CRISPR的基因編輯機(jī)理中也離不開RNA分子,這就讓Jain博士誕生了用紫外光控制CRISPR的想法。
“當(dāng)他加入MIT的時(shí)候,CRISPR正進(jìn)入爆發(fā)期。他對(duì)用光來啟動(dòng)CRISPR技術(shù)的想法感到非常振奮。”Jain博士的導(dǎo)師,MIT的Sangeeta Bhatia教授說道。
▲Piyush Jain博士
Jain博士并非首個(gè)冒出這樣想法的人。先前,許多研究人員計(jì)劃改造Cas9蛋白,讓它在一定的波長(zhǎng)下才有剪切的效應(yīng)。這樣改造蛋白質(zhì)的設(shè)計(jì)無疑工程量巨大。而Jain博士則選擇了一條截然不同的道路——在他的設(shè)計(jì)中,只有在特定的波長(zhǎng)下,引導(dǎo)Cas9蛋白的RNA才會(huì)與它結(jié)合。
具體來說,Jain博士設(shè)計(jì)了一類全新的DNA分子,它有兩個(gè)特性:第一,它能夠與向?qū)NA的序列完美結(jié)合,讓向?qū)NA失去了吸引Cas9蛋白的能力;第二,它的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。在波長(zhǎng)為365納米的紫外光下,這類DNA會(huì)發(fā)生斷裂,“解放”向?qū)NA.這些RNA也就能順利地與基因組上的特異部位結(jié)合,引來Cas9蛋白進(jìn)行剪切。
這項(xiàng)技術(shù)的最大意義,在于能夠在人為選定的時(shí)間,對(duì)選定的細(xì)胞基因組進(jìn)行編輯。因此,它也有極為廣泛的應(yīng)用前景。舉例來說,有些基因只在癌癥發(fā)生的某個(gè)特定階段才起作用,而精準(zhǔn)的剪切能幫助研究人員更好地了解這些基因在癌癥發(fā)生過程中的作用,從而提供潛在的新靶點(diǎn)。其次,它也能用更精確的方法關(guān)閉腫瘤細(xì)胞中的基因,而不影響到周圍的正常細(xì)胞。
“CRISPR-Cas9系統(tǒng)是一個(gè)非常有效的技術(shù),能讓科學(xué)家研究基因如何影響細(xì)胞的行為,”佐治亞理工生物醫(yī)學(xué)工程系的James Dahlman教授評(píng)論道:“這一重要的進(jìn)展能讓我們精準(zhǔn)地控制基因的變化。整個(gè)科學(xué)界將因此有一個(gè)全新的工具來推進(jìn)基因編輯的研究。”
目前,Jain博士的團(tuán)隊(duì)正在嘗試用這項(xiàng)CRISPR技術(shù)來“關(guān)閉”皮膚癌細(xì)胞中的致癌基因。這一便于接觸光線的組織,或許將帶來CRISPR治療癌癥的一大突破。
參考資料:
[1] Development of Light-Activated CRISPR Using Guide RNAs with Photocleavable Protectors
[2] Using light to control genome editing
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