三合一的方法增强了CRISPR的调控能力

基于crispr - cas9的基因编辑系统极大地推动了生物工程领域的发展。然而，将转录激活因子或阻遏因子与dCas9蛋白融合可以靶向改变基因表达，但效果是短期的。现在，在一项新的研究中，来自美国的科学家开发了一种基于dcas9的表观遗传编辑工具，可以对目标基因进行稳健和长期的沉默。

　　

CRISPR-Cas9最初被发现是一种细菌防御病毒入侵的模式，其对DNA特定位置的修饰能力令人瞩目，使其成为基因编辑工具中研究人员的最爱。正在进行的探索CRISPR-Cas9系统的进一步可能性的努力正在迎来这一工具的更新发展。发表在《生物设计研究》(BioDesign Research)杂志上的一项研究表明，来自美国斯坦福大学(Stanford University)的科学家开发了一种CRISPR-Cas9系统，可以诱导高效沉默靶基因。

基于CRISPR-Cas9基因编辑的多功能性很大程度上是通过修改Cas9蛋白本身来实现的。在这种方法中，Cas9蛋白的内切酶特性被去除，产生失活的Cas9，或dCas9。许多效应蛋白，包括各种改变基因表达的酶，然后与dCas9融合，以靶向结合到DNA上的特定位点。当与激活或抑制的转录因子融合时，dCas9复合物分别上调或下调靶基因。然而，这种复合物的基因改变能力是短暂的，因为只有当调控蛋白的效应域保持物理结合或积极靶向于感兴趣区域时，这种效应才会持续。

如为了达到抑制致病突变的影响，高效长期沉默靶基因的努力是可取的。来自斯坦福大学(Stanford University)的齐雷s博士(Lei S. Qi)是该研究的通讯作者，他和同事们进一步解释了这个概念:“Cas9内切酶可以阻止目标基因的表达，它类似于刹车，通过破坏汽车的引擎来阻止汽车。在一个改良的dcas9阻遏物融合系统中，它包含一个转录阻遏物，只要一个人主动按住刹车踏板，汽车就会保持停止状态。然而，我们的目标是开发一个消声系统，就像一个停车装置，防止车轮运动，直到你把车开出来。”

为了实现这一目标，研究人员采用了一种基于真核生物基因组表观遗传调控的方法，即通过直接修饰基因组区域来稳定、可逆地改变基因表达。表观遗传沉默涉及组蛋白和DNA的甲基化。在本研究中，Qi博士和他的同事将dCas9蛋白与两个强有力的表观遗传修饰因子——转录抑制结构域KRAB (Krüppel-associated box)和DNMT3L和DNMT3A的DNA甲基化结构域融合。他们将该结构命名为dCas9-KAL，并在一个基于细胞的报告系统中测试了它的消声能力。当dCas9-KAL结构稳定地整合到表达荧光蛋白EGFP的人类细胞中时，设计定位于EGFP启动子的dCas9-KAL结构可以抑制荧光数周。

成功开发一个强大的和长期的表观遗传学阻遏物有多重含义。成功地抑制关键或诱发疾病的遗传因素可以为癌症和其他遗传疾病提供更好的治疗选择。此外，本研究开发的独特的构造-合成报告系统将帮助科学家评估融合到dCas9的各种域或它们的组合的活性。斯坦福大学的Muneaki Nakamura博士是这项研究的主要作者，他解释说:“自从CRISPR-Cas9被采用以来，它已经彻底改变了基因改造的面貌。我们的系统，作为CRISPR工具箱的一个强大的补充，将促进该领域的进一步研究。它可以用来更好地设计具有理想行为的细胞，这可以用于开发定制的细胞类型，具有广泛的研究和治疗应用。”

该团队的发现无疑为CRISPR-Cas9分子“瑞士刀”系统增添了引人注目的一笔!

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参考

作者:Muneaki Nakamura1, Alexis E. ivec1,2, Yuchen gao 1,3， *， Lei S. qi 1,4,5

原稿题目:持久的基于crispr的表观遗传沉默

杂志:生物设计研究

DOI: https://doi.org/10.34133/2021/9815820

社会兼职:

1 .斯坦福大学生物工程系，2 .人类生物学项目，3 .癌症生物学项目，4 .化学与系统生物学系，5 .美国斯坦福大学chem - h研究所

*目前隶属于:猛犸生物科学，南旧金山，美国

关于雷少奇博士

Lei S. Qi博士是斯坦福大学化学和系统生物学系的助理教授，斯坦福大学化学和系统生物学系的教员。他的研究领域包括CRISPR，基因组编辑，合成生物学和细胞工程。他在美国加州大学伯克利分校和加州大学旧金山分校(联合项目)获得生物工程博士学位。他是基因组工程CRISPR技术发展的主要贡献者之一。他发表了120多篇论文，拥有10多项专利，并获得多项著名奖项。