CRISPR再添新丁！新工具可以“粉碎”DNA

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來(lái)源：生物探索

2019-04-15

近日，Cell子刊《Molecular Cell》上新發(fā)了一篇題為“Introducing a Spectrum of Long-Range Genomic Deletions in Human Embryonic Stem Cells Using Type I CRISPR-Cas”的文章，揭示了一種新版本的CRISPR工具。

來(lái)自密歇根大學(xué)的國際團隊在細菌體內發(fā)現了一種I型CRISPR-Cas3，證實(shí)其可以剪切人類(lèi)細胞中的長(cháng)片段DNA，類(lèi)似于“DNA粉碎機”。

新版本CRISPR

CRISPR源自細菌體內的一套天然“免疫機制”，被用于防御入侵病毒和外源DNA。近十年，CRISPR被發(fā)現、挖掘，已經(jīng)成為真核基因組編輯的常用工具之一。

我們現在常常提及的“魔剪技術(shù)”是指II型或V型CRISPR，傳統組成包括基礎版釀膿鏈球菌Cas9酶（SpCas9）、引導RNA（gRNA）。

現在，在這一新研究中，科學(xué)家們發(fā)現的是一種I型CRISPR。在細菌體內，I型CRISPR實(shí)際上比II型CRISPR更為常見(jiàn)。

他們發(fā)現，相比于現有的CRISPR-Cas9，I型CRISPR-Cas更擅長(cháng)定位、刪除更長(cháng)的DNA片段。團隊負責人、密歇根大學(xué)的Yan Zhang教授認為，這對于解析疾病病因，甚至于治療與長(cháng)片段DNA相關(guān)的疾病有著(zhù)重要意義。

“DNA粉碎機”

他們以胚胎干細胞和HAP1細胞為材料，證實(shí)I型CRISPR能夠依靠多亞基核糖核蛋白（RNP）復合體Cascade，識別目標DNA，隨后在Cas3的作用下逐步降解DNA。

This is a representation of how the new technique is made possible in human cells (top box) and how it acts on DNA to create long-range deletions starting at a precise point. [Zhang lab, University of Michigan]

結果顯示，這一剪切工具的編輯效率達到13-60%，且能夠完成從幾百到10萬(wàn)堿基的不同剪切。這些結果凸顯了這一CRISPR-Cas3在長(cháng)片段剪切上的潛能。

研究團隊將這一工具稱(chēng)為“帶有馬達的DNA粉碎機”，因為它能夠沿著(zhù)DNA基因組移動(dòng)一定距離，并且能夠剪切基因。

此外，相比于CRISPR-Cas9系統，CRISPR-Cas3需要的引導RNA更長(cháng)，而且因為目標搜索和剪切是兩個(gè)步驟，所以CRISPR-Cas3可能更好控制，不太可能在錯誤的地方進(jìn)行剪切。

Cas可以在需要的地方進(jìn)行剪切，但是只能剪一刀。現在，這一最新發(fā)現的Cas3可以沿著(zhù)染色體移動(dòng)，并且進(jìn)行成千上萬(wàn)的堿基刪除。這意味著(zhù)，它可以成為一個(gè)強大的基因篩選工具。

當科學(xué)家們研究非編碼長(cháng)鏈DNA時(shí)，這一工具可能會(huì )特別有用。此外，研究人員表示，Cas3在染色體上長(cháng)距離傳播的能力是現有Cas9技術(shù)無(wú)法實(shí)現的。所以，如果設計一種特殊的Cas3版，即能夠沿著(zhù)染色體延伸，但是無(wú)法剪切DNA，這或許可以成為基因工程領(lǐng)域的一個(gè)傳遞平臺。

參考資料：

【1】New CRISPR Tool Described as a DNA Shredder with a Motor

【2】Introducing a Spectrum of Long-Range Genomic Deletions in Human Embryonic Stem Cells Using Type I CRISPR-Cas

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