超越CRISPR-Cas9的“DNA碎纸机” 学术资讯

“DNA碎纸机”技术在人类细胞中发挥功能，作用于DNA产生大片段缺失。

在过去的六年里，一种叫做CRISPR-Cas9的基因编辑工具改变了基因研究，它使科学家们能够在精确的位置剪切和编辑DNA。但有时科学家们需要比基因剪刀更多的功能。近日，一个国际合作团队推出了一种基于CRISPR的新工具，它更像是一台碎纸机，能够通过可编程的目标清除人体细胞中的长链DNA。相关论文发表在《分子细胞》杂志上，密歇根大学和康奈尔大学也已经为这种新工具申请了联合专利。

研究人员在论文中描述了他们如何成功地让一种名为I型CRISPR-Cas3的系统首次在人类细胞中充当长链DNA编辑工具。由此产生的工具提供了一种方法来定位和删除长片段的DNA，这是目前的Cas9做不到的。这种能力可以用于基因研究，了解疾病的基础——也可能用于治疗与长链DNA相关的疾病。

领导这项研究的密歇根大学科学家Yan Zheng博士解释说，新工具使用的CRISPR系统与广泛使用的Cas9系统不同。它们都是从细菌那里借来的，而细菌的正常功能是发现并清除入侵的DNA。

新工具使用的是I型CRISPR，这在细菌中比包括Cas9的II型CRISPR更常见。I型CRISPR从未在真核细胞中使用过，它使用一种被称为Cascade的核蛋白复合物来寻找目标，使用一种被称为Cas3的酶来分解DNA。

Zhang将Cascade-cas3系统称为“带马达的DNA碎纸机”，因为它可以沿着DNA基因组移动一段距离，一边移动一边分解遗传物质。“Cas9是一个分子剪刀，你想去哪里它就去哪里，剪断一次DNA，但是Cas3可以到达你想要它去的地方，沿着染色体传播，并使一系列长达10k碱基的缺失序列变长。这可能使其成为一个强大的筛选工具，以确定哪些大面积的DNA对某种特定疾病最重要。”Zhang说。

当科学家们研究不包含特定蛋白质编码的“非编码”长链DNA时，这个工具可能特别有用；“DNA碎纸机”技术可以让他们破坏长链DNA序列，看看会发生什么。

此外，Cas3在染色体上长距离传播的能力是目前任何Cas9技术都无法实现的。因此，Cas3的“核酸酶死亡（nuclease dead）”版本可以沿着DNA传播，但缺乏碎纸机功能，这可能为大片段表观基因组工程提供一个强大的传递平台。

Ke还在论文中指出，由于告诉“碎纸机”去哪里的引导RNA序列比CRISPR-Cas9系统中使用的序列更长，而且目标搜索和DNA降解是两个分离的步骤，因此新方法可能更容易控制，不太可能在不需要的地方做出错误的删减。

Zhang推测，这种新工具及其衍生物可能对治疗有用，尽管这可能还需要几年的时间。

目前，已经有一些基于CRISPR-Cas9的方法被用于治疗，其中包括对两名中国婴儿胚胎细胞的HIV受体基因进行的编辑，但这是存在争议的，由此也引发了CRISPR-Cas9在人类患者正常DNA区域进行意外编辑的担忧。进一步的工作需要研究“DNA碎纸机”技术是否能避免这个问题。

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编译：花花

审稿：alone

责编：张梦

期刊来源：《分子细胞》

期刊编号：1097-2765

原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2019/04/190408161640.htm