Nature Biotechnology发布可以同时编辑多个基因组的新工具：CHyMErA

科学家现在可以一次编辑多个基因组片段

　　

科学家现在可以同时编辑基因组中的多个位点，了解不同的DNA在健康和疾病中如何协同作用。

基于CRISPR的DNA编辑技术能帮助研究人员通过任何人类基因的精确缺失来解析其功能，从而彻底改变了人类基因组的研究。但是要了解基因的功能仍然具有挑战性，因为无法做到在同一细胞中同时去除多个基因或基因片段，这样才能完整了解基因的功能。对于科学家来说，了解基因组的不同部分在正常生理和疾病情况下如何协同工作十分关键。

现在，来自唐纳利细胞与生物分子研究中心的分子遗传学教授Benjamin Blencowe和Jason Moffat的团队研发了一种新工具，可以适用于Cas Hybrid，用于多种编辑和筛选应用，该方法也可以应用于任何类型的哺乳动物细胞，系统地同时靶向多个位置的DNA。

这一成果公布在Nature Biotechnology杂志上。

CRISPR通常被称为基因组剪刀，其工作原理是通过导向RNA分子将DNA内切酶发送至基因组中所需的位点，该RNA分子经改造后可粘附至目标位点，目前使用最广泛的DNA内切酶是Cas9。

自Cas9首次问世以来，科学家一直在寻找其他具有独特性质的Cas酶，改进和扩展该技术的应用。与CRISPR-Cas9技术不同，CHyMErA结合了两种不同的DNA内切酶：Cas9和Cas12a，可实现更多用途。 Cas12a是一种可在同一细胞中生成多个导向RNA分子的内切酶，这是同时进行DNA编辑的关键。

Blencowe小组的研究人员Thomas Gonatopoulos-Pournatzis花费了数年的时间，希望通过测试Cas9和Cas12a酶来开发组合基因编辑。然后，他有了将这些酶结合起来生成CHyMErA系统的想法。

他说：“我们一直在尝试多种方法来诱导基因片段的缺失，但没有任何一种方法能像CHyMErA一样有效。” “与Blencowe实验室的博士生Shaghayegh Farhangmehr合作，我们看到了第一份证据证明CHyMErA成功删除了基因片段。这是最好的圣诞礼物。”

下一步是利用CHyMErA在大规模筛选中系统分析基因如何共同起作用，以及基因各个部分的功能。 Blencowe的团队研究了称为外显子的基因区段的调控和功能。

Moffat实验室的研究人员Michael Aregger说：“有了CHyMErA，就可以使用两种酶中最好的一种。”

“Cas9已经有了改进，具有非常高的编辑效率，而Cas12a能允许导向RNA的多重化，因此在寻找我们可以切割的基因组位点方面具有更大的灵活性。”

在另一项应用中，研究人员针对旁系同源物基因对——这些基因对具有相似的DNA编码，但由于难以研究，一直未有具体的解析。由于旁系同源物是通过祖先基因的复制而产生的，因此可以假定它们在很大程度上具有相似的作用。但是它们的功能无法通过基因筛选中通常使用的现有单基因靶向方法来分析，这主要是因为另外一个旁系同源物可以弥补缺失的这一个。

“使用CHyMErA，我们可以成对取出两个旁系同源物，查看祖先功能对于细胞的存活是否重要。”

在剔除了约700个人类基因组中几乎所有存在的旁系同源物对后，研究人员分析证实，这些基因对中的许多确实在细胞存活中确实起着相似的作用，但还是有一些具有独特的功能。

CHyMErA的另一个特点是，Cas9和Cas12a均可分布到附近的基因组位点，切出外显子等基因片段。 这样一来，研究小组就可以分别删除与癌症和脑功能有关，但不适合仅通过Cas9靶向的数千个外显子。 外显子具有多变性，并且可以修饰编码蛋白质的功能，但是目前单个外显子如何促进细胞过程仍然未知。 CHyMErA分析的2,000个外显子中，有100多个对细胞存活至关重要，这有助于将来可以集中研究其在疾病中的潜在作用。

Gonatopoulos-Pournatzis说：“一旦我们确定了在疾病中起关键作用的外显子，我们就可以利用这些信息开发新的疗法。”

（生物通）