检测CRISPR/Cas9基因编辑系统的副作用

【字体: 时间:2014年06月04日 来源:生物通

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  目前,弗吉尼亚大学医学院的研究人员设计出一种方法,来检测风靡科学界的CRISPR/Cas9基因编辑系统中意想不到的副作用。相关研究结果发表在最近的《Nature Biotechnology》。

  

生物通报道:目前,弗吉尼亚大学医学院的研究人员设计出一种方法,可检测风靡科学界的CRISPR/Cas9基因编辑系统中意想不到的副作用。相关研究结果发表在最近的《Nature Biotechnology》。

称为CRISPR的基因打靶系统,可让我们编辑基因组中特定靶位点的遗传信息。这种新方法揭示的系统,有可能会结合意想不到的位点,导致其中一些位点发生基因突变,这些突变可能对药物疗法的研究与开发,产生严重的后果。

然而,这种新方法也可以帮助我们确定一些途径,阻止那些潜在危险的“脱靶”影响,让科学家们可以改进这种重要的新基因编辑系统所得到的结果。

基因突变和如何避免它们
弗吉尼亚大学生物化学和分子遗传学系的Mazhar Adli解释说,基因操作的一个主要目标是纠正有害突变,所以避免突变的意外引入,是至关重要的。

他说:“我们知道,基因突变是疾病的标志。总体目标是,纠正这些明显的遗传突变。我们想仅在靶向空间、靶向位点改变这些信息。如果你想改变任何其他信息,从根本上说,你就会引入你不想要的突变。你纠正一个基因,可能你就会在其他10个基因和基因组中的其他许多部位引入突变。”

CRISPR:“研究的圣杯”
Adli的新研究,揭示了CRISPR/Cas9基因编辑系统潜在的脱靶作用。该系统非常的受欢迎,因为它可让科学家操作活体哺乳动物基因组的特定部分,成为科学研究一种极其重要的工具。它已被迅速而广泛地采用,包括用于人类细胞研究,因为它相对简单,许多实验室都有资源来使用它。

Adli称:“从根本上说,你可以靶定活细胞中的任何基因组区域,并改变遗传信息,这在过去几十年里一直是研究中的圣杯。从根本上说,能够靶定和改变活细胞中的遗传信息,是一个梦想。”

这一新研究有助于解释CRISPR系统的支持机制,以及为什么它很容易受到脱靶基因突变的影响。

Adli称:“我们不仅发现了它在基因组中的结合区域,还研究了为什么它定位到基因组中的这些区域。通过分析这些脱靶效应背后的特定序列,我们也找出了决定因素——为什么它靶定目标,而且也转到这些脱靶区域?我们的研究表明,它定位在那里,是因为与原始靶向区域的一些相似性。”

“所以,我们的结果将有助于提高系统的特异性,以使我们能够最大限度地减少脱靶。”

主要的突变影响
Adli的这项研究也表明,在CRISPR系统使用的一种关键酶的自然野生型,与其改变的、不常用的酶形式相比,可引入更多的突变。前者在基因编辑过程中,切割DNA的双链,使突变发生,而后者只切割DNA的单链,使细胞能够修复损伤,而不引入突变。

他说:“很遗憾,野生型(自然发生的酶)更容易处理。所以,该领域的每个人都使用野生型酶。在这篇论文和其他即将发表的论文中,研究人员将要停止使用野生型酶。他们必须使用改变了的酶形式,来克服脱靶效应。”

(生物通:王英)

延伸阅读:Science综述:CRISPR技术革命

生物通推荐原文摘要:
Genome-wide analysis reveals characteristics of off-target sites bound by the Cas9 endonuclease
Abstract:RNA-guided genome editing with the CRISPR-Cas9 system has great potential for basic and clinical research, but the determinants of targeting specificity and the extent of off-target cleavage remain insufficiently understood. Using chromatin immunoprecipitation and high-throughput sequencing (ChIP-seq), we mapped genome-wide binding sites of catalytically inactive Cas9 (dCas9) in HEK293T cells, in combination with 12 different single guide RNAs (sgRNAs). The number of off-target sites bound by dCas9 varied from ~10 to >1,000 depending on the sgRNA. Analysis of off-target binding sites showed the importance of the PAM-proximal region of the sgRNA guiding sequence and that dCas9 binding sites are enriched in open chromatin regions. When targeted with catalytically active Cas9, some off-target binding sites had indels above background levels in a region around the ChIP-seq peak, but generally at lower rates than the on-target sites. Our results elucidate major determinants of Cas9 targeting, and we show that ChIP-seq allows unbiased detection of Cas9 binding sites genome-wide.

 

 

 

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