干细胞研究泰斗发国内期刊论文 解析基因调控新技术

　　生物通报道：据最新公布的SCI影响因子，中科院主办的《Cell Research》杂志从去年的8.19跃升至10.526，实现了10的突破。这份期刊主要收纳细胞生物学等领域前沿科学研究成果，近期干细胞研究领域的权威人物Rudolf Jaenisch教授带领研究组，在这一期刊上发表了关于一种新基因调控系统的最新研究成果，证实这一系统能够有效应用于小鼠细胞、人类细胞和人类胚胎中。

Jaenisch教授是怀特黑德研究所的创始人之一，曾经担任过国际干细胞学会的主席。其在一系列的领域做出了有影响的工作，包括基因敲除小鼠、表观遗传学研究、核移植、iPS等，解决了这些领域几乎所有的重要问题。

而近年来他又对CRISPR-Cas技术产生了浓厚的兴趣，并在这一方面展开了深入的研究。CRISPRs全称为规律成簇间隔短回文重复(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats)，这是一类广泛分布于细菌和古菌基因组中的重复结构。研究表明，CRISPR与一系列相关蛋白、前导序列一起，能为原核生物提供对抗噬菌体等外源基因的获得性免疫能力。

在最新这篇文章中，研究人员构建出了一种称为CRISPR-on的强大新基因调控系统，这种系统的作用与RNAi的作用相反——RNAi通常用于失活基因活性，CRISPR-on则可以激活一些细胞基因，由此能增强研究过程中改变基因表达的能力。

在之前的研究中，Jaenisch教授曾利用CRISPR/ Cas的系统绕过ES细胞，快速有效地生成多个基因双拷贝均有突变的小鼠。ES细胞是传统方法生成模型的一个限制条件，而CRISPR/Cas技术甚至不需使用ES细胞，就可以生成突变小鼠。这或许可使得遗传学研究不再局限于具有ES细胞的有限模式生物。

此后这一研究组又利用基因调控系统CRISPR/Cas，一步操控小鼠基因组纳入了报告基因和条件性等位基因。现在生成包含如此复杂工程等位基因的动物只需数周而非数年的时间，并可利用这些动物来构建疾病模型及研究基因功能。

科学家们之前构建这样的模式生物需要利用胚胎干细胞(ESCs)，且要经历一个复杂且耗时的过程。不幸的是，科学家们只能有效操控小鼠和大鼠的这些ESCs，这一限制阻碍了这类研究。利用CRISPR/Cas，Jaenisch教授构建出了带有条件性等位基因的小鼠，以及携带着多个标记基因能够报告这些基因是否正在表达的小鼠。

在这一基础上，Jaenisch教授研究组利用CRISPR系统又开发出了 CRISPR-on系统，这一系统能在不同水平上只激活感兴趣的基因，这将有助于科学家们加深对多种疾病的转录网络的理解，并找到治疗这些疾病的潜在方法。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Multiplexed activation of endogenous genes by CRISPR-on, an RNA-guided transcriptional activator system

Technologies allowing for specific regulation of endogenous genes are valuable for the study of gene functions and have great potential in therapeutics. We created the CRISPR-on system, a two-component transcriptional activator consisting of a nuclease-dead Cas9 (dCas9) protein fused with a transcriptional activation domain and single guide RNAs (sgRNAs) with complementary sequence to gene promoters. We demonstrate that CRISPR-on can efficiently activate exogenous reporter genes in both human and mouse cells in a tunable manner. In addition, we show that robust reporter gene activation in vivo can be achieved by injecting the system components into mouse zygotes. Furthermore, we show that CRISPR-on can activate the endogenous IL1RN, SOX2, and OCT4 genes. The most efficient gene activation was achieved by clusters of 3-4 sgRNAs binding to the proximal promoters, suggesting their synergistic action in gene induction. Significantly, when sgRNAs targeting multiple genes were simultaneously introduced into cells, robust multiplexed endogenous gene activation was achieved. Genome-wide expression profiling demonstrated high specificity of the system.