北京大學CellRes基因編輯研究新成果

　　來自北京大學的研究人員報告稱，他們利用一種RNA導向的Cas9核酸酶在哺乳動物細胞和斑馬魚胚胎中有效實現了位點特異性基因編輯。相關論文“Genome editing with RNA-guided Cas9 nuclease in Zebrafish embryos”發表在3月26日的《細胞研究》(Cell Research)雜志上。

　　北京大學生物醫學工程系席建忠(Jianzhong Jeff Xi)教授和分子醫學研究所的熊敬維(Jing-Wei Xiong)教授為這篇論文的共同通訊作者。前者主要研究方向為生物傳感器和生物芯片的開發;用于干細胞、癌細胞等代謝調控機制研究的新型功能材料設計和合成;以及心肌細胞動力學研究等方面。后者主要利用斑馬魚和小鼠作為遺傳模式生物，研究心血管系統發育和再生的分子遺傳機制。

　　2011年末，人工核酸酶介導的基因組編輯(genome editing with engineered nucleases)技術曾被《Nature Methods》雜志評為2011年度技術。理由是這種技術能通過在某些物種基因組中進行靶向特異性的突變，從而解答并提出更多精確的生物學問題。

　　經過基因工程改造的核酸酶主要包括：鋅指核酸酶(zinc-finger nucleases，ZFNs)、轉錄激活因子樣效應物核酸酶(transcription activator-like effector nucleases，TALENs)和歸巢核酸內切酶(engineered meganucleases)。這些核酸酶已被成功地應用于哺乳動物細胞和包括果蠅、斑馬魚、青蛙、小鼠、大鼠和豬等在內的模式生物中。由于它們能夠實現精確的基因組編輯，為基因功能研究、動植物基因組的改造以及疾病治療創造了新的可能性。

　　近來科學家們在原核生物規律成簇的間隔短回文重復(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats，CRISPRs)適應性免疫系統研究中取得了一些重要進展，由此為我們提供了另一種基因組編輯方法。根據位點結構和基因保守性，CRISPR被分為三個主要類型。內切核酸酶Cas9屬于研究最深入的II型CRISPR/Cas系統。

　　Cas9酶與導向RNA協同作用定位在PAMs保守序列限定的位點，裂解入侵DNA。為了形成功能性的DNA靶向復合物，Cas9需要兩種不同的 RNA轉錄物，crRNA(CRISPR RNA)和tracrRNA(transactivating crRNA)。然而，近期的研究表明，這樣的雙RNA可以重新裝配成一種單導向RNA (single-guide RNA，sgRNA)，其包含的序列足以編程Cas9，介導靶DNA雙鏈斷裂。

　　在這篇文章中，研究人員報告稱，他們利用RNA導向的Cas9核酸酶在哺乳動物細胞和斑馬魚胚胎中，以一種簡單且強有力的方式有效促進了基因組編輯。當研究人員用特異的Cas/gRNA靶向斑馬魚胚胎中的etsrp、gata4或gata5時，獲得了超過35%的位點特異性突變。這一Cas9 /gRNA有效誘導了生成的體細胞中etsrp或gata5的雙等位基因轉換，在斑馬魚中導致了與對應遺傳變異體etsrpy11或 fautm236a的相似表型。最后，他們通過Cas9/gRNA系統在斑馬魚胚胎中誘導獲得了位點特異性的mloxP序列插入。

　　這些結果表明，這種Cas9/gRNA系統有潛力成為一種適用于斑馬魚和其他模式生物的，簡單、強大且高效的反向遺傳工具。結合其他的基因工程技術，這種Cas9系統有前景應用于生物、農業、環境研究及醫學領域。