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    光控基因組編輯:四維精準

    2016-08-30 07:52 | 作者: Panda | 標簽: 基因編輯 光敏性

    基因農業網(Panda)編譯:新的技術決定何時何處對靶標基因進行精準編輯。

    利用著名的基因組編輯系統CRISPR,科學家可以對活細胞中的任意靶基因進行精準的刪除或替換等操作?,F在,麻省理工學院(MIT)的研究人員為這一精確技術又增添了一份安全保障,通過讓CRISPR系統變得對光敏感,從而精準地決定基因編輯在何時何處發生。

    借助于新的系統,只有當研究人員用紫外線照射靶細胞時才發生基因編輯。這種控制方式有助于科學家們更深入地研究細胞學和遺傳學重大事件發生的時機,尤其是那些影響胚胎發育或病情發展的事件。最終,它還能夠提供一種靶向性更強的方法來關閉癌癥細胞中的致癌基因。

    該研究發表在《應用化學》(Angewandte Chemie)期刊上,巴提雅作為主要作者描述了這項新的技術。

    “無論加上什么樣的開關,最大的好處就是能夠讓激活過程實現時間和空間上的精準控制。”桑吉塔·巴提雅(Sangeeta Bhatia)說,她是MIT健康科學和電氣工程及計算機科學系的“約翰-桃樂茜·威爾遜”教授,同時也是MIT科赫研究院的綜合癌癥研究會及藥物工程與科學研究會成員。

    光敏性

    在去MIT工作之前,賈恩(Jain)開發了一種利用光來控制RNA干擾途徑的方法。RNA干擾是一種基因表達調控機制,小分子的RNA鏈被輸送到細胞中,暫時阻斷某些特定基因的表達。

    “他剛來這里的時候,CRISPR技術突然火了起來,他想到可以用同樣的方式通過光來激活CRISPR,這項應用的前景令他很是興奮。”巴提雅說。

    CRISPR依賴于由一種名為Cas9的DNA切割酶和一小段RNA鏈組成的基因編輯復合體發揮作用,這段短鏈RNA指導Cas9定位到基因組中特定區域,并引導Cas9進行精準切割。當Cas9和這段指導RNA進入細胞后,基因組中就會發生特定位點的切割;細胞自身的DNA修復機制會自動修補切開的位點,但基因中被Cas9切割的一小段DNA就永久刪除了,基因無法再行使正常功能。

    在最初的努力中,研究人員改造了Cas9酶,使其只在曝露于特定波長光線時才啟動切割過程。MIT的研究小組決定采用一種全新的思路,讓指導RNA鏈的結合過程變成光敏性。

    巴提雅說,如果未來有可能用于人體,這種方式可能更方便。因為將改造過的光敏性短鏈指導RNA注入細胞比讓靶標細胞產生光敏性Cas9蛋白更容易。

    “你無需對現有的載體做任何改變,只需要加上一點感光保護劑,”她說,“這種嘗試會讓CRISPR系統更加模塊化。”

    為使短鏈指導RNA變得對光線敏感,MIT研究小組創造了一種由DNA序列組成的“保護劑”,這些DNA序列的骨架中帶有可被光切割的化學鍵,能夠與不同序列的指導RNA結合形成復合體,從而阻止指導RNA與其在基因組上的靶標序列結合。

    當研究人員用波長為365納米的光線(屬于紫外線范圍的光)照射靶細胞時,作為保護劑的DNA鏈斷裂成小片段,并從RNA鏈上脫落,被釋放的RNA鏈因此在基因組上尋找其靶標序列并招募Cas9加入進行切割。

    定位多個基因


    該項研究中,研究人員展示了他們如何利用光來控制綠色熒光蛋白(GFP)基因的編輯,研究還包括另兩種在細胞表面常見并在某些癌癥細胞中過量表達的蛋白的編碼基因。

    這種在時間上對基因編輯進行的精準控制或許有助于研究者們對與疾病發生相關的關鍵細胞事件的發生時機進行研究,希望能夠找出關閉基因表達進行疾病干涉的最佳時機。

    “CRISPR-Cas9是一個強大的技術,科學家們能夠借此對基因如何影響細胞行為進行研究,”詹姆斯·達爾曼(James Dahlman)說,“這項重要的研究進展將實現對遺傳學操作的精準控制??梢灶A見,這項工作會給科學界帶來一種非常有用的工具,推進許多基因編輯方面的研究。”達爾曼是喬治亞理工大學生物醫藥工程學助理教授,他并未參與該項研究。

    巴提雅所在的實驗室還努力將該項技術應用于醫藥領域。有一種可能是借助于這項技術來關閉皮膚癌形成過程中的那些癌基因,由于皮膚很容易接觸到日光中的紫外線,皮膚癌或許是該技術可以發揮作用的最佳領域。

    該研究小組還致力于尋找“通用型保護序列”,可用于任何指導RNA的序列,以避免為每一種指導RNA設計全新保護序列的麻煩,并且能夠一次性盡可能多地抑制CRISPR-Cas9對靶序列的切割活性。

    該項研究由路德維格分子腫瘤學中心、瑪麗和皮埃爾·卡西米爾-蘭伯特基金會(來自國家癌癥研究所的科赫研究所支持津貼)以及馬爾堡癌癥納米醫學中心提供資助。

    原文鏈接:news.mit.edu/2016/using-light-control-genome-editing-0825

    來源:基因農業網

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