Nat Commun：最小基因剪刀问世！

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来源:生物 360 / 作者:MEI / 2017-02-23
# V- ]: M. F6 v/ F专题聚焦： 基因编辑的“中国元年”
+ h. e' m' A! n7 g大牛聚首： 3月24日上海-基因编辑学术研讨会) V6 n( l: q) G. A/ e/ y
基础科学研究所（IBS）与 KIM Eunji（ToolGen Inc.）和 KIM Jeong Hun（首尔国立大学）合作，设计了迄今为止最小的 CRISPR-Cas9，通过腺相关病毒（AAV）将其递送至肌细胞和小鼠的眼睛，并用它来修改致盲基因。这种 CRISPR-Cas9 系统源自空肠弯曲杆菌（CjCas9），预计将成为一种有效的“不可排除”疾病的治疗工具。该研究发表在 2 月 21 日的《Nature Communications》上。8 |  x) x: a7 V) Q- I; H& I7 I

7 A1 o" z; @: O/ kCRISPR-Cas9 是分子生物学家的流行词。 它能够高效、简便和精确的编辑基因。 Cas9 是“基因剪刀”蛋白质：它在向导 RNA 所指示的精确位置上进行靶基因切割。 为了使 CRISPR-Cas9 复合物到达靶 DNA，其必须通过质粒或病毒递送。 IBS 中心基因组工程中心主任 KIM Jin Soo 解释说：AAV 是一种在体内表达目的基因的有效和安全的载体，并已广泛用于基因治疗。 自然地，Cas9 被几种细菌用作免疫武器; 需要切割可能损害细菌的病毒 DNA。 最常见的 CRISPR-Cas9 技术使用化脓性链球菌的 Cas9（SpCas9）。 然而，该蛋白质由 1,368 个氨基酸制成，因为其太大而不能在 AAV 中递送和包装。 即使科学家将它分成两部分，每个包装在不同的病毒，但会出现其他问题：需要双重量的病毒来递送，并且分裂 Cas9 比完整的 SpCas9 活性低。 金黄色葡萄球菌 Cas9 也用于基因编辑。虽然它相对较小（1,053 个氨基酸），适合在 AAV 内，但不能留下足够的空间用于其他蛋白质。% `& b/ M0 U" u
在这项研究中，团队发现 CjCas9 既高效又足够小。 它有 984 个氨基酸，它可以与多个指导 RNA 以及荧光报告蛋白一起包装在 AAV 中。
2 ?0 k9 x  o3 M( v: g为了使用细菌蛋白质进行基因编辑，科学家不得不优化该技术的某些方面。 他们设计了一个短的 DNA 序列，紧接着由 Cas9 靶向该 DNA 序列，称为前间区序列邻近基序（Protospacer Adjacent Motif，PAM）。 每个不同的 Cas9 需要特定的 PAM 序列，否则将不能结合和切割靶 DNA 序列。其次，他们不得不修改向导 RNA 的长度。) M0 w' _, E9 P/ j# V
随后，IBS 科学家将新的 CRISPR-Cas9 复合体与两个向导 RNA 和荧光报告蛋白一起包装到 AAV 中，以在小鼠肌肉和眼睛中修改基因。他们集中在涉及年龄相关性黄斑变性（AMD）的两个基因，因为这两个基因是成年人失明的主要原因之一。 一个基因是 ADM 的常见治疗靶标，称为血管内皮生长因子 A（VEGF A），另一个基因是激活 VEGF A 转录的转录因子，被称为 HIF-1a。 与 VEGF A 不同，HIF-1a 未被认为是药物靶标。 所谓的“可流产”基因，例如一般的转录因子，不能被抗体和其他生物或化学药物直接靶向。 在这项研究中，研究小组证明 CjCas9 通过 AAV 传递到视网膜可以有效地灭活小鼠中的 Hif1a 和 VEGF A，并减少脉络膜新血管形成（CNV）的面积。/ A  V% F; \' u) y9 h* ]& x
眼内注射 AAV 包装的 CRISPR-CjCas9 可以有益于治疗各种视网膜疾病和全身性疾病。 KIM Jin-Soo 解释说：CjCas9 是高度特异性的，不会导致基因组中的脱靶突变。
9 O, R, e' ^4 o) E: j2 D小鼠和人的 Hif1a 基因靶序列是相同的，因此本研究中提出的方法将来可用于治疗人类患者的 ADM。 通过铺平 CjCas9 应用于“不可排除”基因或非编码序列的方式，这种技术可以拓宽治疗靶标的范围，使得整个人类基因组潜在地可药物化。, Q7 u8 T: V9 B9 A
参考资料：
' n" |+ f/ b6 B1 X" m0 V1.In vivo genome editing with a small Cas9 orthologue derived from Campylobacter jejuni
- e/ }5 g2 l' U" H0 c1 |2 i' d- E2.The smallest Cas9 genetic scissors (so far)
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