近日，一項(xiàng)刊登在國(guó)際雜志Molecular Cell上的研究報(bào)告中，來(lái)自Francis Crick研究所的科學(xué)家們通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)了一組簡(jiǎn)單的規(guī)則或能決定人類細(xì)胞中CRISPR/Cas9基因編輯的精準(zhǔn)性，相關(guān)研究結(jié)果或能幫助科學(xué)家們改善實(shí)驗(yàn)室和臨床中基因編輯技術(shù)的效率和安全性。盡管如今科學(xué)界已經(jīng)廣泛使用CRISPR系統(tǒng)了，但該技術(shù)的合理應(yīng)用常常因?yàn)榛蚓庉嫿Y(jié)果的不可預(yù)測(cè)而受到重重障礙，基因編輯常常會(huì)帶來(lái)靶向位點(diǎn)DNA區(qū)域的隨機(jī)剔除或插入。

圖片來(lái)源：Nigel Hawtin for the Francis Crick Institute

在CRISPR技術(shù)被安全應(yīng)用到臨床之前，科學(xué)家們就需要通過(guò)研究來(lái)確保該技術(shù)能夠準(zhǔn)確修飾靶向位點(diǎn)的DNA；研究者Paola Scaffidi說(shuō)道，截止到目前為止，利用CRISPR技術(shù)進(jìn)行基因編輯給科學(xué)界帶來(lái)了很多猜測(cè)、挫折甚至錯(cuò)誤，CRISPR技術(shù)的效應(yīng)被認(rèn)為是無(wú)法預(yù)測(cè)且隨機(jī)的，但通過(guò)分析數(shù)以百計(jì)的基因編輯，研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)，在這一切的背后似乎有著簡(jiǎn)單可預(yù)測(cè)的模式，這或許能從根本上改變研究人員使用CRISPR的方式，幫助研究者以更高的準(zhǔn)確率和效率來(lái)研究基因的功能。

通過(guò)檢測(cè)并分析CRISPR基因編輯技術(shù)對(duì)人類細(xì)胞450個(gè)基因的1491個(gè)靶向作用位點(diǎn)的作用效應(yīng)，研究人員發(fā)現(xiàn)，基于簡(jiǎn)單的規(guī)則就能夠有效預(yù)測(cè)基因編輯所帶來(lái)的后果，這些規(guī)則主要依賴于導(dǎo)向RNA—Cas9所識(shí)別的特定基因組區(qū)域中的遺傳元件。這項(xiàng)研究中，研究者發(fā)現(xiàn)，特定基因編輯的結(jié)果常常取決于RNA導(dǎo)向的第四個(gè)“字母元件”，其更靠近切割位點(diǎn)。如果遺傳元件是A或T，那么這將會(huì)是一個(gè)非常精準(zhǔn)的基因插入，如果是C的話就會(huì)導(dǎo)致相對(duì)精準(zhǔn)的剔除，而G的話則會(huì)造成多種不精準(zhǔn)的剔除作用。因此，在基因編輯過(guò)程中，簡(jiǎn)單地避免含有堿基G的位點(diǎn)或許能夠更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)基因編輯所產(chǎn)生的效果。

研究者Anob Chakrabarti指出，我們通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，決定CRISPR人類基因組編輯結(jié)果的規(guī)則實(shí)際上非常簡(jiǎn)單，在設(shè)計(jì)導(dǎo)向RNA時(shí)要記住這些規(guī)則，這樣我們就能最大化的獲得特定基因編輯的理想效果，這在臨床中尤為重要。同時(shí)研究者還闡明了開(kāi)啟或關(guān)閉靶向DNA如何影響基因編輯的效果，而加入促進(jìn)DNA打開(kāi)的化合物就能夠促進(jìn)Cas9搜尋基因組，從而提高編輯效率。研究者表示，不管來(lái)源的組織如何（其會(huì)影響特定基因DNA開(kāi)啟的程度），靶向作用關(guān)鍵位置中含有堿基A或T的區(qū)域能夠表現(xiàn)出常見(jiàn)的編輯效果，也就是說(shuō)，如果我們能夠仔細(xì)選擇靶向DNA的話，我們就能夠在不同組織中觀察到相同的效應(yīng)。

最后研究者Josep Monserrat博士說(shuō)道，此前我們并未意識(shí)到DNA打開(kāi)對(duì)于決定CRISPR基因編輯效率的重要性，當(dāng)以特定的方式編輯一個(gè)基因時(shí)我們或許需要考慮另外一個(gè)因素，我們非常高興能在精準(zhǔn)的靶向區(qū)域觀察到不同的細(xì)胞類型或許共享著相同的編輯方式，研究者還希望本文研究結(jié)果能夠推動(dòng)后期更多跨學(xué)科的研究。

原始出處：Anob M.Chakrabarti，Tristan Henser-Brownhill，Josep Monserrat, et al. Target-Specific Precision of CRISPR-Mediated Genome Editing, Molecular Cell (2018). DOI: 10.1016/j.molcel.2018.11.031

原標(biāo)題：Mol Cell：科學(xué)家破解出新型CRISPR代碼 有望更加精準(zhǔn)地進(jìn)行人類基因組編輯