科学家们已经找到了如何修改 CRISPR的基本架构将其影响范围扩展到 基因组 并进入所谓的 表观基因组 – 蛋白质 和附着在上面的小分子 的DNA 并控制何时何地 基因 被打开或关闭。
在 9 年 2021 月 XNUMX 日发表在期刊上的一篇论文中 手机，加州大学旧金山分校和怀特黑德研究所的研究人员描述了一种名为“CRISPRoff”的新型基于 CRISPR 的工具，它使科学家能够关闭人类中几乎所有的基因。 细胞 无需对遗传密码进行一次编辑。 研究人员还表明，一旦一个基因被关闭，它在细胞的后代中保持惰性数百代，除非它被重新打开 补充 名为 CRISPRon 的工具，也在论文中有所描述。
因为表观基因组在许多疾病中起着核心作用，从 病毒 感染到 癌症，CRISPRoff 技术可能有一天会导致强大的表观遗传疗法。 由于这种方法不涉及任何 DNA 编辑，因此它可能比传统的 CRISPR 疗法更安全，众所周知，传统的 CRISPR 疗法会对基因组造成不必要的和潜在有害的变化。
“虽然基因和细胞疗法是医学的未来，但永久改变基因组存在潜在的安全问题，这就是为什么我们试图想出其他方法来使用 CRISPR 治疗疾病，”说 卢克吉尔伯特, PhD, IGI会员, 教授 加州大学旧金山分校海伦迪勒家庭综合癌症中心，和新论文的共同高级作者。
从基因组到表观基因组编辑器
传统的 CRISPR 配备了两个分子硬件，使其成为一种有效的基因编辑工具。 一个组件是 DNA 剪切 酶，这使 CRISPR 能够改变 DNA 序列。 另一个是归位设备，可以对任何感兴趣的 DNA 序列进行编程归零，从而精确控制进行编辑的位置。
为了构建 CRISPRoff，研究人员取消了传统 CRISPR 的 DNA 剪切酶功能，同时保留了归巢装置，创建了一个精简的 CRISPR，能够靶向任何基因，但不能对其进行编辑。 然后他们将一种酶系在这个准系统 CRISPR 上。 但这种酶不是剪接 DNA，而是作用于表观基因组。
新工具针对称为 DNA 甲基化的特定表观遗传特征，这是表观基因组的许多分子部分之一。 当 DNA 被甲基化时，一个称为甲基的小化学标签会附着在 DNA 上，从而使附近的基因沉默。 尽管 DNA 甲基化在所有哺乳动物细胞中自然发生，但 CRISPRoff 为科学家提供了对这一过程的前所未有的控制。 论文中描述的另一个工具 CRISPRon 可以去除 CRISPRoff 沉积的甲基化标记，使该过程完全可逆。
“现在我们有一个简单的工具可以让绝大多数基因沉默，”说 乔纳森·魏斯曼，博士，IGI 和怀特黑德研究所成员，以及新论文的共同资深作者和前加州大学旧金山分校的教员。 “我们可以在没有任何 DNA 损伤的情况下同时对多个基因执行此操作，并且可以逆转。 这是一个很好的控制工具 基因表达设立的区域办事处外，我们在美国也开设了办事处，以便我们为当地客户提供更多的支持。“
“重大惊喜”颠覆了一个基本原则
根据意大利一个小组之前的工作，研究人员相信 CRISPRoff 能够使特定基因沉默，但他们怀疑大约 30% 的人类基因对新工具没有反应。
DNA 由四个遗传字母组成——A、C、G、T——但一般来说，只有 G 旁边的 C 可以被甲基化。 更复杂的是，科学家们长期以来一直认为，甲基化只能使基因组中 CG 序列高度集中的位点的基因沉默，这些区域被称为“CpG 岛”。
由于近三分之一的人类基因缺乏 CpG 岛，研究人员假设甲基化不会关闭这些基因。 但他们的 CRISPRoff 实验颠覆了这一表观遗传学说。
“在这项工作之前，人们认为 30% 没有 CpG 岛的基因不受 DNA 甲基化控制，”吉尔伯特说。 “但我们的工作清楚地表明，您不需要 CpG 岛来通过甲基化关闭基因。 对我来说，这是一个重大的惊喜。”
增强 CRISPRoff 的治疗潜力
像 CRISPRoff 这样易于使用的表观遗传编辑器具有巨大的治疗潜力，这在很大程度上是因为与基因组一样，表观基因组可以遗传。
当 CRISPRoff 使基因沉默时，该基因不仅会在处理过的细胞中保持关闭状态，而且在细胞分裂时也会在细胞的后代中保持关闭状态，长达 450 代。
令研究人员惊讶的是，即使在成熟期也是如此 干细胞. 尽管从干细胞到分化的成体细胞的转变涉及表观基因组的显着重新布线，但 CRISPRoff 沉积的甲基化标记在进行这种转变的大部分细胞中忠实地遗传了下来。
这些研究结果表明，CRISPRoff 只需要给药一次即可产生持久的治疗效果，这使其成为治疗罕见遗传疾病的有前途的方法，包括影响结缔组织的马凡综合征、乔布氏综合征、免疫系统疾病和某些形式的癌症——由单个受损基因拷贝的活动引起。
研究人员指出，尽管 CRISPRoff 非常有前途，但还需要进一步的工作来充分发挥其治疗潜力。 时间会证明 CRISPRoff 和类似技术是否真的是“医学的未来”。
这个故事最初是由 加州大学旧金山分校新闻中心.
