劉小樂、張鋒CRISPR最新論文

　　最近，來自哈佛大學醫學院Dana-Farber癌癥研究院、哈佛大學統計系和麻省理工學院-哈佛大學布羅德研究所的研究人員，在國際基因組研究權威期刊《Genome Research》發表題為“Sequence determinants of improved CRISPR sgRNA design”的學術論文。在這項研究中，該研究小組系統地評估了提高CRISPR篩選中單導向RNA（sgRNA）效率的DNA序列特征，并建立了一個新的序列模型，用于預測CRISPR/Cas9基因敲除實驗中的sgRNA效率。

　　本文通訊作者、哈佛大學醫學院Dana-Farber癌癥研究院的劉小樂（Shirley X. Liu）博士，青年時代就讀于天津南開中學, 1992 年考入北京大學生物系。1994 年轉學到美國史密斯女子學院雙修生物化學和計算機科學, 三年后以最高拉丁榮譽畢業。2002 年于斯坦福大學取得生物醫學信息學博士和計算機科學輔修博士學位后, 被直接聘為哈佛大學終身制助理教授。她目前擔任哈佛大學公共衛生學院生物統計與計算生物學系的終身正教授、Dana-Farber 腫瘤研究所功能性癌癥表觀遺傳組學中心主任、和同濟大學生物信息學系教授并長江學者講座教授。研究工作側重于基因調控機制的生物信息和計算機生物學研究。發表論文多篇，其中19篇在Nature/Cell系列期刊。相關閱讀：劉小樂等：分析CRISPR/Cas9敲除的新算法。

　　麻省理工學院-哈佛大學布羅德研究所的張鋒（Feng Zhang）也是本文共同作者之一。張鋒博士是近兩年大熱的CRISPR/Cas9技術先驅之一。2013年，這位80后的年輕華人科學家開發出了可用來編輯DNA、敲除指定基因的CRISPR/Cas系統，自此之后一直致力于推動這一技術走向完美。

　　CRISPR/Cas9系統已經使哺乳動物體細胞遺傳學發生了革命性的改變。采用CRISPR/Cas9介導的基因敲除或dCas9融合介導的抑制/激活（CRISPRi/a）進行全基因組功能性篩選，是發現表型相關基因功能的強大技術。CRISPR/Cas9是來源于細菌獲得性免疫、由RNA引導Cas9蛋白對靶向基因進行修飾的技術。利用該技術可在局部實現非同源重組與同源重組，已成為高效的基因敲除工具，是繼ZNF、TALENS技術之后的第三代基因敲除技術。除了可實現基因敲除目的之外，還可用來激活基因表達或替代RNAi技術抑制基因表達。專家預見，在未來數年內，這項新的基因組編輯技術將會成為每個分子生物學實驗室必備的基因功能研究利器。

　　但是，有多項研究報告指出，CRISPR/Cas9存在脫靶的副作用，尋找并設計脫靶效率低的sgRNA就成為關鍵。然而，在具體的實驗過程中，我們也面臨著一些問題。無論是針對目的基因來設計少量sgRNA，還是為覆蓋基因組來設計sgRNA庫，都面臨如何選擇的難題。

　　在這項研究中，該研究小組系統地評估了提高CRISPR篩選中單導向RNA（sgRNA）效率的DNA序列特征。利用來自多重設計的信息，研究人員建立了一個新的序列模型，用于預測CRISPR/Cas9基因敲除實驗中的sgRNA效率。這一模型證實了已知的序列特點，并提出了新的特征，包括優先選擇裂解位點的胞嘧啶。

　　經過實驗驗證，該模型可用于sgRNA介導的突變率和蛋白質敲除效率。研究人員在獨立的數據集上進行了測試，發現該模型在陽性選擇和陰性選擇條件下，都取得了顯著的效果，且優于現有的模型。

　　該研究小組還發現，CRISPRi/a的序列偏好與CRISPR/Cas9敲除明顯不同，并提出了一種新的模型，預測CRISPRi/a實驗中的sgRNA效率。這些結果可有利于基因敲除和CRISPRi/a研究中改良sgRNA的全基因組設計。