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2017年9月8日星期五

基因“魔剪”CRISPR“保護開關”:Cas9酶活抑製劑AcrIIA4

近年來,CRISPR/Cas9基因編輯技術成為了生物技術的熱點話題。通過對釀膿鏈球菌Cas9酶進行改進,科學家構建出一種新的堿基編輯器CRISPR/Cas9,使得DNA基因切割成為可能。但為了更好地控製"魔剪"CRISPR/Cas9,科學家需要一種具有"抑製開關"作用的分子機製來抑製其酶活性,在最新的《Science Advances》雜誌中,加州大學伯克利分校的CRISPR先驅Jennifer A. Doudna 教授及其研究小組展示了一種抗CRISPR蛋白的抑製劑AcrIIA4,如何通過模擬真實DNA來阻斷Cas9酶活性,達到保護有效基因安全的"抑製開關"作用。

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CRISPR/Cas9 是細菌和古細菌在長期演化過程中形成的一種適應性免疫防禦,可用來對抗入侵的病毒及外源DNA。CRISPR/Cas9 係統通過將入侵噬菌體和質粒 DNA 的片段整合到 CRISPR 中,並利用相應的 CRISPR RNAs(crRNAs)來指導同源序列的降解,從而提供免疫性。2013年,通過對該Cas9酶的改進,革命性基因編輯工具CRISPR出現,因其容易操作且成本低,很快得到全世界研究人員的青睞,發展速度前所未有,現已有近20項人體臨床試驗相繼開展。但盡管CRISPR/Cas9基因編輯工具能夠非常精確地切割DNA片段,但由於DNA分子的複雜性和CRISPR/Cas9酶的切割活躍性,仍然避免不了誤切割,這對基因編輯來說非常危險。

論文中,Doudna 教授解釋AcrIIA4其能夠通過模仿DNA來讓CRISPR/Cas9"魔剪"誤認為其切斷了真實的DNA片段,用這張方法可以阻斷Cas9酶活性,並保護非目標堿基不受編輯影響,讓基因編輯更加安全和完善。布羅德研究所的生物科學家Dane Hazelbaker稱利用Cas9進行基因片段切割非常容易,但是控製它的天性至關重要。如果把Cas9比作一位外科醫生,那他是一位非常擅長切除器官的醫生,但如果你僅僅想要切除闌尾,而不損傷周邊的膽囊。你就需要AcrIIA4這樣的Cas9酶活抑製劑,它就像"能夠在那把剪刀剪向重要器官之前,狠狠地拽開拿著剪刀的雙手"

這項研究發現對於基因編輯技術來說至關重要,有了它能夠讓這項走在前沿的熱點生物技術更具可能性,並保障研究的安全。

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