CRISPR/Cas系統(tǒng)可以構(gòu)建出多個(gè)基因精確突變的小鼠，但其效率低下阻礙了生成足夠數(shù)量的轉(zhuǎn)基因小鼠來建立人類疾病模型。通過添加一種抗癌藥物Scr7到遺傳編輯的受精卵中，Whitehead研究所的科學(xué)家將CRISPR/Cas的效率顯著提高了19倍。這一重要的成果發(fā)表在本周的《自然生物技術(shù)》（Nature Biotechnology）雜志上。

CRISPR- Cas系統(tǒng)是通過在特異的位點(diǎn)造成DNA斷裂，然后依賴于細(xì)胞的DNA修復(fù)機(jī)制插入或刪除一個(gè)或多個(gè)靶基因來實(shí)現(xiàn)精確的基因組編輯。CRISPR/Cas系統(tǒng)使得在細(xì)胞系中進(jìn)行基因組編輯變得相對(duì)快速且廉價(jià)。

Whitehead研究所創(chuàng)始成員Rudolf Jaenisch的實(shí)驗(yàn)室以往證實(shí)，可以將這一系統(tǒng)用于動(dòng)物遺傳編輯，但仍然有一些難題需要攻克。在這些應(yīng)用中CRISPR/Cas介導(dǎo)的同源介導(dǎo)修復(fù)(Homology-directed repair, HDR)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于20%，因此阻礙了生成足夠數(shù)量的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（通常是小鼠）來構(gòu)建人類疾病模型。

在這篇Nature Biotechnology文章中，博士后Takeshi Maruyama及Whitehead研究所Hidde Ploegh實(shí)驗(yàn)室的其他研究人員提出了一個(gè)完善CRISPR/Cas系統(tǒng)的方案。

Maruyama說：“這是一個(gè)不成熟的領(lǐng)域，但它正在迅速地發(fā)展。我們需要進(jìn)行一些優(yōu)化使得它對(duì)于利用小鼠開展研究的科學(xué)家們而言更加的實(shí)用。我認(rèn)為這大大地改進(jìn)了我們生成轉(zhuǎn)基因小鼠的方式。”

Maruyama說，幾乎所有的細(xì)胞和生物體都利用兩種DNA修復(fù)機(jī)制——非同源末端連接（NHEJ）和同源介導(dǎo)的修復(fù)(HDR)。相比HDR細(xì)胞往往更依賴NHEJ，然而在使用CRISPR/Cas時(shí)HDR則是首選的、更精確的機(jī)制。

為了提高HDR的活性，Maruyama將抗癌藥物Scr7添加到細(xì)胞中。Scr7與主要NHEJ信號(hào)通路中的一個(gè)關(guān)鍵酶Ligase IV結(jié)合，阻止了這種DNA修復(fù)。更為精確的HDR機(jī)制接管了工作，提高了這一過程中CRISPR/Cas的效率。這一技術(shù)不僅在細(xì)胞系中起作用，也適用于用來構(gòu)建基因工程小鼠的受精卵。

Maruyama說：“這將真正地改進(jìn)我們構(gòu)建轉(zhuǎn)基因小鼠的方式，使之?dāng)y帶上我們想研究的特異突變。此前我們獲得實(shí)驗(yàn)所需的小鼠非常的耗時(shí)。這將加速我們的研究。此外，這種基于藥物的方法有可能使得我們能夠構(gòu)建出攜帶著更復(fù)雜突變的變異小鼠。”