基因“魔剪”CRISPR“保护开关”:Cas9酶活抑制剂AcrIIA4

2017年07月13日 15:44 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

近年来,CRISPR/Cas9基因编辑技术成为了生物技术的热点话题。通过对酿脓链球菌Cas9酶进行改进,科学家构建出一种新的碱基编辑器CRISPR/Cas9,使得DNA基因切割成为可能。但为了更好地控制“魔剪”CRISPR/Cas9,科学家需要一种具有“抑制开关”作用的分子机制来抑制其酶活性,在最新的《Science Advances》杂志中,加州大学伯克利分校的CRISPR先驱Jennifer A. Doudna 教授及多家研究机构组成的科研团队展示了一种抗CRISPR蛋白的抑制剂AcrIIA4,如何通过模拟真实DNA来阻断Cas9酶活性,达到保护有效基因安全的“抑制开关”作用。

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CRISPR/Cas9 是细菌和古细菌在长期演化过程中形成的一种适应性免疫防御,可用来对抗入侵的病毒及外源DNA。CRISPR/Cas9 系统通过将入侵噬菌体和质粒 DNA 的片段整合到 CRISPR 中,并利用相应的 CRISPR RNAs(crRNAs)来指导同源序列的降解,从而提供免疫性。2013年,通过对该Cas9酶的改进,革命性基因编辑工具CRISPR出现,因其容易操作且成本低,很快得到全世界研究人员的青睐,发展速度前所未有,现已有近20项人体临床试验相继开展。但尽管CRISPR/Cas9基因编辑工具能够非常精确地切割DNA片段,由于DNA分子的复杂性和CRISPR/Cas9酶的切割活跃性,仍然避免不了误切割,这对基因编辑来说非常危险。

论文中,Doudna 教授解释AcrIIA4其能够通过模仿DNA来让CRISPR/Cas9“魔剪”误认为其切断了真实的DNA片段,用这张方法可以阻断Cas9酶活性,并保护非目标碱基不受编辑影响,让基因编辑更加安全和完善。布罗德研究所的生物科学家Dane Hazelbaker称利用Cas9进行基因片段切割非常容易,但是控制它的天性至关重要。如果把Cas9比作一位外科医生,那他是一位非常擅长切除器官的医生,但如果你仅仅想要切除阑尾,而不损伤周边的胆囊。你就需要AcrIIA4这样的Cas9酶活抑制剂,它就像“能够在那把剪刀剪向重要器官之前,狠狠地拽开拿着剪刀的双手”

这项研究发现对于基因编辑技术来说至关重要,有了它能够让这项走在前沿的热点生物技术更具可能性,并保障研究的安全。

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