两份Cell子刊联合发布CRISPR专刊：七篇文章CRISPR的最新前沿

　　

生物通报道：在基因组编辑的世界里，CRISPR/Cas9代表着王牌。它为研究人员带来了一种简单的方法，将核酸酶、转录调控因子或荧光蛋白送到基因组中的任何地址。这种方法已改变了疾病研究、基因调控、药物开发等，因此也成为了一大研究热点。

近期Cell出版社旗下两大期刊：Cell Stem Cell与Molecular Cell杂志联合发布了CRISPR专刊，从CRISPR与表观遗传学，CRISPR与人类基因组编辑，CRISPR对抗系统，CRISPR工具箱，真核生物基因组CRISPR技术与方法，以及CRISPR高通量研究方法等7个方面进行了介绍。

CRISPR与表观遗传学

确定不同染色质特征和基因表达之间的因果关系，并最终了解细胞行为，依然是目前生物学的一大挑战。近期靶向表观基因组编辑工具（targetable epigenome-editing）的发展为我们带来了新的希望，帮助研究人员将直接转录，功能结果与位点特异性染色体修饰连接在了一起。“CRISPR/Cas9-Based Engineering of the Epigenome”这篇综述探讨了CRISPR-Cas9技术带来的前所未有研究和操控表观遗传元件的机会，让我们进一步了解干细胞生物学和干细胞工程的治疗应用。同时综述也提到了关于标准化和进一步改进基于CRISPR-Cas9的工具来设计表观基因组的技术考量。

CRISPR和CRISPR相关的Cas蛋白，为便宜的，可编程的、和有效的序列特异性DNA打靶，提供了一个突破性的平台。CRISPR-Cas系统通过它天然的核酸酶活性，被自然装备到靶向DNA上。因此，致力于各种各样生物的研究小组，迅速采用该技术，开创性地应用到20多个不同物种的基因组序列编辑当中。然而，生命的生物学代码不仅编码在遗传学中，而且也编码在表观遗传学中。

虽然基因序列编辑是一种强大的能力，但是，我们必须也能够编辑和调控转录和表观遗传学代码。受到早期序列特异性靶向技术（例如ZFs和TALEs）的启发，研究人员迅速将CRISPR-Cas9工具箱扩展到包括转录激活、抑制和表观遗传学修饰。

CRISPR和Cas9为基础的工具，已经满足了基因组编辑以及表观遗传学调控所需要的一个有效的、可编程的、容易使用的平台。因此，这个领域正在快速发展，并快速发现新的方法来适应这个系统，以及发现新的规则来提高这些工具的效率。这些工具开辟了快速大规模基因组扫描以发现功能获得和功能缺失的可能性，以前所未有的深度和精度绘制出功能性网络。虽然基于CRISPR的转录和表观遗传学调节因子，还有几个方面仍有待于表征，例如这些工具的相对优势、脱靶活性的确切水平以及体内传递这些工具的能力。但是，研究人员仍然预见到将有许多激动人心的应用，例如通过调节内源性位点上的表达，探测新类别的非编码基因功能，以及应用于人类基因治疗的新范式。

CRISPR与人类基因组编辑

这个内容主要是介绍了关于近期CRISPR人体基因组编辑的探讨。

8月初，一组研究人员利用CRISPR-Cas9基因编辑技术在人体胚胎中纠正了引发肥厚型心肌病的基因突变，这是第一次成功利用CRISPR-Cas9技术在人类早期胚胎发育过程中修复疾病基因突变。

研究主要是针对的是一种称为MYBPC3的基因突变，这种突变导致心脏肌肉增厚，从而引发肥厚型心肌病（HCM）。实验结果表明，在实验组中的58个受试胚胎中，有42个胚胎没有携带肥厚型心肌病致病基因突变，占比74.2%。如前所述，如果不进行基因编辑处理，在50%精子正常的情况下，受精卵正常的概率是50%。也就说，这项研究通过基因编辑将产生完全正常的胚胎的比例从50%提高到了74.2%。而另外27.6%也就是16个胚胎引入了一些非预期的插入或缺失突变。

这项研究被认为从两个方面取得了新突破：一是该实验的胚胎数量最多，超过了之前报道的别国科学家编辑的胚胎数；二是实验证明，在纠正导致遗传性疾病的缺陷基因过程中，CRISPR技术既安全又高效。

此前的一些胚胎编辑实验，科学家们认为由于胚胎数量的局限，实验结果显示，CRISPR编辑胚胎既能带来脱靶效应，在错误位点编辑基因，具有“不安全性”；又不能对所有胚胎细胞的目标DNA进行编辑，一部分没有成功编辑的细胞“混杂”其中，意味着CRISPR编辑胚胎的效率不高，不能100%编辑。

而新研究证明CRISPR技术在编辑胚胎时完全能避免脱靶性副作用和没被编辑细胞的“混杂”，研究人员通过向即将开始受精形成胚胎的卵细胞注射可编辑基因的化学物质，从原理上证明，CRISPR编辑胚胎完全可行。新研究比之前的任何同类研究都更进了一步。

Anti-CRISPR

早在2012年的Nature杂志上，多伦多大学的研究人员第一次证实一些基因介导了对CRISPR/Cas系统的抑制作用。他们在感染绿脓杆菌（Pseudomonas aeruginosa）的细菌噬菌体中发现了5个不同的I-F型 “anti-CRISPR”基因。并证实噬菌体anti-CRISPR基因突变使得它无法感染具有功能性CRISPR/Cas系统的细菌。将相同的基因添加到CRISPR/Cas靶向噬菌体的基因组中，可以让它逃避CRISPR/Cas系统。研究人员指出，噬菌体编码的这些anti-CRISPR有可能代表了噬菌体战胜非常普遍的CRISPR/Cas系统的一种广泛的机制。

随后这一研究组确定了其中三种anti-CRISPR蛋白：AcrF1、AcrF2和AcrF3的功能机制。他们对这些蛋白进行了生物化学及体内研究，证实每一个anti-CRISPR蛋白都通过不同的机制来抑制了CRISPR–Cas的活性。

今年上半年，同样发表在Cell杂志上的一篇文章又发现了3个能够抑制Cas9酶的天然蛋白质家族，这些抑制性蛋白能直接绑定NmeCas9（N. meningitidis Cas9），而且更重要的是，这些anti-CRISPRs能够被作为人类细胞基因编辑的有效抑制剂。从Nature到Cell，多篇顶级论文指出CRISPR/Cas9系统不可或缺的元件

下篇：三篇Molecular Cell文章：CRISPR技术工具包

原文标题：

CRISPR/Cas9-Based Engineering of the Epigenome

Human Embryo Editing: Opportunities and Importance of Transnational Cooperation

Human Genome Editing in the Clinic: New Challenges in Regulatory Benefit-Risk Assessment

The Anti-CRISPR Story: A Battle for Survival

The Revolution Continues: Newly Discovered Systems Expand the CRISPR-Cas Toolkit

Methods and Applications of CRISPR-Mediated Base Editing in Eukaryotic Genomes

High-Throughput Approaches to Pinpoint Function within the Noncoding Genome