CRISPR-Cas9基因编辑技术已经被广泛应用于通过研究感兴趣的基因,以及编辑疾病相关基因来进行基因治疗。在这项技术中,Cas9核酸酶与向导RNA(gRNA)一起被递送到细胞中,gRNA引导Cas9核酸酶到基因组中的特定位置。通过Cas9核酸酶切割基因组,造成DNA双链断裂,进而实现基因的敲除或添加。
然而,这一过程可能产生一些潜在副作用,包括导致不必要的基因突变和毒性。因此,需要一种新技术来减少CRISPR-Cas9基因编辑过程中的这些副作用,以提高其在工业和医学上的实用性。
2023年4月10日,日本九州大学和名古屋大学的研究人员在 Nature 子刊 Nature Biomedical Engineering 期刊发表了题为:Optimization of Cas9 activity through the addition of cytosine extensions to single-guide RNAs 的研究论文。
该研究开发了一种优化的CRISPR-Cas9基因编辑技术,能够极大地减少编辑过程中产生的突变,为更有效、更安全地治疗遗传疾病打开了大门。
具体来说,该研究发现,在传统gRNA的5’端添加胞嘧啶(C)延伸可以限制Cas9核酸酶的基因组编辑活性,提高CRISPR基因编辑的安全性和实用性。这种护卫gRNA(safeguard gRNA)策略还可以与Cas12a,以及CRISPRa和CRISPRi兼容。
对基因组进行编辑的一大阻碍是人们越来越担心突变和脱靶效应。这通常是由核酸酶靶向了与目标位点序列相似的基因组位点引起的。同样,当基因发生改变时,染色体水平的突变也会发生,这阻碍了癌症基因治疗的临床试验。而在去年,一位杜氏肌营养不良(DMD)患者在接受CRISPR-Cas9基因编辑治疗后死亡。
该论文的作者认为,目前使用的基于Cas9的基因编辑会导致对DNA的过度切割,从而导致一些突变的发生。
为了验证这一假设,研究团队在小鼠细胞中构建了一个等位基因特异性插入/缺失监测系统,简称“AIMS”,使用该系统分别评估了每条染色体上Cas9的活性。他们的结果表明,常用的Cas9基因编辑方法与非常高的编辑活性相关。他们确定这种高活性会导致一些不必要的副作用。
接下来,研究团队尝试通过对gRNA进行修饰来抑制过高的编辑活性,他们发现,gRNA的5’端额外的胞嘧啶延伸可以有效地作为过度编辑活性的“护卫”,并允许控制DNA切割。他们称这种微调系统为护卫gRNA(safeguard gRNA)。
资料来源:
1.https://www.nature.com/articles/s41551-023-01011-7
2.https://mp.weixin.qq.com/s/PWK1_0Cw3GZ2DOVEBF0Vuw