Nat Commun：利用CRISPR/dCas9靶向阻断DNA甲基转移酶，可揭示特定启动子上DNA去甲基化的功能作用

2021年11月22日讯/生物谷BIOON/---人体内的所有细胞都带有相同的遗传密码。正是这种遗传密码的读写---特定细胞中特定基因的“开启”和“关闭”---赋予了细胞以身份。例如，想象一下这样一种灾难性的情况：编码胃部消化酶的基因会在眼睛的视网膜细胞中开启，并开始吞噬周围的组织。细胞关闭特定基因的方法之一是在该特定基因的精确位置向DNA中可逆地添加一种称为甲基的小分子化学物。

科学家们知道，这种“DNA甲基化”程度较高的基因往往会“关闭”，而这种DNA甲基化程度较低的基因往往会“开启”。但是，由于到目前为止，还不可能操纵特定基因的DNA甲基化水平，所以对于DNA甲基化到底有什么作用，它们如何有助于实现正常的细胞功能，以及它们的失调如何导致疾病，仍然存在许多问题。

在一项新的研究中，来自加拿大麦吉尔大学的研究人员展示了他们如何通过使用CRISPR/dCas9基因组编辑技术，在体外培养的小鼠和人类细胞中成功地去除特定基因的DNA甲基化。相关研究结果近期发表在Nature Communications期刊上，论文标题为“Unraveling the functional role of DNA demethylation at specific promoters by targeted steric blockage of DNA methyltransferase with CRISPR/dCas9”。

他们发现，这种DNA“去甲基化”活动可以靶向DNA中的任何地方---任何感兴趣的基因---而无需编辑遗传密码，并且在DNA中不希望出现的位置没有脱靶编辑。他们还描述了完全去除DNA甲基标记所需的方法，希望世界各地的科学家们能够利用这种新技术开始发现本应开启的因发生DNA甲基化而被关闭的基因---例如，糖尿病患者中的胰岛素编码基因，并利用这种技术建立疾病治疗的新模式。

具体而言，这些作者优化了一种基于CRISPR/dCas9的无酶甲基化定向编辑系统，并发现表明该系统能够通过对DNA甲基转移酶活性进行立体干扰实现体外的选择性甲基化和细胞内的被动去甲基化。

在体外，利用CRISPR/dCas9阻断DNA甲基转移酶，图片来自Nature Communications, 2021, doi:10.1038/s41467-021-25991-9。

他们绘制了干扰区域的大小，优化了这种编辑系统，使作为靶标的CpG几乎完全去甲基化，而没有可检测到的脱靶效应，并分析了几个人类和小鼠基因中遗传上不同区域去甲基化的转录后果。在此过程中，他们提供了证据，表明近端启动子上的DNA去甲基化在某些情况下会增加基因的表达，但在其他情况下不会，这在不同程度上取决于基因组背景，而且DNA去甲基化可能促进对其他因子的反应。

最重要的是，他们报告了一种简单的工具，用于调查DNA去甲基化的影响，该工具可以很容易地应用于多重模式以便检查大量现有的和即将出现的相关文献，以区分DNA甲基化的因果关系，并开始在因果关系的基础上实现对这种生物现象的基本理解。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Daniel M. Sapozhnikov et al. Unraveling the functional role of DNA demethylation at specific promoters by targeted steric blockage of DNA methyltransferase with CRISPR/dCas9. Nature Communications, 2021, doi:10.1038/s41467-021-25991-9.