Nat Methods：在不同物种中比较不同Cas9蛋白激活物的基因激活潜力
2016-05-24 生物谷 生物谷
CRISPR/Cas9系统是一种典型的允许科学家们对很多有机体和细胞类型的DNA序列进行编辑的工具。然而，科学家们也越来越认识到它能够被用来激活基因表达。为了这个目的，科学家们构建出众多人工合成的基因激活性Cas9蛋白（编者注：能够激活靶基因的Cas9蛋白，也译作Cas9蛋白激活物）来研究基因功能，或者在潜在的治疗方法中补偿不充足的基因表达。 美国哈佛大学维斯生物启发工程研究所（Wy
CRISPR/Cas9系统是一种典型的允许科学家们对很多有机体和细胞类型的DNA序列进行编辑的工具。然而，科学家们也越来越认识到它能够被用来激活基因表达。为了这个目的，科学家们构建出众多人工合成的基因激活性Cas9蛋白（编者注：能够激活靶基因的Cas9蛋白，也译作Cas9蛋白激活物）来研究基因功能，或者在潜在的治疗方法中补偿不充足的基因表达。
美国哈佛大学维斯生物启发工程研究所（Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering）资深研究员、哈佛医学院遗传学教授、哈佛医学院合成生物学平台主管George Church博士说，“利用CRISPR/Cas9系统的各种基因改造版本选择性激活基因的潜力让很多科学家不知道哪个可购得的人工合成的基因激活性Cas9蛋白能够符合他们的实验目的。因此，主要的挑战就是在不同的情形下，设计每个独特的Cas9蛋白，并对它们都进行测试；也没有对它们的基因激活相对潜力进行过并排比较。我们想要给生物医学研究人员提供这种并排比较。”
在一项新的研究中，来自维斯生物启发工程研究所和哈佛医学院等机构的研究人员报道了他们如何在来自包括人类、小鼠和果蝇在内的有机体的不同类型细胞中如何严格地比较最为常用的人工合成的基因激活性Cas9，并根据它们的基因激活潜力，对它们进行排名。这些发现给科学家提供有价值的指导。相关研究结果于2016年5月23日在线发表在Nature Methods期刊上，论文标题为“Comparison of Cas9 activators in multiple species”。
研究人员让Cas9蛋白融合到来自已知具有基因激活潜力的蛋白的多种结构域上， 所产生的Cas9蛋白改造版本具有基因激活能力，但是它们的DNA编辑能力遭受破坏。作为CRISPR/Cas9系统的第二个组分，向导RNA（gRNA）将CRISPR/Cas9复合体靶向结合于特异性DNA序列上。在一些情形下，gRNA也可经过改造而结合到基因激活因子上。
论文共同第一作者、维斯生物启发工程研究所研究员Marcelle Tuttle说，“我们首先研究了7个基因激活性Cas9蛋白，让它们彼此之间进行比较，也让它们与为CRISPR/Cas9的基因激活潜力提供概念验证的初始基因激活性Cas9进行比较。它们当中的3个比其他的候选者具有更高的基因激活潜力，而且同时维持对它们靶基因的高特异性结合。”
研究人员继续证实这三个基因激活潜力最高的Cas9蛋白候选物在来自人类、小鼠和果蝇的细胞中促进基因最高水平表达方面具有可比性，而且这种可比性与它们的组织和发育起源无关。研究人员也准确地阐明进一步让这三种Cas9蛋白候选物的激活基因潜力最大化的方法。
论文共同第一作者、维斯生物启发工程研究所研究员Alejandro Chavez博士说，“在一些情形下，靶基因最大可能的激活是实现细胞或治疗效应所必需的。当我们在3种不同的gRNA存在下利用基因激活潜力表现最高的Cas9的3个拷贝靶向作用于特异性基因时，我们成功地协作性增强它们的表达。”
维斯生物启发工程研究所首任主任Donald Ingber博士说，“利用CRISPR/Cas9轻松地提供开发基因组疗法的巨大潜力。这项研究提供有价值的新设计策略，这将有助合成生物学家和生物工程师在未来开发更加有效的靶向基因组工程技术。”
原始出处 ：
Alejandro Chavez, Marcelle Tuttle, Benjamin W Pruitt et al Comparison of Cas9 activators in multiple species Nature Methods doi:10.1038/nmeth.3871 2016
作者：生物谷
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