遺傳學大牛PNAS、Nature子刊連發新成果

　　George M. Church是哈佛醫學院的遺傳學教授、Wyss研究所的核心成員。他被譽為是個人基因組學和合成生物學的先鋒。1984年，Church和Walter Gilbert發表了首個直接基因組測序方法，該文章中的一些策略現在仍應用在二代測序技術中。此外，如今的多重化分子技術和條碼式標簽也是他發明 的，Church還是納米孔測序技術的發明者之一。

　　2014年9月，George M. Church教授領導哈佛醫學院的團隊，開發了單分子互作測序（SMI-Seq）技術，該技術能夠實現單分子水平上的并行分析，獲得大量蛋白質的互作圖譜。隨后的11月，他領導哈佛醫學院的團隊，在人iPS細胞中進行了CRISPR基因編輯。他們將全基因組測序和靶向深度測序結合起來，鑒定了Cas9編輯iPS細胞時的脫靶效應，還鑒定了一個影響Cas9特異性的單核苷酸變異（SNV）。

　　2016年9月份，Church帶領的研究小組，接連在國際權威期刊《PNAS》和《Nature Methods》發表兩項CRISPR研究成果。

　　用腺相關病毒（AAV）傳遞 CRISPR–Cas9在基因療法中有很大的應用前景。不過，AAV–CRISPR–Cas9潛在的免疫原性和有限的負載能力，是這一系統走向臨床所面臨 的關鍵性障礙。Church教授對此展開了深入研究。他領導團隊建立了一個多功能的AAV–CRISPR–Cas9平臺，這個平臺能夠進行基因組編輯、轉 錄調控和其他此前無法實現的應用。研究人員還鑒定了影響該平臺效率和臨床轉化的關鍵參數，包括病毒在體內的分布、不同器官的編輯效率、抗原性、免疫反應和 生理效果。研究顯示，AAV–CRISPR–Cas9會引起宿主應答，表現出明顯的細胞和分子特征。但與其他傳遞方法不同的是，研究人員開發的平臺不會在 活體內誘導廣泛的細胞損傷。這項研究奠定的基礎可以幫助人們開發有效的CRISPR基因組療法。這一研究成果以“A multifunctional AAV–CRISPR–Cas9 and its host response”為題，發表在9月5日的《Nature Methods》雜志。

　　9月6日，Church教授帶領的研究小組又在《PNAS》雜志發表另一項研究成果，題為“Emergent rules for codon choice elucidated by editing rare arginine codons in Escherichia coli”。這項研究指出，遺傳密碼的簡并性使得核酸能編碼氨基酸同源性以及非編碼信息，用于基因調控和基因組維護。罕見的精氨酸密碼子AGA和 AGG（AGR）呈現了密碼子選擇中的一個案例研究，AGRs編碼不同于其他同義替換（CGN）的重要轉錄和翻譯特性。在這項研究中，研究人員制備了一個大腸桿菌株系，從所有必需基因中去除了AGR密碼子的所有123個實例。

　　研究人員隨意用同義CGU密碼子更換110 AGR密碼子，但其余的13個“頑抗”AGRs需要多樣化才能找出可行的替換。成功置換密碼子傾向于保存局部的核糖體結合位點樣基序和局部的mRNA二級 結構，有時會損害氨基酸的同源性。基于這些觀察結果，研究人員憑經驗定義了多維“安全置換區”（SRZ）的度量，其中替換密碼子更可能是可行的。

　　為了進一步評價基本AGRs的同義和非同義替換，該研究小組采取了一種基于CRISPR/Cas9的方法，來去除一個多樣化的野生型等位基因群，從 而使他們能夠詳盡地評估所有64位密碼子替換的適合度影響。使用這種方法，該研究小組隨著時間的推移跟蹤了14個不同基因中的密碼子適合度，從而確定了 SRZ的相關性，發現SRZ之外的密碼子被從一個增長的種群中迅速去除。該研究小組的這一公正性和系統性的策略——用于識別合成基因組中未預測的設計缺 陷，并闡明操縱密碼子選擇的規則，對于設計“表現出徹底改變了的遺傳密碼”的基因組，是至關重要的。