Nature技術突破：光控CRISPRCas9系統

　　發表在6月15日《自然生物技術》（Nature Biotechnology）雜志上的一項研究中，來自日本的研究人員報告稱他們構建出了更好的CRISPR基因編輯系統：一種光激活的新型Cas9核酸酶使得研究人員能夠在空間和時間上更好地控制RNA引導的核酸酶的活性。

　　加州大學戴維斯分校干細胞生物學家Paul Knoepfler（未參與該研究）說：“這是一個通過光線來非常精確地控制基因編輯的有效新系統。任何能夠增加遺傳修飾精確度和控制力的技術進步都是重要的進步。這是研究人員為此付出的諸多努力之一。”

　　近期，東京大學的化學家Moritoshi Sato和同事們開發出了一對叫做Magnets的光控開關蛋白，當被光線激活時Magnets會利用靜電相互作用結合到一起。該研究小組還利用光活化技術開發了一種光激活CRISPR轉錄系統靶向特定的基因實現基因表達。現在Sato的研究小組又往前推進了一步，利用Magnet蛋白構建出了一種光激活Cas9核酸酶(paCas9)實現光控基因組編輯。

　　Sato說：“現有的Cas9不允許對組織中的一小部分細胞，例如大腦中的神經元進行基因組改造。此外，由于不可控的核酸酶活性，現有的Cas9往往會造成一些脫靶效應……我們一直有意開發出一種強大的工具，從空間和時間上控制基因組編輯。”

　　研究人員通過首先將Cas9蛋白分成兩個失活的片段構建出了paCas9。隨后他們讓每個片段連接一個Magnet蛋白。當受到藍光照射時，兩個Magnet蛋白結合到一起，分開的Cas9片段隨之結合重建出了RNA引導的Cas9核酸酶活性。重要的是，這一過程是可逆的：當切斷光線時，paCas9核酸酶會再度分裂，核酸酶活性終止。Sato說：“這樣的paCas9 on/off開關特性是以往無法達到的最重要的突破。”

　　Broad研究所張鋒實驗室博士后Fei Ann Ran說：“新研究利用了分裂的Cas9結構來實現光激活基因組編輯。這提供給了一個很好的范例，表明可以利用Cas9的結構知識來改造它擴展其能力，并突出顯示了這一系統的多功能性。”

　　Knoepfler說：“利用magnet的這一光激活系統可以很好地發揮作用給我留下了深刻的印象，一些研究人員有可能能夠將之用于一些特殊的應用。例如，在一些特異的發育研究中通過精確定向的光束超精準地激活特定發育結構域中的基因編輯可能會被證明是一種極好的方法。”他補充說，目前尚不清楚這一系統是否能有效地降低CRISPR的脫靶效應，通過限制基因編輯元件的活化時間，這技術將有可能可以做到這一點。

　　Sato研究小組現正計劃擴展可以激活paCas9核酸酶的光線的顏色，“從而使得可以更加靈活地實現基因組編輯。為此目的，開發出一些新的顏色變化的光控開關蛋白是一個關鍵的要素。”