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  • 發布時間:2019-05-07 18:25 原文鏈接: SpCas9,首個抗CRISPR小分子抑制劑

      自2012年“魔剪”技術出道以來,該技術一直備受爭議。一些專家指出,基因編輯在很多層面上難以實現控制。近年來,科學家一直致力于開發“抗CRISPR”系統,來干擾細胞中的Cas核酸酶功能,以此來給CRISPR基因編輯技術帶上一定程度的“鐐銬”,規范該技術的使用操作。

      如今,在美國Broad研究所開發的高通量檢測方法下,這一“抗CRISPR”系統迎來了第一位成員:SpCas9(化膿性鏈球菌 Cas9)的小分子抑制劑。相關研究已經發表在《Cell》雜志上。

      CRISPR-Cas9與SpCas9

      最新研究表明,許多基因工程技術的實施都需要依賴準確地CRISPR-Cas9系統進行有效控制才能保證基因編輯的準確有效性。而Cas9在CRISPR基因編輯技術中作為最常用DNA切割酶,十分容易引起基因組的改變。我們發現它在細菌的膿性鏈球菌 Cas9(SpCas9)上存在量較多。

      目前SpCas9正被開發為多種疾病的基因治療藥物,包括HIV、視力障礙、肌肉萎縮癥和其他遺傳性疾病等。然而,治療中不斷高發的脫靶效應、染色體易位、基因毒性等副作用,讓治療手段尤其是對SpCas9的治療劑量和時間的調控變得尤為重要。

      來自美國Broad研究所的Amit Choudhary博士及其同事最終也將“抗CRISPR”的研究目光也鎖定在Cas9的最初來源的膿性鏈球菌 Cas9(SpCas9)上。同時,他們通過一系列生化和細胞水平的測定,篩選出針對SpCas9的小分子抑制劑,使得對“抗CRISPR-Cas9”基因編輯系統有了更加行之有效的控制。

    Amit Choudhary博士 圖片來源:Vilcek Foundation

      SpCas9小分子抑制劑的發現

      在此研究之前,科學家已經發現靶向SpCas9的抗CRISPR蛋白的存在,但這類蛋白體積很大,而且不易被細胞滲透,在作用中不可逆轉,還存在可能被蛋白酶降解的風險,甚至可能在哺乳動物體內造成不良免疫反應的風險。

      因此,在此研究中,研究人員選取小分子作為“抗CRISPR”蛋白的新型對象,篩選出一組多樣化的小分子,通過識別化合物結構來破壞SpCas9與DNA的結合,從而達到干擾SpCas9對DNA進行切割的作用。

    高通量初級和二級分析

      研究人員還發現,這些小分子抑制劑可以穩定地進入細胞,且比先前發現的一些抗CRISPR蛋白要小的多,同時這樣的小分子抑制劑能夠對SpCas9實現行動可逆,劑量可控,相對穩定且溫和的控制。這樣的“抗CRISPR蛋白”抑制劑的發現,對應用于哺乳動物細胞的基因編輯,堿基編輯,和表觀遺傳編輯具有重要意義。

    SpCas9的小分子抑制劑的鑒定和驗證

      Amit Choudhary博士對此項研究評價道:“這些研究結果為精確控制CRISPR-Cas9活性奠定了基礎。然而,這些分子抑制劑目前還沒有在生物體內進行有效性測試,距離人類應用還有很長一段路要走。”

      接下來,研究人員將致力于兩個方向的研究:第一,確定這類抑制劑在SpCas9:gRNA復合物上的結合位點,并檢查其作用機制,優化其效力。第二,確定這類分子抑制劑能否作用于哺乳動物細胞中的其他靶標,并評估它們對其他CRISPR相關核酸酶的特異性。


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