科學(xué)家發(fā)現(xiàn)新方法，實現(xiàn)一次編輯多個基因組片段
基于CRISPR的DNA編輯技術(shù)給人類基因組研究帶來了革命性變化——允許精準(zhǔn)刪除任何人類基因這一點，使科學(xué)家得以對基因功能有更深入的了解。但這種技術(shù)也有局限性——暫時而言，它只能同時移除同一個細胞中的單個基因或基因片段，導(dǎo)致科學(xué)家在研究基因組不同部分協(xié)同工作的問題時遇到了瓶頸。
現(xiàn)在，本杰明·布蘭科(Benjamin Blencowe)和杰森·莫法特(Jason Moffat)的團隊在這方面取得了突破。他們發(fā)表在《自然-生物技術(shù)》雜志上的一項被稱為“CHyMErA”的新方法，可以在同一時間系統(tǒng)地瞄準(zhǔn)多個位置DNA，并且可以應(yīng)用于任何類型的哺乳動物細胞。
CRISPR通常被稱為“基因組剪刀”，它的工作原理是，通過引導(dǎo)RNA分子，將一種設(shè)計成附著在目標(biāo)位點上的DNA切割酶發(fā)送到基因組中的預(yù)定位點。目前應(yīng)用廣泛的DNA切割酶是Cas9，和其相關(guān)的基因編輯技術(shù)就是大名鼎鼎的CRISPR-Cas9或CRISPR/Cas9。
雖說CRISPR-Cas9是當(dāng)前基因編輯技術(shù)的相對主流，但實際上還存在不少具有獨特性質(zhì)的Cas酶。這次的CHyMErA就是結(jié)合了2種不同的DNA切割酶——Cas9和Cas12a——實現(xiàn)的。Cas12a這種酶的特點就是可以在同一個細胞中產(chǎn)生多個導(dǎo)向RNA分子，從而對多個基因位點實現(xiàn)切割。
在CHyMErA的應(yīng)用中，研究人員首先將目標(biāo)瞄準(zhǔn)了一類被稱為旁系同源體(paralogs)的基因。
旁系同源(Paralogs)是那些在同一物種中的來源于祖先基因復(fù)制的蛋白，它可能會進化出新的與原來有關(guān)的功能。
因為旁系同源是由相同的祖先基因復(fù)制而產(chǎn)生的，所以人們認為它們在很大程度上扮演著相似的角色。正因為旁系同源蛋白之間可以一定程度上相互替代，摘除掉其中某個蛋白并不能完全了解其影響，所以它們的功能還不能被現(xiàn)有的單基因靶向方法揭示。
“有了CHyMErA，我們可以成對取出旁系同源基因，看看祖先的功能對細胞的存活是否重要，” 研究的主要作者之一凱文·布朗(Kevin Brown)說，“我們現(xiàn)在可以研究以前被忽略的一類基因?！?/span>
在使用CHyMErA技術(shù)敲除了幾乎所有存在于人類基因組中的所有700對旁系同源配對基因后，科學(xué)家們證實，這些基因配對中有許多確實在細胞存活中發(fā)揮了類似的作用，而其他基因則有不同的功能。
CHyMErA的另一個特點是，Cas9和Cas12a都可以被部署到臨近的基因組位點，以切斷基因片段，如外顯子。
外顯子是基因組DNA中出現(xiàn)，在轉(zhuǎn)錄后被加工連接在一起，生成成熟RNA分子上的序列。由于該序列的復(fù)雜性，部分外顯子并不適合單獨使用Cas9進行靶向治療，CHyMErA技術(shù)的出現(xiàn)讓研究小組可以對數(shù)千個與癌癥和大腦功能有關(guān)的外顯子進行研究。
在CHyMErA分析的2000個外顯子中，超過100個外顯子被證實對細胞存活至關(guān)重要，這使得未來的研究現(xiàn)在能夠聚焦于揭示它們在疾病中的潛在作用。“一旦我們確定外顯子在疾病中起關(guān)鍵作用，我們就可以利用這些信息來開發(fā)新的治療方法?！?/span>
參考文獻：
[1] https://www.nature.com/articles/s41587-020-0437-z
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