前沿 | 让CRISPR系统更安全 研究人员为Cas9蛋白装上开关

来源:药明康德  2019-01-14 A- A+

日前,包括CRISPR基因编辑系统的先驱之一Jennifer Dounda教授在内的加州大学伯克利分校的研究团队,在《细胞》杂志上发表了一篇科学论文,在这项研究中,研究人员在CRISPR基因编辑系统使用的“剪刀”Cas9蛋白上装上了一个安全开关,让它只能在特定组织中才能产生活性。这一安全措施进一步增强了CRISPR基因编辑系统的安全性。

CRISPR基因编辑系统自问世以来,在科学研究和医疗研发方面已经得到了广泛的应用。基于CRISPR的基因编辑疗法也已经开始开展临床试验,用于治疗不同类型的遗传病。然而,人们对CRISPR技术的疑虑之一是它的脱靶效应,因为Cas9有可能在除了指定位点之外的基因组其它区域产生基因编辑,这将带来不可预估的副作用。因此,增强CRISPR基因编辑系统的特异性是临床研究的一个重要方向。

加州大学伯克利分校的研究团队采用的方法是使用一种称为循环排列(circular permutation)的方法对Cas9的蛋白结构进行改造。改造过的Cas9蛋白只有在特定蛋白酶存在的情况下才会被激活,它被命名为蛋白酶感知Cas9(ProCas9)。ProCas9中被植入了一个特定的多肽链,这种多肽链只能被存在于癌症细胞或者感染性病毒和细菌中的蛋白酶切割。只有接受切割过的ProCas9才具有活性,从而在特定细胞中完成基因编辑。

▲ 加州大学伯克利分校的研究团队采用的方法是使用一种称为循环排列(circular permutation)的方法对Cas9的蛋白结构进行改造。(图片来源:参考资料【1】)

“这为Cas9提供了一层安全保障,让它们能够完成精准切割,”加州大学伯克利分校的分子细胞生物学教授David Savage博士说。

在这项研究中,研究团队让ProCas9能够感知到病毒蛋白酶的存在,从而在受到黄病毒(包括寨卡病毒和西尼罗河病毒)感染的细胞中产生大量DNA损伤,从而杀死受到感染的宿主细胞。

“ProCas9可以在多种生物医疗领域得到应用,不但让我们更好地理解疾病过程,而且让基于CRISPR-Cas9的基因组编辑系统的转化应用更为安全。”这一研究的共同第一作者,格莱斯顿研究所(Gladstone Institute)的Christof Fellmann博士说。

参考资料:

[1] Giving Cas9 an ‘on’ switch for better control of CRISPR gene editing. Retrieved January 12, 2019, from https://news.berkeley.edu/2019/01/10/giving-cas9-an-on-switch-for-better-control-of-crispr-gene-editing/.

[2] Oakes et al., (2019). CRISPR-Cas9 Circular Permutants as Programmable Scaffolds for Genome Modification. Cell, https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.11.052

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