Broad研究所的研究團隊日前開發(fā)了一個獨特的CRISPR-Cas9基因控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)只需要催化活性的Cas9，就能在同一個細(xì)胞中敲除和激活不同基因。這一重要成果發(fā)表在十月五日的Nature Biotechnology雜志上，文章的通訊作者是Broad研究所Silvana Konermann，CRISPR技術(shù)先驅(qū)張鋒（Feng Zhang）博士也參與了這項研究。

研究人員針對sgRNA進行改造，使其具備14-15bp靶標(biāo)序列和MS2莖環(huán)結(jié)構(gòu)（MS2 binding loops）。研究顯示，這種sgRNA可以指導(dǎo)有催化活性的Cas9激活基因表達，而不造成雙鏈斷裂。

CRISPR-Cas9是細(xì)菌在漫長的進化史中演化出的重要防御機制。這個監(jiān)控體系能夠根據(jù)引導(dǎo)RNA的指示，靶標(biāo)并降解入侵者的遺傳物質(zhì)。現(xiàn)在，CRISPR-Cas9已經(jīng)成為了炙手可熱的基因組編輯工具，幫助世界各地的研究者們解決多種問題。

科學(xué)家們最初是用CRISPR-Cas9特異性的修改基因序列，該系統(tǒng)被認(rèn)為是基因組工程領(lǐng)域的革命性工具。天然蛋白Cas9就像分子剪刀一樣，能夠精確切割或編輯特定的DNA片段。具有催化活性的sgRNA:Cas9復(fù)合體與目標(biāo)DNA結(jié)合之后，會通過RuvC和HNH結(jié)構(gòu)域誘導(dǎo)雙鏈斷裂。

后來，人們也開始通過CRISPR-Cas9對基因活性進行調(diào)控。向Cas9的核酸酶結(jié)構(gòu)域引入突變，可以獲得催化失活的Cas9，實現(xiàn)基因編輯以外的調(diào)控功能。舉例來說，將這種dead Cas9（dCas9）與特定蛋白結(jié)構(gòu)域結(jié)合，可以抑制或激活相應(yīng)基因的表達。

此前，在一個細(xì)胞里同時進行基因敲除和轉(zhuǎn)錄激活，需要使用不同的Cas9蛋白。這項研究建立了最簡化的CRISPR基因控制系統(tǒng)，只需要有催化活性的野生型Cas9，就能夠達到同樣的效果。

研究人員把sgRNA靶標(biāo)序列的長度減少到14–15nt，然后給sgRNA添上MS2莖環(huán)結(jié)構(gòu)。將這些dead sgRNA（dRNA）與催化活性的Cas9聯(lián)合使用，就不會引起雙鏈斷裂，而是激活基因轉(zhuǎn)錄。

研究表明，這種CRISPR-Cas9系統(tǒng)的確能夠在黑色素瘤細(xì)胞中，同時敲除和上調(diào)不同的靶基因。此外，研究人員還分析了dRNA對轉(zhuǎn)錄激活和indel形成的影響，評估了它們的脫靶效應(yīng)。