科學(xué)家使用一種叫做CRISPR的分子手術(shù)刀快速準(zhǔn)確地切割基因組材料

在一系列使用人類癌細(xì)胞系的實驗中，約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家表示，他們已經(jīng)成功地利用光作為觸發(fā)因子，使用名為CRISPR的分子手術(shù)刀快速、準(zhǔn)確地切割基因組物質(zhì)，并觀察了專門的細(xì)胞蛋白質(zhì)如何修復(fù)這種細(xì)胞。基因被切割的確切位置。

根據(jù)研究人員的說法，6月11日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的實驗結(jié)果不僅揭示了DNA修復(fù)過程的新細(xì)節(jié)，還可能加快和幫助人們了解通常導(dǎo)致衰老和許多癌癥的DNA活動。

約翰霍普金斯大學(xué)博士后研究員劉洋博士說：“我們的新基因編輯系統(tǒng)可以在激活后的幾秒鐘內(nèi)進(jìn)行有針對性的DNA切割。使用以前的技術(shù)，基因編輯可能需要更長時間，甚至幾個小時?！贬t(yī)學(xué)研究小組。

近年來，強(qiáng)大的CRISPR工具使科學(xué)家能夠輕松改變或“編輯”DNA序列，改變基因功能，從而加速了基因連鎖條件的研究。

CRISPR改編自細(xì)菌中天然存在的基因編輯系統(tǒng)。它使用一種叫做RNA的小序列遺傳物質(zhì)作為指導(dǎo)，并被編碼以匹配和結(jié)合細(xì)胞中特定的基因組DNA序列。CRISPR分子中還含有一種叫做Cas9的酶，可以作為手術(shù)刀來去除DNA序列。然后，細(xì)胞使用自己的酶和蛋白質(zhì)來修復(fù)切片的脫氧核糖核酸，通常添加科學(xué)家溜進(jìn)細(xì)胞的脫氧核糖核酸序列。

劉說，無法以快速、準(zhǔn)確和“按需”的方式(例如使用CRISPR)破壞DNA，阻礙了DNA修復(fù)過程的研究。

在新的實驗中，科學(xué)家們通過修飾一種光敏的RNA分子來修飾CRISPR-Cas9復(fù)合物，這使得CRISPR復(fù)合物只有在暴露于特定波長的光下時才會切割活細(xì)胞中的基因組DNA。

約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)博士說：“我們技術(shù)的優(yōu)勢在于，研究人員可以讓CRISPR機(jī)器找到目標(biāo)，而不會過早地切割基因，并保持其功能，直到暴露在陽光下?！焙蜻x人羅杰鄒也是研究小組的成員。他補(bǔ)充說：“這使研究人員能夠更好地控制DNA切割的位置和時間。”

Taekjip Ha博士說，其他研究團(tuán)隊已經(jīng)用藥物和光激活進(jìn)行了實驗，以控制CRISPR的時間。約翰霍普金斯大學(xué)彭博分校生物物理和生物物理化學(xué)、生物物理和生物醫(yī)學(xué)工程特聘教授，霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員。他的團(tuán)隊的實驗是不同的。其方法是提高CRISPR切割的精確時機(jī)，檢查蛋白質(zhì)中DNA損傷修復(fù)的速度。

在目前的研究中，約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物物理學(xué)和生物物理化學(xué)助理教授哈博士和賓賓博士領(lǐng)導(dǎo)的約翰霍普金斯研究團(tuán)隊向人類胚胎腎細(xì)胞和骨癌細(xì)胞輸送電脈沖，這些電脈沖在細(xì)胞膜上開了洞，使帶有光激活RNA分子的CRISPR復(fù)合物滑入細(xì)胞。然后，科學(xué)家們等待了12個小時，將CRISPR復(fù)合物與基因組DNA上的目標(biāo)點結(jié)合起來。

當(dāng)他們用光照射細(xì)胞時，他們追蹤C(jī)RISPR復(fù)合體切割所需的時間。

研究小組發(fā)現(xiàn)，在用光照射細(xì)胞的30秒內(nèi)，CRISPR復(fù)合物已經(jīng)切割了50%以上的目標(biāo)。

為了進(jìn)一步檢查DNA修復(fù)的時間，約翰霍普金斯大學(xué)的科學(xué)家追蹤了參與DNA修復(fù)的蛋白質(zhì)被鎖在DNA切口中的時間。他們確定修復(fù)蛋白在CRISPR激活后兩分鐘內(nèi)開始工作，最早在15分鐘后修復(fù)完成。

“我們已經(jīng)證明，光活化基因切割速度非常快，在生物醫(yī)學(xué)研究中有潛在的廣泛應(yīng)用。”說出來。“揭示CRISPR基因切割的時間使我們能夠更準(zhǔn)確地看到生物過程。”哈約翰斯霍普金斯稱這項技術(shù)為“按需快速的CRISPR”。

Ha還指出，與能在細(xì)胞中廣泛傳播的藥物相比，光激活能提供更好的位置控制。

約翰霍普金斯團(tuán)隊還使用高分辨率顯微鏡“觀察”了修復(fù)蛋白如何與活細(xì)胞中的CRISPR切割位點相互作用。

他們用這些顯微鏡和聚焦光束顯示，他們可以激活CRISPR來切割人類細(xì)胞中兩個常見基因拷貝中的一個。他們說，這種能力提供了一個機(jī)會，可以利用CRISPR來研究并最終治療僅與一個異?；蚩截愊嚓P(guān)的疾病，如亨廷頓氏病。

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