人們一直希望用CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)治療甚至治愈復(fù)雜的神經(jīng)疾病。帕金森病、亨廷頓舞蹈病和阿爾茨海默癥的現(xiàn)有藥物只能緩解癥狀，無法阻止疾病的發(fā)展。“但對于確定了致病基因的疾病來說，基因編輯技術(shù)有望永久終止其進(jìn)程，”加州大學(xué)伯克利分校Jennifer Doudna實(shí)驗(yàn)室的博士后Brett Staahl說。

傳統(tǒng)CRISPR-Cas9存在脫靶效應(yīng)，表達(dá)Cas9蛋白也可能引發(fā)免疫應(yīng)答，這兩個問題一直是CRISPR-Cas9走向臨床的主要障礙?，F(xiàn)在Staahl和Doudna開發(fā)了Cas9核糖核蛋白(RNP)，這種組裝的功能性酶可以降低上述風(fēng)險。他們在十一月份的美國神經(jīng)科學(xué)年會上展示了自己的研究成果。

“這個RNP由兩部分組成：Cas9蛋白和引導(dǎo)RNA。引導(dǎo)RNA讓RNP短暫結(jié)合一個獨(dú)特的23bp序列。使用這種RNP可以去除有問題的DNA片段，”Staahl說。

研究人員將Cas9 RNP注射到小鼠大腦進(jìn)行測試。研究顯示，這種RNP不僅能從神經(jīng)元成功刪除DNA片段，還可以快速降解，防止有風(fēng)險的脫靶效應(yīng)。“Cas9 RNP在大塊組織中傳播開并且編輯細(xì)胞。我們看到它編輯的是神經(jīng)元，而不是星形膠質(zhì)細(xì)胞。我們沒有檢測到任何脫靶編輯或者免疫應(yīng)答，”Staahl說。“這個技術(shù)可以應(yīng)用于多種神經(jīng)疾病，安全編輯大腦各個區(qū)域的神經(jīng)元。”

Jennifer A. Doudna教授是CRISPR技術(shù)的共同開發(fā)者，曾因這一技術(shù)獲得了“生命科學(xué)突破獎”（Breakthrough Prize），是CRISPR專利的有力競爭者。她領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)取得了諸多令人側(cè)目的CRISPR研究成果。去年四月Doudna領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在Science雜志上發(fā)表文章，為人們揭示了CRISPR-Cmr 復(fù)合體結(jié)合靶標(biāo)的具體機(jī)制。他們通過冷凍電鏡技術(shù)獲得了天然III型Cmr復(fù)合體及其與目標(biāo)RNA結(jié)合時的分子結(jié)構(gòu)，獲得了接近原子水平的高分辨率。

去年十月，Doudna及其同事在Nature雜志上發(fā)表文章指出，Cas9 的HNH核酸酶結(jié)構(gòu)域構(gòu)象狀態(tài)直接控制了DNA切割活性。他們通過分子內(nèi)熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）實(shí)驗(yàn)，鑒定了HNH核酸酶結(jié)構(gòu)域的一種激活構(gòu)象。研究還證實(shí)，一個α-螺旋將HNH的構(gòu)象改變傳達(dá)給RuvC結(jié)構(gòu)域，激活它實(shí)現(xiàn)DNA切割。

今年年初，Doudna的研究團(tuán)隊(duì)揭示了CRISPR-Cas9準(zhǔn)備剪切DNA時的關(guān)鍵分子結(jié)構(gòu)。在CRISPR-Cas系統(tǒng)中，Cas蛋白與小CRISPR RNA（crRNA）形成復(fù)合體，切割與RNA互補(bǔ)的外源DNA。R-loop是I型和 II型CRISPR-Cas的一個典型特征，基因組編輯常用的sgRNA就會和Cas9形成R-loop。為了闡明R-loop的作用，研究人員通過冷凍電鏡獲得了釀膿鏈球菌Cas9 R-loop的高分辨率結(jié)構(gòu)。