Nature：全新CRISPR工具选择性地切割肿瘤DNA，同时保留健康细胞

　　

癌细胞擅长逃避检测，但细微的化学差异使它们与健康细胞区别开来。现在，来自瓦赫宁根大学和范安德尔研究所的一组科学家已经找到了一种利用这种区别的方法。他们使用CRISPR的一种变体，一种用于编辑DNA的现代工具，将肿瘤DNA与健康DNA区分开来，并选择性地只切割前者。发表在《自然》（Nature）杂志上的这项研究，是朝着高精度靶向并摧毁肿瘤细胞的癌症治疗迈出的早期但有希望的一步。

这种新方法依赖于甲基，一种附着在DNA上的小化学标签，可以调节基因的开启或关闭。这个过程被称为DNA甲基化，在癌细胞中发生改变，可以作为区分恶性细胞和健康细胞的分子“指纹”。

利用ThermoCas9进行精确基因编辑

研究小组使用ThermoCas9进行了这项研究，ThermoCas9是几年前由Wageningen的John van der Oost博士在细菌中发现的一种CRISPR变体。与其他CRISPR系统一样，研究人员可以对ThermoCas9进行编程，以定位和切割细胞内DNA的特定部分。VAI的Hong Li博士和她的实验室分析了ThermoCas9的结构，发现它可以区分未甲基化和甲基化的基因。

然后，研究小组将ThermoCas9引入培养皿中培养的人类细胞中：一组培养皿中是健康细胞，另一组培养皿中是肿瘤细胞。这种方法奏效了：ThermoCas9切割肿瘤细胞中的DNA，同时保持健康DNA的完整。因此，该系统被证明能够检测到健康细胞和肿瘤细胞之间细微的化学差异，并对其采取行动。

“ThermoCas9是第一个对人类和其他真核细胞中最丰富的DNA甲基化类型的差异作出反应的crispr相关酶。这意味着我们现在有了一个可以专门针对肿瘤细胞的系统。”瓦赫宁根大学John van der Oost博士说。

这项研究代表了基于crispr的方法首次依靠甲基化来靶向人类癌细胞。

Hong Li说：“ThermoCas9像一个地址一样使用甲基化来精确地靶向癌细胞，而不影响健康细胞。”这一发现可能会改变游戏规则。

精确的分子匹配

对ThermoCas9选择性行为的解释在于它与DNA结合的方式。在CRISPR系统切割DNA之前，它必须首先附着在它的目标旁边的一个短识别序列上，这个序列被称为PAM （Protospacer邻基序）。ThermoCas9的独特之处在于它的PAM序列包含一个人类甲基化位点，这意味着它可以包含一个甲基。

“CRISPR系统与这种识别代码非常精确地结合在一起，”Van der Oost解释说。

将它与完全适合匹配螺钉头的螺丝刀进行比较。如果槽内有突起，则螺丝刀不再适合，也不能执行其工作。以同样的方式，甲基破坏了ThermoCas9和DNA之间的配合，阻止了结合，使DNA序列保持不变。

ThermoCas9是基础研究价值的完美例子；你必须知道这些单独的部分是如何协同工作的。”“我们利用生物化学和结构生物学发现了一种机制，我们希望有一天这种机制将导致更精确、更有效的癌症治疗。”

迈向临床研究的步骤

在这项技术转化为潜在的癌症治疗方法之前，还有很长的路要走。这项新研究证实了选择性DNA切割，但尚未表明这种效果可以杀死肿瘤细胞。下一步的重点是充分破坏肿瘤DNA以引发细胞死亡。

异常甲基化模式也在许多其他疾病中发挥作用，包括儿童癌症，如神经母细胞瘤和自身免疫性疾病。未来，ThermoCas9或类似的CRISPR工具可能演变成一种通用的分子策略，通过化学“特征”识别患病细胞，并选择性地使其失效。