PNAS解析CRISPR的DNA编辑机制

　　

生物通报道 一个国际科学家小组促使我们朝着更深层次地了解一些酶“编辑“基因的机制迈出了重要一步，从而为纠正患者的遗传疾病铺平了道路。

 

来自布里斯托大学和立陶宛生物技术研究院的研究人员观察了，一种叫做CRISPR的酶结合和改变DNA结构的过程。

 

发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的这些研究结果，为最终利用这些基因组编辑工具来纠正人类遗传疾病提供了至关重要的一块拼图。

 

CRISPR酶最初发现于上世纪80年代，是细菌和古细菌为了抵御病毒和质粒的不断攻击而演化而来的一种获得性免疫防御机制。近期科学家们发现其中一种CRISPR酶——Cas9可用于编辑人类的基因组。

 

通过精心设计，这些酶可以靶向30亿DNA分子碱基对中的碱基组合。这相当于在23卷的百科全书中纠正一个拼错的单词。

 

为了实现这种大海捞针，CRISPR酶利用了RNA分子。靶向过程要求CRISPR酶分开DNA链，将这一RNA插入到称作为“R-环”（R-loop）的序列特异性结构中。

 

该研究小组利用特别改装的显微镜测试了R-环模型，在显微镜中单个DNA分子在磁场中被拉伸。通过改变DNA上的切向力，研究人员可以直接观察单个CRISPR酶介导的R-环形成事件。

 

这使得他们揭示出了这一过程中从前隐藏的一些步骤，并探查了DNA碱基序列的影响。

 

布里斯托大学生物化学院Mark Szczelkun教授说：“利用这些令人兴奋的基因组编辑工具存在的一个重大挑战是，要确保只靶向基因组中的特异位点。”

 

“我们的单分子检测促成更深入地了解了DNA序列对于R-环形成的影响。在未来这将帮助合理地重新设计CRISPR酶来提高它们的精确度，将脱靶效应降至最少。如果我们想要最终将这些工具应用于纠正患者的遗传疾病这将是至关重要的。

 

（生物通：何嫱）

 

生物通推荐原文索引：

 

'Direct observation of R-loop formation by single RNA-guided Cas9 and Cascade effector complexes' by Mark D. Szczelkuna, Maria S. Tikhomirovab, Tomas Sinkunasd, Giedrius Gasiunasd, Tautvydas Karvelisd, Patrizia Pscherac, Virginijus Siksnysd and Ralf Seidel in PNAS.