6月2日,发表在Science上的一项研究中,来自Broad研究所、MIT、NIH等机构的科学家们描述了一种新型靶向RNA的CRISPR系统。DNA编辑会使细胞基因组产生永久的改变,而这一基于CRISPR的RNA靶向途径能够让研究人员实现短暂的改变,且与现有的RNA干扰方法相比特异性和功能性更强。张锋和Eugene V. Koonin是该研究的共同通讯作者。
研究中,科学家们鉴定出了一种具有靶向和降解RNA能力的RNA导向酶(RNA-guided enzyme)C2c2,并描述了该酶的功能特征。研究表明,仅靶向RNA的CRISPR/C2c2系统能够帮助细菌对抗病毒感染。科学家们证实,改造C2c2能够用于切割细菌细胞中特定的RNA序列,这可能会成为一种非常重要的分子生物学工具。
目前,最常用的基因敲除技术是小干扰RNA(siRNA),研究人员表示,基于C2c2的RNA编辑方法显示出了更强的特异性,有潜力实现更广泛的应用:1)添加组件到特定的RNA序列中改变其功能,这将使它们成为进行大规模筛查和构建综合监管网络极具价值的工具;2)利用C2c2荧光标记RNA,可用于研究它们的运输和亚细胞定位。
研究中,科学家小组能够利用C2c2精准的靶向和删除特定的RNA序列,降低相应蛋白的表达水平。这表明C2c2有望成为代替siRNA的一种方法,C2c2有以下两点优势:1)它是一种双组份(two-component)系统,但只需要一个向导RNA就能发挥功能;2)C2c2遗传上可编码,这意味着可将必要元件合成进去,传递到组织和细胞中。
CRISPR/C2c2系统仅靶向RNA的这种能力提供了高通量特异性操作RNA的新方法,也补充了CRISPR的基因编辑功能,有望加速理解、治疗和预防疾病。张锋表示,C2c2的发现使CRISPR系统家族又多了一个全新的工具,我们非常期待将其应用到生命科学和医学平台中。
张锋是CRISPR领域的先驱者之一,他在学术和商业上都取得了令人瞩目的成就。他在去年提出的CRISPR/Cpf1系统目前也是该领域的研究热点之一。5月6日,在线发表在Nature Biotechnology上的一篇文章盘点了近期CRISPR技术相关的十项专利,其中有6项与张锋相关。[详细]
“魔剪”的奇幻用途
近几年,CRISPR技术的发展是惊人的,一方面科学家们正努力将这一技术应用到疾病治疗中,并取得了初步的进展;另一方面,除上述研究中提出的靶向RNA功能外,其它研究人员也发现了CRISPR系统的一些DNA编辑之外的功能。
1)标记系统
Spatial organization shapes the turnover of a bacterial transcriptome
5月27日,发表在Scientific Reports上的一项研究中,科学家们使用表征良好的酿脓链球菌Cas9,通过将MS2或PP7 RNA适配子合并入sgRNA中开发出了一种选择性的双色CRISPR标记方法。Broad研究所的张锋以及哈佛大学华裔女科学家、美国国家科学院院士庄小威都是该研究的共同作者。[详细]
2)“直击”胚胎生长过程
Whole organism lineage tracing by combinatorial and cumulative genome editing
5月26日,发表在Science上的一项研究中,哈佛大学的发育生物学家Alexander Schier和他的同事设计了一种在发育动物中标记和追踪细胞的新方法。在首次测试中,研究人员利用CRISPR技术揭示了一项惊人的发现,即成年斑马鱼中的许多组织和器官仅仅是从几个胚胎细胞形成的。
科学家们将这一新技术称为GESTALT(Genome Editing of Synthetic Target Arrays for Lineage Tracing),它有望帮助阐明单细胞最终发展成动物的过程;同时,GESTALT还有望揭示癌症研究中的重要问题,如多少前体细胞引发了肿瘤,扩散的癌症细胞如何与最初的肿瘤相关等。Francis Crick研究所的发育生物学家James Briscoe说:“这是对CRISPR技术的一次创新性使用。”[详细]
3)活体成像
CRISPR-dCas9 and sgRNA scaffolds enable dual-colour live imaging of satellite sequences and repeat-enriched individual loci
5月25日,发表在Nature Communications上的一项研究中,纽约大学的研究团队基于CRISPR/Cas9系统开发了一个定向检测基因组区域的活体成像系统。该系统能够精确观测基因组位点和细胞核结构,揭示细胞核改变在基因表达调控和其它细胞过程中的重要作用。[文献]
4)激活基因表达
Whole organism lineage tracing by combinatorial and cumulative genome editing
CRISPR-Cas9系统使得研究人员能够编辑许多生物体和细胞类型的DNA序列。然而,科学家们也日益认识到可以利用它来激活基因的表达。5月23日,Nature Methods杂志上发表了一项相关的结果,遗传学大牛George Church是该研究的通讯作者之一。[详细]
5)鉴别基因变异
CRISPR-directed mitotic recombination enables genetic mapping without crosses
5月5日,发表在Science上的一项研究中,科学家们开发出了一项新技术,利用基因编辑系统CRISPR来快速鉴别基因变异。研究结果有可能显著推动绘制基因及确定它们功能的研究工作。[详细]
6)“剪”单个碱基
Programmable editing of a target base in genomic DNA without double-stranded DNA cleavage
4月20日,在线发布于Nature杂志上的一项研究中,科学家们报告称,一种经改造的CRISPR基因编辑系统能够赋予研究者们有效改变给定基因中单个DNA碱基的能力。[详细]
7)追踪RNA
Programmable RNA Tracking in Live Cells with CRISPR/Cas9
基因编辑工具CRISPR-Cas9现在可作为一种灵活、易使用的方法,靶向及追踪活细胞中RNA的活动。发布在3月17日《细胞》(Cell)杂志上的这一新方法,有可能最终可用于研究广泛的疾病相关RNA过程,及操控基因转录进行疾病建模。[详细]
8)基因检测
2月16日,美国PTO将一项专利授予了Jennifer Doudna与人联合创办的公司Caribou Biosciences。据xconomy报道称,这个CRISPR专利并不是基因编辑,而是描述这一技术另一项潜在功能:基因检测和分析。Andy May提供的稍微详细的描述是,这一专利是在阐述使用nucleoprotein-guided系统检测目标核酸proximity的方法。[详细]