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中国科研团队破译基因编辑“制动装置”

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  哈尔滨4月28日电(王舒)在人类已掌握的生物医学研究及基因治疗领域中——“CRISPR-Cas系统”是已获知的细菌编码用来保护细菌免受噬菌体感染的适应性免疫系统,该系统通过crRNA引导的Cas核酸酶剪切入侵病毒的DNA或者RNA,从而防御病毒感染。

  由于“CRISPR-Cas系统”与“sgRNA”组合具备高效、便捷编辑目的DNA的能力,“CRISPR II-A亚型系统”之一的链球菌Cas9(SpyCas9)系统已被广泛应用于进行细胞、组织或个体内DNA的敲除、激活、修饰等,且该系统已成为世界范围最重要、使用最广泛的基因编辑工具。

  可是,在时下各国出产的科幻大片中,利用基因技术出现“失控”问题的桥段屡见不鲜,而这种风险现实中也存在——在使用“CRISPR-Cas系统”进行基因编辑研究中,如何减少SpyCas9过度激活或长时间活性带来的基因编辑脱靶效应;如何对SpyCas9的活性进行时间、空间或条件性的精确控制,就是亟需解决的问题——人类找到了一辆高性能跑车,却还没研制出“刹车”的制动装置去屈驾它……现在,一个来自中国的科研团队为该领域研究实现了一个“小目标”。

  28日,哈尔滨工业大学对外发布称,该校生命学院黄志伟教授课题组通过研究揭示Anti-CRISPR蛋白抑制SpyCas9活性的分子机制,发现了SpyCas9基因编辑系统活性被抑制的机制,为设计控制、抑制SpyCas9基因编辑系统活性的工具提供了基础;该项研究成果以研究论文的形式刚刚在《自然》(《Nature》)在线发表。

  早先研究中,曾有人发现了一类来自于Listeria monocytogenes前噬菌体的Anti-CRISPR基因AcrIIA4等,在细胞内能够抑制SpyCas9的基因编辑活性,然而这些Anti-CRISPR基因抑制SpyCas9活性的“分子机制”还并不清楚。

  “SpyCas9基因编辑系统就好比一枚导弹,RNA负责把导弹引导到目标,SpyCas9是炸药,它来释放能量摧毁目标,也就是对基因进行编辑。”黄志伟教授说,在完成这一编辑后,SpyCas9还是“活”的,还可能“失控”用它的能量去摧毁、改变目标,不找到如何控制它的机制,这枚导弹有可能会失控,带来其他严重后果。

  此次黄志伟教授课题组就揭示了Anti-CRISPR蛋白抑制SpyCas9活性的分子机制,他们通过生化和结构生物学手段研究了AcrIIA2或AcrIIA4与SpyCas9之间的作用原理,耗时一年多终于揭示出SpyCas9基因编辑活性的靶向控制机制。

  黄志伟教授课题组发现AcrIIA4抑制SpyCas9活性的机制,为将来设计开发精确控制SpyCas9活性,比如:在合适的时间,合适的地点,发挥活性,让SpyCas9的副作用消失。在该项机制原理的基础上,人类就可以在基因治疗领域再开发各种各样的调控基因的产品,而不会让基因在没有“制动装置”下失控,而发生像科幻大片里的“灾难”。

  此外,记者了解到,该科研成果是在病原与宿主相互作用和基因编辑分子机制研究领域取得的又一重要突破。该项目受到中国国家自然科学基金委、哈工大青年科学家工作室等基金的资助。(完)

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