3月7日，Nature網(wǎng)站發(fā)表了一篇題為“CRISPR: gene editing is just the beginning”的文章，在這一長篇新聞特稿中Nature指出基因編輯只是CRISPR技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)起點(diǎn)，這一生物工具的真正能力在于探索基因組的運(yùn)作機(jī)制。并為我們介紹了近年發(fā)布在Nature、Science、Cell三大頂級期刊及子刊上那些重大的CRISPR技術(shù)成果及應(yīng)用。

CRISPR表觀遺傳學(xué)

當(dāng)荷蘭格羅寧根大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的遺傳學(xué)家Marianne Rots開始她的職業(yè)生涯時(shí)，她想找到一些新的醫(yī)療方法。她研究了靶向疾病突變基因的基因療法。但在幾年后，她決定改變策略。“我認(rèn)為不只是我過去一直關(guān)注的單基因突變，更多的疾病是由于基因表達(dá)譜擾亂所引起。”她認(rèn)為，控制基因活性最好的方法是調(diào)整表觀基因組而非基因組。

表觀基因組指的是添加到DNA和組蛋白上的一系列化合物，它們可以控制對DNA的訪問。這些標(biāo)記物會(huì)隨時(shí)間發(fā)生改變：隨著生物體的發(fā)育和環(huán)境的改變它們不斷地被添加及移除。

在過去的幾年里，千百萬美元被投入于編寫不同的人類基因組中這些表觀遺傳標(biāo)記的目錄，以及它們的模式與從腦活動(dòng)到腫瘤生長一切事物的關(guān)系。然而沒有在特異位點(diǎn)改變這種標(biāo)記的能力，研究人員無法確定它們是否引起了一些生物學(xué)改變。阿拉巴馬大學(xué)神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家Jeremy Day說：“由于我們沒有遺傳學(xué)家擁有的那些工具——利用它們遺傳學(xué)家可以導(dǎo)入并直接測試基因的功能，這一領(lǐng)域遭到了許多阻力。”

CRISPR–Cas9改變了這種情況。在2015年4月，杜克大學(xué)生工程學(xué)家Charles Gersbach和同事們發(fā)布了一個(gè)系統(tǒng)，其利用打碎的剪刀將酶攜帶至基因組中的特異位點(diǎn)，將一種類型的表觀遺傳標(biāo)記：乙?；砑拥搅私M蛋白上。

研究小組發(fā)現(xiàn)，將乙?；砑拥浇M蛋白上足以使靶基因的表達(dá)飆升，證實(shí)了這一系統(tǒng)發(fā)揮了作用，在這一位點(diǎn)表觀遺傳標(biāo)記物造成了影響。當(dāng)Gersbach發(fā)布這項(xiàng)工作時(shí)，他將酶交給了Addgene公司，以便其他的研究團(tuán)隊(duì)可以使用它——并且他們很快這樣做了。Gersbach預(yù)測，一波即將到來的論文將會(huì)顯示同時(shí)操控多個(gè)表觀遺傳標(biāo)志時(shí)的協(xié)同效應(yīng)。

這些工具還需改進(jìn)。有幾十種酶可以構(gòu)建或除去DNA上的表觀遺傳標(biāo)記，但并非所有的都適合打碎剪刀這種方法。Gersbach說：“結(jié)果表明比許多人期望的要難得多。你將許多東西連接到無生命的Cas9上，它們根本不起作用。”有時(shí)很難闡明意外的結(jié)果是由于研究方法沒有很好地發(fā)揮作用，或只是表觀遺傳標(biāo)記對特殊的細(xì)胞或環(huán)境并不重要。

Rots一直在用舊編輯工具——鋅指蛋白來探究癌癥相關(guān)基因上表觀遺傳標(biāo)記的功能，現(xiàn)在他采用了CRISPR–Cas9。她說，這些新工具已在這一領(lǐng)域普遍使用，造成了廣泛的影響。人們過去常說，關(guān)聯(lián)是巧合，Rots說——如果你重寫了表觀遺傳，它將對基因表達(dá)沒有影響。“而現(xiàn)在測試變得不再困難，很多人都在加入這一領(lǐng)域。”