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PNAS:构建出提高CRISPR-Cas9基因编辑精确度的新变体---SaCas9-HF

来源:本站原创 2019-10-13 17:40

2019年10月13日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中,来自中国香港城市大学的研究人员开发出基因编辑技术CRISPR-Cas9的一种新变体,它有潜力在人类基因治疗期间提高基因编辑的精确度。相比于野生型CRISPR-Cas9,这种新变体降低了DNA中出现的意外变化,这表明它可能在需要高精确度的基因疗法中发挥作用。相关研究结果近期发表在PNAS期刊上,论文标题为“Rationally engineered Staphylococcus aureus Cas9 nucleases with high genome-wide specificity”。
图片来自Mulepati, S., Bailey, S.; Astrojan/Wikipedia/ CC BY 3.0。

CRISPR-Cas9是一种在细菌中首次发现的酶,可以经编程后在精确的基因组位点上切割和修复DNA,因而被称为“分子剪刀”。它可用于校正存在缺陷的DNA链,而且目前正在临床试验中测试它抗击癌症、血液疾病和遗传性失明的效果。这种技术被认为具有治疗数千种人类遗传疾病的潜力。

但是,在目前的CRISPR-Cas9形式中,它面临着一些挑战。作为其中的一个版本,来自酿脓链球菌(Streptococcus pyogenes)的Cas9核酸酶(SpCas9),具有较高的靶标精确度,但对于将CRISPR-Cas9基因编辑系统递送至细胞所需的病毒载体而言,它太大了。作为另一个版本,来自金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)的Cas9核酸酶(SaCas9),它的体积小得多,因而它可以轻松被装入到递送这种基因编辑系统的腺相关病毒(AAV)载体中,但是,它缺乏与SpCas9同样高的精确度。不精确的基因编辑可能最终会在意想不到的位置编辑DNA,从而潜在地造成严重后果。

在这项新的研究中,这些研究人员鉴定出一种命名为SaCas9-HF的基因改造变体,它在实验室环境中可显著提高人细胞中24个基因组位点的基因靶向准确性。对于高度相似的基因序列,SaCas9-HF将脱靶活性降低了大约90%,然而当使用野生型SaCas9时,这往往导致意料之外的编辑。对于通常具有较少编辑失误的基因序列,SaCas9-HF具有几乎无法检测到的脱靶活性。

香港城市大学的Zongli Zheng博士说,“我们的发现为野生型Cas9工具提供了一种替代方案---在需要高度精确的基因组编辑时使用这种Cas9变体。这种新的核酸酶对在未来使用AAV在体内递送基因组编辑组分进行的基因疗法特别有用。”

还需针对更多的基因组位点和细胞类型开展研究以便确定SaCas9-HF在不同的细胞类型中具有同样高的基因编辑精确度。当然,这些研究人员对它在许多其他细胞类型中的应用持乐观态度。

根据这些研究人员的说法,就Cas9在感兴趣的基因组位点进行编辑的效果而言,与野生型Cas9相比,SaCas9-HF的平均在靶编辑效率为80%。在某些病例下,10%的CRISPR-Cas9基因编辑效率就足以修复受损的基因序列并恢复它的功能。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

1.Yuanyan Tan el al. Rationally engineered Staphylococcus aureus Cas9 nucleases with high genome-wide specificity. PNAS, 2019, doi:10.1073/pnas.1906843116.

2.New CRISPR-Cas9 variant may boost precision in gene editing
https://phys.org/news/2019-09-crispr-cas9-variant-boost-precision-gene.html
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