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Nature子刊:当心!DNA扭曲增加CRISPR-Cas9脱靶编辑风险

来源:本站原创 2019-03-09 23:35

2019年3月9日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中,来自英国帝国理工学院和阿斯利康公司的研究人员指出当使用CRISPR-Cas9时,在基因表达和其他细胞过程中经常发生的DNA扭曲可能导致基因组脱靶变化。这些研究结果可能有助于为在临床应用上提高基因编辑准确性铺平道路。相关研究结果发表在2019年3月的Nature Structural and Molecular Biology期刊上,论文标题为“DNA stretching induces Cas9 off-target activity”。
图片来自David Rueda。

在基因表达过程中,DNA被拉伸和扭曲,从而使得它脱离正常的形态。虽然这对细胞自身的分子机器(比如细胞中用于转录和复制的蛋白复合物)的正常功能是必需的,但是它可能通过增加脱靶编辑的风险给CRISPR-Cas9基因编辑带来挑战,毕竟脱靶编辑潜在地导致有害的变化。

CRISPR-Cas9是一种允许人们发现和编辑DNA链的基因编辑工具。随着科学家们在医学、药物发现和农业等多个领域使用CRISPR-Cas9,它因它的多种用途获得了全球的认可。

在这项新的研究中,CRISPR-Cas9的准确度和精确度是通过一种新的方法进行研究的:使用光学镊子---一种使用激光束操纵DNA的工具---模拟DNA自然经历的扭曲,就像是细胞的分子机器读取了它。他们随后利用CRISPR-Cas9编辑基因并使用荧光显微镜监测它的准确性。结果表明,当DNA松散和松弛时,CRISPR是准确的,但是当DNA发生扭曲---在这种情况下,DNA遭受高度拉伸---时,CRISPR编辑准确性降低,并且观察到脱靶编辑。了解这种效应将有助于设计具有更高准确度的CRISPR系统,以及评估这种风险的方法。

论文共同通讯作者、帝国理工学院的David Rueda教授说,“CRISPR-Cas9作为一种有助于预防或抵抗因DNA突变引起的疾病的潜在工具而备受瞩目,我们想要研究它的准确性。当我们操纵DNA结构来模拟DNA经历的自然扭曲时,我们发现在非预期的位点上进行编辑。在这种情形下,CRISPR-Cas9在靶向系统中显示多达50%的错配,这将是在临床环境中使用这种基因编辑工具时需要考虑的一个问题。”

“另一方面,非常积极的是,我们已开发了一种可以清晰地对CRISPR-Cas9系统进行成像的方法,因此我们能够研究错误发生的原因,并对这种技术进行调整以提高它的准确性和特异性。”

论文共同通讯作者、阿斯利康公司科学副主任Maria Emanuela Cuomo博士说,“在阿斯利康公司,我们正在努力了解CRISPR的作用机制,以便让我们能够为将来的研究和潜在治疗目的设计改良的酶。这项研究增加了我们对CRISPR-Cas9的了解,并强调了未来的探索领域,以便更好地理解DNA结构与脱靶效应之间的关系。”

英国医学研究委员会(MRC)遗传学、表观遗传学基因组学项目经理Lindsay Wilson博士(未参与这项研究)说,“这项研究至关重要,这是因为它有助于我们了解使用CRISPR的风险,比如编辑人体细胞。这最终可能导致人们开发降低这种风险的策略。英国医学研究委员会支持利用基因组编辑开展科学和伦理上严格的实验室研究,包括开展理解这些技术风险和限制以及解决这些问题的研究。”

这些研究人员表示他们接下来的步骤是确定他们如何可能能够减少脱靶编辑的机会。他们计划使用他们的新系统来进一步研究CRISPR的准确性,并且在理想情况下,根据他们的发现开发脱靶编辑预测算法。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Matthew D. Newton et al. DNA stretching induces Cas9 off-target activity. Nature Structural & Molecular Biology, 2019, doi:10.1038/s41594-019-0188-z.
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