《Science》论述Cas9的灵活性

有分子剪刀之称的CRISPR-Cas9如何在基因组中寻找特定DNA序列？今天Uppsala大学的研究小组在《Science》发表文章，报道了Cas9找到正确序列需要付出的代价。

　　

CRISPR-Cas9基因组编辑系统通过一个小RNA引导目标DNA序列搜寻。为了让引导RNA结合靶位，Cas9必须解开所搜查位置的DNA双螺旋。

“大多数蛋白只能通过感知DNA双螺旋外部结构来识别特定DNA序列。Cas9却能识别任意代码，但是，为了确定位置是否正确，它需要打开DNA双螺旋，用程序代码比较序列。令人难以置信的是，它可以在不使用能量的情况下搜索整个基因组，”项目负责人Johan Elf说。

研究人员用两种方法测量了Cas9找到目标序列的时间。一种方法（批量限制保护试验）显示，Cas9搜索大肠杆菌约400万个碱基的基因组用时6个小时。通过第二种独立技术（单分子荧光法）标记Cas9分子实时跟踪每个搜寻位置耗时（每个潜在目标大约不到30毫秒），验证了第一种方法的结论。

“结果显示，Cas9为它的灵活性付出了时间代价。如果想更快找到目标，就需要更多的寻找相同DNA序列的Cas9分子参与，”Johan Elf说。

对科学家来说，想在单位时间内找到正确序列和改造细胞，需要使用非常高浓度的Cas9和引导RNA。通过牺牲Cas9的一部分灵活性，使其在满足多功能编辑不同基因的前提下，进一步提速以满足医学需求。

“为了达到这一目标，”Elf说。“关键在于PAM序列，该区域决定了Cas9打开DNA双螺旋的频率和位置。作为分子剪刀工具（而非防御武器），不需要它多次打开螺旋以寻找目标。适当改造不仅有利于提速，还能减少副作用风险。”

原文标题：Kinetics of dCas9 target search in Escherichia coli

（生物通：欧阳沐）

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