中科院李劲松实验室在Cell Stem Cell发文章揭示CRISPR/Cas9存在脱靶效应

　　

中科院生化细胞所李劲松实验室利用CRISPR/Cas9技术对引起小鼠白内障遗传疾病的Crygc基因进行了研究，打靶的小鼠可以通过生殖细胞将修复的Crygc基因传递到下一代，因此由CRISPR/Cas9技术介导的遗传疾病治疗研究为人类基因治疗提供了一条新的思路。但是，李劲松实验室发现CRISPR/Cas9有严重脱靶现象，分别表现在以下两个方面：一方面，在Crygc突变位置(与野生型基因相比，缺失一个碱基)共设计5条sgRNA并打靶发现，有2条sgRNA可以有效地切割野生型位点，显示CRISPR/Cas9在此处有40%的脱靶率；另一方面，研究人员为了检测脱靶另做了120个PCR和测序发现，确实有脱靶位点被切割，而且其中之一的脱靶位点是在核心序列只有11bp与基因组位置配对的情况下仍然被切割成功，此脱靶现象的存在使得CRISPR/Cas9在临床应用上可能存在无法避免的安全隐患，同时使得基础研究引入很多不确定性，所以CRISPR/Cas9在临床应用和科学研究中受到很大局限。

CRISPR/Cas9的切割是通过向导RNA（sgRNA）与基因组位点之间20bp碱基的配对，再引导Cas9实现的，但是CRISPR/Cas9与靶位点识别的特异性主要依赖于sgRNA与靠近PAM(NGG)处10-12bp碱基的配对，其余远离PAM处8-10bp碱基的错配对靶位点的识别影响较小，而我们知道，要想在一个基因组中产生特异性位点至少需要16个碱基的配对才可实现特异。同时文献中报道Cas9也可以识别NAG附近的序列并进行打靶，这些研究说明了CRISPR/Cas9存在严重的脱靶性，即该技术可以发生非特异性切割，引起基因组非靶向位点的突变，这会造成研究结果的不确定性以及研究工作的大量增加，这些问题严重地限制了CRISPR/Cas9的应用。

目前最常用的基因修饰技术有TALEN和CRISPR/Cas9两种。TALEN由TALE 蛋白和FokI 核酸内切酶组成，利用TALE的序列模块，可组装成特异结合任意DNA序列的模块化组合蛋白，从而达到识别内源性基因的目的。CRISPR/Cas9是由CRISPR相关基因和Cas9基因组成，Cas9会在sgRNA的指引下，在完整基因组上的特定位点完成切割反应，同时CRISPR/Cas9的切割也依赖于sgRNA和基因组特定位点配对区5′端的PAM结构，使得sgRNA设计变得复杂。过去有些研究者尽管知道CRISPR/Cas9的脱靶严重，但是由于构建TALEN质粒步骤的繁琐使得他们还在TALEN和CRISPR/Cas9技术中徘徊，而现在FastTALE技术的出现使得TALEN质粒的构建可以很容易地在1天内完成，从而更能方便研究人员对TALEN技术的使用。

原文检索：

Correction of a Genetic Disease in Mouse via Use of CRISPR-Cas9

Cell Stem Cell, Volume 13, Issue 6, 659-662, 5 December 2013

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