Cell重大發現：首次！科學家找到「魔剪」CRISPR「關閉」開關

Erik J. Sontheimer 教授

基因編輯技術CRISPR/Cas9的迅速崛起引發了生物醫學研究的革命。然而，這一被譽為「改寫生命神筆」的突破技術仍有需要完善的地方。使用CRISPR/Cas9會使基因組產生一些不想要的變化，形成脫靶突變。這一問題的存在深深影響著該技術在治療應用中的安全性和有效性。

12月8日，發表在Cell雜誌上題為「Naturally Occurring Off-Switches for CRISPR-Cas9」的一項研究中，來自多倫多大學和馬薩諸塞大學的科學家們首次發現了CRISPR/Cas9的「關閉開關」（off-switches）。這一成果有望更好地控制這一技術的應用，幫助開發基於CRISPR的人類疾病治療方案。

該研究的共同通訊作者Erik J. Sontheimer、Alan Davidson以及Karen Maxwell領導的研究小組鑒定出了3個天然存在的、能夠抑制Cas9酶的蛋白質家族。在CRISPR/Cas9系統中，Cas9酶發揮著剪斷目標DNA序列的功能，而這些稱為anti-CRISPR的蛋白質具有阻斷DNA切割的能力。

先前的研究中，科學家們發現，由噬菌體編碼的小型蛋白質能夠抑制宿主細菌的CRISPR-Cas系統。但這些anti-CRISPRs對I型CRISPR-Cas系統（這類系統未使用Cas9蛋白）具有特異性。基於這些發現，研究人員推斷，一定也有天然存在的Cas9抑制劑。

上個月，發表在Cell上的一篇綜述匯總了目前可用於哺乳動物細胞基因組編輯的多種Cas9酶（具體見上表）。在這一研究中，科學家們找到了特異性抑制腦膜炎奈瑟氏球菌（Neisseria meningitidis）CRISPR-Cas9系統的anti-CRISPRs三大不同的家族。

研究表明，這些抑制性蛋白直接綁定了NmeCas9（N. meningitidis Cas9）。此外，研究證實，這些anti-CRISPRs能夠被用作人類細胞基因編輯的有效抑制劑。

Sontheimer博士說：「一旦基因編輯系統進入細胞後，科學家們缺乏一個可靠的方法來關閉Cas9的活性。如果我們能夠在正確的基因編輯完成後打開一個『關閉開關』，問題就很容易解決了。在這一研究中，我們報告了首個已知的Cas9活性天然抑制劑。」

Davidson博士表示，CRISPR是一個非常強大的基因編輯工具，但我們必須能夠關掉它。「關閉開關」的發現將使研究人員能夠更加自信的使用這一工具。

參考資料：

Medicalxpress：Scientists discover first off-switches for CRISPR/Cas9 gene editing

Cell：Naturally Occurring Off-Switches for CRISPR-Cas9